仅供参考 习题1
1-1衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。
答：
1、 线性度： 表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、 灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
3、 分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 4、回差：反映传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中对应于同一输入量，输出量曲线的不重合程度指标。
5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。
6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化。
9、静态误差(精度）：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理 论值的可能偏离(逼近)程度。它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。
1-2 计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？
答：
1、 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。两端误差为零，中间大。
3、 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高，但只可用图解法或计算法得。
4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数
据的残差 平方和最小但拟合出的直线与标定曲线的最大偏差绝对值不一定最小，最大正负偏差的绝对值也不一定相等 。
1—6 习题2
2-1金属应变计与半导体应变计在工作原理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数（指材料的和应变片的）概念的不同物理意义。 答：相同点，两者都由外力作用产生形变而使得电阻变化。
不同点，金属材料的应变效应以机械形变为主；而半导体材料的应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主。
对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。
对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE。
应变片的灵敏系数 K 表示安装在被测试件上的应变片在其轴
向受单向应力时，引起的电阻相对变化?R/R与其单向应力引起的试件表面轴向
1
应变?t之比。应变片K值的准确性直接关系应变测量精度，其误差大小是衡量质量优劣的重要标志。
2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造
成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法： 1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计 (2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式 （2）补偿块法
2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 答：因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri呈非线性关
系。
措施：
(1) 差动电桥补偿法
利用差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。
(2) 恒流源补偿法
误差主要由于应变电阻ΔRi的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。
2-12 何谓压阻效应？扩散硅压阻式传感器与贴片型应变式传感器相比有何优缺点？如何克服？
答：压阻效应，半导体单晶硅、锗等材料在外力的作用下电阻率发生变化的现
象。
2
优点：尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数比金属电阻应变片大几十倍，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪连接，使得测量系统简化。 扩散硅式适合做小量程传感器，精度更高，电阻应变片适合做大量程传感器
缺点：
1)温度稳定性差(电阻值随温度变化)；
2)灵敏度的非线性较大，可造成±3%～5%的测量误差 措施：在使用时需采用温度补偿和非线性补偿等措施。
习题3
3-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。
答：相同点：都应用电磁感应原理，都有差动过程。
不同点：差动变气隙式自感传感器由两个电气参数和磁路完全相同的线圈组成衔铁3上下移动时，一个线圈自感增加，另一个自感减少，形成差动。
差动变压器初级线圈作为差动变压器的激励，相当于变压器原边，次级线圈由结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。 3-5螺管式电感传感器做成细长形有什么好处？欲扩大其线性范围可以采取哪
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些措施？ 答：好处：增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。 措施：适当增加线圈长度、采用阶梯形线圈。
3-9 造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。 答：原因：(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化 (2)材料的电阻率温度系
数引起线圈铜阻的变化 (3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。
措施：其材料除满足磁性能要求外，还应注意线膨胀系数的大小与匹配。传感器采用陶瓷、聚砜、夹布胶木、弱磁不锈钢等材料作线圈骨架，或采用脱胎线圈。还可采取稳定激励电流的方法。Ok！
习题4
4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答：1、变极距型电容传感器：差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差
大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。由于变极距型的分辨力极高，可测小至0.01μm的线位移，故在微位移检测中应用最广。
2、变面积型电容传感器：变面积型电容传感器与变极距型相比，其灵敏度较低。这种传感器的输出特性呈线性。因而其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大的直线位移和角位移。在实际应用中，也采用差动式结构，以提高灵敏度。
3、变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。Ok！
4-2 变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小？ 答：原因：灵敏度与初始极距的平方成反比，用减少初始极距的办法来提高灵
敏度，但初始极距的减小会导致非线性误差增大。
采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结
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传感器技术课后题答案重点
