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第一章传感器的一般特性1－1：答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/YFS＊100％1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二5乘法。1－7：解：YFS=200-0=200由A=ΔA/YFS＊100％有A＝4/200＊100％＝2％。精度特级为2.5级。1－8：解：根据精度定义表达式：A＝ΔA/AyFS*100%,由题意可知：A＝1.5％，YFS＝100所以ΔA＝AYFS＝1.5因为1.4＜1.5所以合格。1－9：解：Δhmax＝103－98＝5YFS＝250－0＝250故δH＝Δhmax/YFS*100%＝2%故此在该点的迟滞是2％。第二章应变式传感器2－1：答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。2－2：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。2－3：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。2－4：答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。2－7：解：已知R＝120Ω，K＝2.05，ε＝800μm/m由ε*K=ΔR/R＝800＊2.05＊10-6＝1.64＊10-3ΔR＝1.64*10-3*120＝0.1968ΩU＝EKε/4=3*1.64＊10-3/4=1.23*10-3(v)2-8：解：此桥为第一对称电桥，由2-25式有Ug＝E(（R1+ΔR1）R4－（R2+ΔR2）R3)/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）2*R3）（令R3＝R4）＝E(ΔR1/R－ΔR2/R)/（2（2＋ΔR1/R＋ΔR2/R））＝EΔR1/R（1+μ）/（2*（2+（1-μ）ΔR1/R）＝15.397/2＝7.7（mv）2－9：解：(1)Ug=E[（R1+ΔR1）（R3+ΔR3）－（R2+ΔR2）（R4+ΔR4）]/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）（R3+ΔR3+R4+ΔR4））=E[ΔR1/R+ΔR3/R－ΔR2/R－ΔR4/R]/（（2＋ΔR1/R＋ΔR2/R）（2＋ΔR3/R＋ΔR4/R））=2E[1＋μ]ΔR/R/[2+(1-μ)ΔR/R]22.6*10-3＝2*2*1.3*ΔR/R/[2+0.7*ΔR/R]2[2+0.7*ΔR/R]2＝2*103ΔR/R＝4＋2.8ΔR/R+（ΔR/R）20＝4－（2000-2.8）ΔR/R＋（ΔR/R）2（ΔR/R－998.6）2＝998.62-4ΔR/R＝0.0020028059ε＝ΔR/R/K＝0.0010014εr=-με=-3*10-4(2):F=εES=0.001*2*1011*0.00196=3.92*105N第三章电容式传感器习题3-1电容式传感器有哪些优点和缺点？答：优点：①测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，ΔR/R一般低于1％，。而半导体应变片可达20％，电容传感器电容的相对变化量可大于100％；②灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致10－7。③动态响应时间短。由于电容式传感器可动部分质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。④机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。⑤结构简单，适应性强。电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。电容式传感器有如下不足：①寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。3-2分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。3-3如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。3－4：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术”。它能有效地消除芯线与屏蔽层之间的寄生电容。其中，外屏蔽线则是用来接地以防止其他外部电场干扰，起到一般屏蔽层的作用。内、外屏蔽层之间仍存在寄生电容则成为1：1放大器的负载，所以，该1：1放大器是一个具有极高输入阻抗（同相输入）、放大倍数为1、具有容性负载的同性放大器。这种“驱动电缆技术”的线路比较复杂，要求也比较高，但消除寄生电容的影响极好，它在传感器输出电容变化只有1PF时仍能正常识别、工作。动3-5答:差动脉冲宽度调制电路通过双稳态出发器的Q端、Q端依次借R1、R2、D1、D2对差动C1、C2充放电，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C1、C2调制的方波脉冲。差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉冲宽度不同。因此，A，B两点间输出直流电压USC也不同，而且具有线形输出特性。此外调宽线路还具有如下特点：与二极管式线路相似，不需要附加解调器即能获得直流输出；输出信号一般为100KHZ-1MHZ的矩形波，所以直流输出只需低通滤波器简单地引出。由于低通滤波器的作用，对输出波形纯度要求不高，只需要一电压稳定度较高的直流电源，这比其他测量线路中要求高稳定度的稳频、稳幅交流电源易于做到。3-6球—平面型电容式差压变送器在结构上有何特点？答：利用可动的中央平面金属板与两个固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。4－1：答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。4－2：答：差动式电感传感器是利用改变线圈的自感系数来工作的；而差动变压器式虽利用改变原线圈与两个次级差动式副线圈的系数来工作的。4－3：答：由于差动变压器两个次级组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M，自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同；次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦（主要是三次谐波）磁通，从而在次级绕组感应出非正弦磁通的产生过程。同样可以分析，由于磁化曲线的非线性＋1：1＿内屏蔽层输出电路传感器影响，使正弦磁通产生尖顶的电流波形（亦包含三次谐波）。消除方法：（1）、从设计和工艺上保证结构对称性；（2）、选用合适的测量线路；（3）、采用补偿线路。4－4：答：（1）、由4－62式可知，增大匝数比可提高灵敏度；（2）、由4－61式可知，增大初级线圈电压可提高灵敏度；（3）、若在低频率段，可以增加频率来提高灵敏度。4－5:答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D。而他们与板的上，下表面分别相距X1和X2，这样板厚t=D－(X1+X2),当两个传感器在工作时分别测得X1和X2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D对应的设定电压再相减，就得到与板厚相对应的电压值。2Dt12X2x1