第1章 传感器与检测技术基础1.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。

解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2-=--=S V/mm2.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃电桥： 0.02V/Ω放大器： 100(放大倍数)笔式记录仪： 0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。

解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃6.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。

因此，应该选用1.5级的测温仪器。

10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。

答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、R 3、R 4。

U 为电桥的直流电源电压。

当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’(R ≠R ’)时，称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ，R 2=R 3 =R ’(R ≠R ’)时，称为电源对称电桥。

D直流电桥电路当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。

输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为U R R R R R R R R U o ))((432142313++-=(1) 设电桥为单臂工作状态，即R 1为应变片，其余桥臂均为固定电阻。

当R 1感受被测量产生电阻增量ΔR 1时，由初始平衡条件R 1R 3=R 2R 4得3421R R R R =，代入式（1），则电桥由于ΔR 1产生不平衡引起的输出电压为 U R R R R R R U R R R R U )()()(1122121122120∆+=∆+= (2) 对于输出对称电桥，此时R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’，当R 1臂的电阻产生变化ΔR 1=ΔR ，根据（2）可得到输出电压为)(4)()(20R R U R R R R RR U U ∆=∆+= (3) 对于电源对称电桥，R 1=R 4=R ,R 2=R 3=R ’。

当R 1臂产生电阻增量ΔR 1=ΔR 时，由式（2）得)()(20RR R R R R U U ∆'+'= (4) 对于等臂电桥R 1=R 2=R 3=R 4=R ，当R 1的电阻增量ΔR 1=ΔR 时，由式（2）可得输出电压为)(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= (5) 由上面三种结果可以看出，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化。

当ΔR <<R 时，电桥的输出电压与应变成线性关系。

还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下，等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大，即它们的灵敏度要高。

因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥。

在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，R 1=R +ΔR ,R 2=R -ΔR ,R 3=R +ΔR ,R 4=R -ΔR ，将上述条件代入式(1)得⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=R R U R R U U 440 (6) 由式(6)看出，由于充分利用了双差动作用，它的输出电压为单臂工作时的4倍，所以大大提高了测量的灵敏度。

第2章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的压阻效应有什么不同?答：金属电阻应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生电阻值的变化，半导体材料的压阻效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。

2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。

第四章 电感式传感器思考题答案1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。

电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

第5章热电偶传感器习题答案1．什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。

答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。

2．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因。

答：当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。

现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。

所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷，于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。

该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。

当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。

在这种状态下，A与B两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。

对于导体A或B，将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t> t0)。

在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。

这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。

该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态。

这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。

3．简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。

答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。

根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。

二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。

它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。

三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。

只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。

8．现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。

其冷端温度为30℃，动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃，对不对?为什么?正确值是多少?解：不对，因为仪表的机械零位在0℃，正确值为400℃。

3．一压电式传感器的灵敏度K1＝10pC／MPa，连接灵敏度K2=0.008V／pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm／V，当压力变化Δp=8MPa时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?解：记录笔在记录纸上的偏移为S=10×0.008×25×8=16/mm第7章光电式传感器1．光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

2．常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何?答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。

它们的电路符号如下图所示：光敏二极管 光敏三极管 光电池第8章霍尔传感器习题答案1. 什么是霍尔效应？答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。

产生的电势差称为霍尔电压。

5. 什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。

与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。

霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。

7. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。

答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、压力、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。

1．光纤传感器的性能有何特殊之处？主要有哪些应用？答：光导纤维传感器(简称光纤传感器)是七十年代迅速发展起来的一种新型传感器。

光纤传感器具有灵敏度高，不受电磁波干扰，传输频带宽，绝缘性能好，耐水抗腐蚀性好，体积小，柔软等优点。

目前已研制出多种光纤传感器，可用于位移、速度、加速度、液位、压力、流量、振动、水声、温度、电压、电流；磁场、核辐射等方面的测量。

应用前景十分广阔。

第10章信号处理及抗干扰技术习题答案1. 对传感器输出的微弱电压信号进行放大时，为什么要采用测量放大器？答：因为测量放大器不但具有很高的放大倍数，而且具有十分稳定的输出特性，符合传感器微弱信号放大的要求。

5．检测装置中常见的干扰有几种?采取何种措施予以防止?答：检测装置中常见的干扰有外部噪声和内部噪声两大类。

外部噪声有自然界噪声源(如电离层的电磁现象产生的噪声)和人为噪声源(如电气设备、电台干扰等)；内部噪声又名固有噪声，它是由检测装置的各种元件内部产生的，如热噪声、散粒噪声等。