《检测与传感技术》课后题答案

### 《检测与传感技术》课后题答案详解 #### 第一章 思考题和习题参考答案 **1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？** - **定义**: 传感器是一种能够感知外界物理量变化，并将其转化为电信号或其他形式信号输出的装置。 - **组成**: 传感器主要由**敏感元件**和**转换元件**两部分构成。 - **敏感元件**: 直接感受或响应被测量的变化，例如温度传感器中的热敏电阻。 - **转换元件**: 将敏感元件感受到的信息转换成易于处理的电信号，如将热敏电阻的阻值变化转换成电压或电流信号。 - **相互作用与关系**: 敏感元件首先接收被测量（如温度、压力等），然后转换元件将这些物理变化转换成电信号。整个过程中，信号调理与转换电路用于放大和处理这些微弱信号，使其适合后续的处理和分析。 **1-2 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些指标的含义？** - **静态特性**: 指传感器在输入量处于稳定状态时的输入与输出之间的关系。 - **性能指标**: - **灵敏度**: 描述传感器对输入量变化的敏感程度，即单位输入量变化引起的输出量变化。 - **线性度**: 表示传感器输出与输入之间是否呈理想直线关系的程度。 - **迟滞**: 输入量增加和减少时输出响应的差异。 - **重复性**: 在相同条件下进行多次测量时输出的一致性。 - **漂移**: 输出随时间的变化，即使输入量保持不变。 - **精度**: 衡量传感器输出与真实值接近程度的指标。 **1-3 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？** - **绝对误差**: 测量值与真值之间的差值。 - **相对误差**: 绝对误差与真值的比例，常用百分比表示。 - **引用误差**: 测量误差相对于测量范围（或满量程）的比例，常用于评估仪器的准确度。 **1-4 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常适用于什么场合？** - **测量误差**: 实际测量值与被测量真值之间的差异。 - **表示方法**: - **绝对误差**: 适用于比较不同测量方法的准确性。 - **相对误差**: 用于比较不同量级的测量结果。 - **基本误差**: 评价仪器本身准确性的指标。 - **引用误差**: 适用于比较不同量程的仪器的精度。 - **附加误差**: 由非标准条件（如温度、湿度变化）引起的误差。 - **适用场合**: 工程技术研究、量值传递、经济核算、产品检验等。 **1-5 什么是随机误差？产生随机误差的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？** - **定义**: 随机误差是测量结果中不可预测且无固定模式的误差。 - **原因**: 包括但不限于电磁场波动、设备磨损、操作者的主观因素等。 - **减小方法**: 通过提高测量次数并采用统计方法处理数据可以有效降低随机误差的影响。 **1-6 什么是系统误差？系统误差可分为哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？** - **定义**: 系统误差是在相同条件下多次测量结果具有相同偏差的误差。 - **分类**: - **恒值系统误差**: 偏差保持不变。 - **变值系统误差**: 偏差随时间或条件变化而变化。 - **检验方法**: 包括对比实验、替代法、重复测量法等。 - **减小方法**: 通过校准仪器、改善实验条件、使用更精确的方法等手段来减小系统误差。 **1-7 什么是粗大误差？如何判断测量数据中存在的粗大误差？** - **定义**: 粗大误差是指超出正常范围的大偏差，通常是由于人为操作失误或异常条件导致。 - **判断方法**: 可以通过统计分析、剔除异常值等方式识别粗大误差。 **1-8 什么是间接测量、直接测量和组合测量？** - **直接测量**: 使用标定好的测量仪器直接读取未知量的值。 - **间接测量**: 通过测量与未知量有确切函数关系的其他量，然后通过计算得出未知量。 - **组合测量**: 结合直接测量和间接测量，通过求解联立方程组获得未知量。 #### 第二章 思考题和习题参考答案 **2-1 什么叫应变效应? 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。** - **应变效应**: 导体或半导体材料在外力作用下发生机械变形时，其电阻也会随之变化的现象。 - **工作原理**: 当金属电阻应变片受到外力作用时，其几何尺寸发生变化，导致电阻值改变，进而可以通过测量电阻的变化来反映外力大小。 **2-2 试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿办法。** - **概念**: 温度误差指由于温度变化导致的测量误差。 - **产生原因**: - 电阻温度系数的影响。 - 材料的线膨胀系数差异。 - **补偿办法**: - 线路补偿法。 - 应变片自补偿法，利用特殊材料制作的应变片来补偿温度变化带来的影响。 **2-3 什么是直流电桥？若按不同的桥臂工作方式分类，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？** - **定义**: 直流电桥是一种用于精确测量电阻的电路结构。 - **分类**: - **单臂电桥**: 仅一个桥臂参与工作，输出电压与桥臂电阻变化成正比。 - **半桥**: 两个桥臂参与工作，输出电压为单臂电桥的两倍。 - **全桥**: 四个桥臂全部参与工作，输出电压为半桥的两倍。 - **计算方法**: - 单臂电桥的输出电压与桥臂电阻的变化成正比。 - 半桥输出电压是单臂的两倍。 - 全桥输出电压则是半桥的两倍。 **2-4 拟在等截面的…** (此处未给出完整问题，但根据上下文推测可能涉及关于等截面结构上应用传感器的具体场景或案例分析。)