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（3）温度特性：光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是光电池的重要特性之一。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量器件应用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。
第九章习题答案
1． 超声波在介质中有哪些传播特性？
解：超声波在各种介质中的波速不同，超声波会被传播介质吸收及散射，从而造成波动能量的损失。一般称为吸收损失，也称衰减，频率愈低的超声波衰减愈小。当超声波经过性质不同的介质交界面时，一部分会反射，其余的会穿透过去。这种反射或穿透的强度，由这两个交界介质的特性阻抗Z 决定。介质的特性阻抗差越大，反射率也就越大。超声波射入交界面除了部分反射外，其余的全部穿透过去， 2． 什么是超声波的干涉现象？
解：如果在一种介质中传播几个声波，于是会产生波的干涉现象。由不同波源发出的频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的两个波在空间相遇时，某些点振动始终加强，某些点振动始终减弱或消失，这种现象称为超声波的干涉现象。
第十章习题答案
1．什么是绝对湿度和相对湿度？
解：绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示。相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号RH表示。
2 ．说明半导体色敏传感器的基本原理。
解：半导体色敏传感器是由结深不同的两个P—N结二极管，浅结的二极管是P—N结组成
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的；深结的二极管是P—N结。当有入射光照射时，P、N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。在此，浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。 3．什么是水分子亲和力型湿敏传感器？
解：根据水分子易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的这种特性（即水分子亲和力）所制成的传感器叫做水分子亲和力型湿敏传感器。
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第十一章习题答案
1．用测量范围为-50～150KPa的压力传感器测量140KPa压力时，传感器测得示值为142KPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差：??X?L=142-140=2 相对误差???2?100%=?100%?1.4285% L140?2?100%=?100%?1.4084% x142标称相对误差即??引用误差???22?100% ??100%?1% =
测量范围上限-测量范围下限150?(?50)2002．试问下列测量数据中，哪些表示不正确：100℃±0.1℃，100℃±1℃，100℃±1%，100℃
±0.1%?
解：不正确的是100℃±0.1℃，100℃±1%
3．压力传感器测量砝码数据如题表11-1，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。
题表11-1
M（g） 正向测量值（mv） 反向测量值（mv） 0 0 0 1 1.5 0.5 2 2 1 3 2.5 2 4 3 2.5 5 3.5 3.5 解：这是系统误差，标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的误差。对于系统误差应通过理论分析和实验验证找到误差产生的原因和规律以减少和消除误差。 4．什么是粗大误差？如何判断测量系统中含有粗大误差？
解：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。
5．在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如题表11-2所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则？（10分）
题表11-2
测量次数I 1 2 3 4 5 专业资料整理
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压力xi（MPa） 2 10.043 4 20.093 5 30.153 8 40.128 10 50.072 电压yi（V） （1）y=5.00x-1.05 （2）y=7.00x+0.09 （3）y=50.00x-10.50 （4）y=-5.00x-1.05 （5）y=5.00x+0.07
解：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求。 6．测得某检测装置的一组输入输出数据如题表11-3，试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；
题表11-3
0.9 1.1 2.5 1.6 3.3 2.6 4.5 3.2 5.7 4.0 6.7 5.0 x y 解： Y=kx+b
?i?yi?(kxi?b) k?n?xiyi??xi?yin?xi2?(?xi)22
xi?yi??xi?xiyi???b?n?xi2?(?xi)2代入数据得到：k=0.68, b=0.25 所以，y=0.68x+0.25
?1?0.238,?2??0.35,?3??0.16,?4??0.11?5??0.126,?6??0.194?Lmax0.35?100%????7% yFS5
yL?? 专业资料整理
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7．设5次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8，10.0，10.1，9.9，10.2厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73％的置信概率下，对被测物体的最小估计区间。
1n(9.8?10.0?10.1?9.9?10.2)解：x??xi??10
ni?15vi?x1?x 分别为-0.2-0.2 0 0.1 -0.1 0.2 ??1n2?vi?0.16 n?1i?1??[x?3?,x?3?]?[9.52,10.48]
5．假设采样频率 fs 是150HZ,，信号中含有50 、70、160、和 510 Hz的成分，将产生畸
变的频率成分是哪些？新产生的畸变频率为多少？
解：产生畸变的频率成分F3,F4, 新产生的畸变频率为10和60Hz。
第十三章习题答案
1、 单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。
解：①提高桥臂比：提高了桥臂比，非线性误差可以减小，但从电压灵敏度Sv?1Ui考虑，n灵敏度将降低，这是一种矛盾，因此，采用这种方法的时候应该适当的提高供桥电压Ui。
②采用差动电桥：根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉，另一个受压，则应变符号相反；测试时，将两个应变片接入电桥的相邻臂上，成为半桥差动电路，则电桥输出电压Uo为
Uo?Ui(R3R1??R1?) （13-15）
R1??R1?R2??R2R3?R4若△R1=△R2,R1=R2,R3=R4,则有
Uo?1?R1Ui （13-16） 2R1由此可知，Uo和?R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差。而起电压灵敏度为
1Sv?Ui，比使用一只应变片提高了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。
2因为采用的是金属应变片测量，所以本设计采用全桥电路，能够有比较好的灵敏度并且不存在非线性误差。
2、 根据应变传感器的原理说明本设计中应变模型的建立过程。
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解：1)传感器模型的建立：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值将随着压力所产生的变化而变化。在外力作用下,应变片产生变化,同时应变片电阻也发生相应变化。当测得阻值变化为△R时，可得到应变值ε，根据应力与应变关系，得到应力值为 ??E? 由此便得出了应变片电阻变化与重物质量的关系，即 ?R?k0gR*m ES2)桥路部分电路原理：电阻应变计把机械应变转换成ΔR/R后，应变电阻变化一般都很微小，这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化。通常采用惠斯登电桥电路实现这种转换。
3)放大电路原理：该放大电路具有很强的共模抑制比。它由两级放大器组成，第一级由集成运放A1、A2，由于他们采用同一型号的运放，所以可进一步降低漂移。电阻R1、R2和R3组成同相输入式并联差分放大器，具有非常高的输入阻抗。第二级式由A3和4个电阻R4、R5、R6和R7组成的反向比例放大器，它将双端输入变成单端输出，并使阻值R1=R3,R4=R5,R6=R7。 4）综合电路设计：至此，基于金属电阻应变片的压力测量电路设计完成，可以参考书中图13-5所示。图中V1、V2、V3、V4指代的是同一电压V（因考虑电路绘制的方便及电路元件的符号不能重复，所以分开标号），它用来模拟物体重量m。由以上分析可知采用全桥电路能够有比较好的灵敏度，并且不存在非线性误差，所以由四个应变片两个受拉两个受压可组成全桥电路。
3、 试分析最终显示的重量值误差产生的原因。
解：每个设计过程中的失误和疏忽都可能导致电路仿真的失误，可是一些人为因素方面的失误在设计仿真制作时都应该要尽量避免。但是可能由于现实器件与理想器件之间有一定的误差，所以导致实际的电路分析的结果与仿真电路的结果存在一定的误差。
图1 RW1大小的确定
1、 分析最终测量误差的产生有哪些原因。
解：1）铂电阻在实际使用时都会有电流流过，电流流过会使电阻发热，使电阻阻值增大，这可能会引起的一定得误差。
2）传感器本身性能不十分优良，测量方法不十分完善，外界干扰的影响等，都会造成被测参数的测量值与真实值不一致，
3）在进行测量时环境的温度，湿度，电源电压的稳定性都会影响测量电路存在一定得误差。
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