传感器与检测技术期末测试题含答案

传感器与检测技术期末测试题含答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一种传感器不属于有源传感器（）A.热电偶B.压电式传感器C.磁电感应式传感器D.热敏电阻答案：D2.以下关于应变片的说法，错误的是（）A.应变片的灵敏系数是指应变片的电阻相对变化与试件的轴向应变之比B.应变片的横向效应会使应变片的灵敏系数减小C.箔式应变片比丝式应变片的横向效应小D.应变片的温度误差可以通过自补偿法和线路补偿法消除答案：D3.电容式传感器中，变面积式电容传感器的输出特性是（）A.线性的B.非线性的C.指数关系D.对数关系答案：A4.霍尔元件采用恒流源激励是为了（）A.提高灵敏度B.克服温度影响C.减小不等位电势D.增大线性度答案：B5.超声波在介质中传播时，遇到不同介质的分界面会发生反射，反射系数与（）有关A.两种介质的声阻抗B.超声波的频率C.超声波的传播速度D.分界面的形状答案：A6.以下哪种传感器可以用于测量加速度（）A.应变式传感器B.压电式传感器C.电容式传感器D.以上都可以答案：D7.光电效应中，光电子的能量只与（）有关A.光的强度B.光的频率C.光照时间D.材料的性质答案：B8.热电阻测量温度时，采用三线制接法的目的是（）A.提高测量精度B.增大测量范围C.减小非线性误差D.提高灵敏度答案：A9.以下关于传感器静态特性指标的说法，正确的是（）A.线性度是指传感器输出与输入之间的线性程度，线性度越好，传感器的精度越高B.灵敏度是指传感器输出变化量与输入变化量之比，灵敏度越高，传感器越灵敏C.迟滞是指传感器在正、反行程中输出输入曲线不重合的现象，迟滞越小，传感器的重复性越好D.重复性是指传感器在同一工作条件下，输入按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线的不一致程度，重复性越好，传感器的稳定性越高答案：B10.传感器的输出量通常为（）A.非电量B.电量C.位移量D.光学量答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）1.以下属于传感器动态特性指标的有（）A.上升时间B.响应时间C.超调量D.线性度答案：ABC2.下列传感器中，基于电磁感应原理的有（）A.磁电感应式传感器B.霍尔传感器C.电感式传感器D.压电式传感器答案：AC3.为了减小应变片的温度误差，可以采用的措施有（）A.自补偿法B.线路补偿法C.选择合适的应变片材料D.增加应变片的数量答案：ABC4.电容式传感器可以测量的物理量有（）A.位移B.压力C.液位D.湿度答案：ABCD5.以下关于光电传感器的说法，正确的有（）A.光电传感器是基于光电效应工作的B.光电传感器可以分为模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器C.光敏电阻是一种基于内光电效应的光电元件D.光电耦合器可以实现电光电的转换答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分）1.传感器的静态特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系。（）答案：√2.应变片的电阻变化率与应变片的长度变化率成正比。（）答案：√3.电容式传感器的灵敏度与极板间的初始距离成反比。（）答案：√4.霍尔元件的灵敏度与霍尔系数成正比，与霍尔元件的厚度成反比。（）答案：√5.超声波在气体中的传播速度比在液体和固体中的传播速度快。（）答案：×6.压电式传感器可以用于测量静态力。（）答案：×7.热电阻的阻值随温度的升高而增大。（）答案：√8.光敏二极管在无光照时处于截止状态，有光照时处于导通状态。（）答案：√9.传感器的精度是指传感器的测量结果与被测量的真实值之间的接近程度。（）答案：√10.传感器的量程是指传感器能够测量的最大输入量与最小输入量之差。（）答案：√四、简答题（每题5分，共20分）1.简述传感器的定义和组成。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号；测量电路的作用是将转换元件输出的电信号进行进一步的处理和转换，如放大、滤波、线性化等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。2.说明应变片产生温度误差的原因及补偿方法。应变片产生温度误差的原因主要有两个方面：一是敏感栅材料的电阻温度系数的影响，当温度变化时，敏感栅的电阻会发生变化；二是试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不一致，当温度变化时，会产生附加应变，从而引起电阻变化。补偿方法有自补偿法和线路补偿法。自补偿法是通过选择合适的敏感栅材料或采用特殊的制造工艺，使应变片本身具有温度补偿作用；线路补偿法常用的是电桥补偿法，利用电桥的特性，使温度变化引起的电阻变化相互抵消。3.简述电容式传感器的工作原理和分类。电容式传感器是基于电容的基本公式\(C=\frac{\epsilonS}{d}\)工作的，其中\(C\)为电容，\(\epsilon\)为介质的介电常数，\(S\)为极板的有效面积，\(d\)为极板间的距离。通过改变\(\epsilon\)、\(S\)或\(d\)中的任意一个参数，都可以使电容发生变化，从而实现对被测量的检测。电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种。变极距型是通过改变极板间的距离来改变电容；变面积型是通过改变极板的有效面积来改变电容；变介质型是通过改变极板间的介质来改变电容。4.简述霍尔效应的原理及霍尔传感器的应用。霍尔效应的原理是：当电流垂直于外磁场方向通过半导体薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生一个与电流和磁场乘积成正比的电势差，这个电势差称为霍尔电势。霍尔传感器的应用非常广泛，例如在测量方面，可以用于测量磁场强度、电流、位移、转速等；在控制方面，可以用于无刷直流电机的控制、汽车点火系统的控制等；在检测方面，可以用于金属探伤、接近开关等。五、计算题（每题10分，共20分）1.有一应变片，其电阻\(R=120\Omega\)，灵敏系数\(K=2.0\)。将其粘贴在试件上，当试件受力产生轴向应变\(\epsilon=1000\times10^{6}\)时，求应变片的电阻变化量\(\DeltaR\)和电阻相对变化量\(\frac{\DeltaR}{R}\)。根据应变片的灵敏系数公式\(K=\frac{\DeltaR/R}{\epsilon}\)，可得：电阻相对变化量\(\frac{\DeltaR}{R}=K\epsilon\)将\(K=2.0\)，\(\epsilon=1000\times10^{6}\)代入上式，可得：\(\frac{\DeltaR}{R}=2.0\times1000\times10^{6}=2\times10^{3}\)电阻变化量\(\DeltaR=\frac{\DeltaR}{R}\timesR\)将\(\frac{\DeltaR}{R}=2\times10^{3}\)，\(R=120\Omega\)代入上式，可得：\(\DeltaR=2\times10^{3}\times120=0.24\Omega\)2.已知某电容式传感器的圆形极板半径\(r=5mm\)，初始极板间距离\(d_0=1mm\)，介质为空气（介电常数\(\epsilon_0=8.85\times10^{12}F/m\)）。当极板间距离变化\(\Deltad=0.1mm\)时，求电容的变化量\(\DeltaC\)。首先根据平行板电容公式\(C=\frac{\epsilonS}{d}\)，其中\(S=\pir^2\)，初始电容\(C_0=\frac{\epsilon_0\pir^2}{d_0}\)。\(S=\pir^2=\pi\times(5\times10^{3})^2\approx7.85\times10^{5}m^2\)\(C_0=\frac{\epsilon_0\pir^2}{d_0}=\frac{8.85\times10^{12}\times7.85\times10^{5}}{1\times10^{3}}\approx6.95\times10^{13}F\)当极板间距离变为\(d=d_0+\Deltad=(1+0.1)\times10^{3}m=1.1\times10^{3}m\)时，电容\(C=\frac{\epsilon_0\pir^2}{d}\)\(C=\frac{8.85\times10^{12}\times7.85\times10^{5}}{1.1\times10^{3}}\approx6.32\times10^{13}F\)电容变化量\(\DeltaC=C_0C=6.95\times10^{13}6.32\times10^{13}=6.3\times10^{14}F\)六、综合分析题（15分）某工业生产过程中需要对管道内液体的流量进行测量，现要设计一个基于传感器的流量测量系统。请说明你选择的传感器类型、工作原理，并简要描述系统的组成和工作过程。选择的传感器类型：涡街流量计。工作原理：涡街流量计是利用流体振动原理来进行流量测量的。当流体通过一个非流线型阻流体时，在阻流体两侧会交替产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街。根据卡门涡街理论，旋涡的分离频率\(f\)与流体的流速\(v\)成正比，即\(f=St\frac{v}{d}\)，其中\(St\)为斯特劳哈尔数，\(d\)为阻流体的特征尺寸。通过测量旋涡的分离频率，就可以得到流体的流速，再结合管道的横截面积，就可以计算出流体的流量。系统的组成：主要由涡街流量传感器、信号处理电路、显示与记录装置等部分组成。涡街流量传感器包括阻流体、旋涡检测元件等，用于感受流体中旋涡的产生并将其转换为电信号；信号处理电路用于对传感器输出的电信