传感器与检测技术试题及答案b卷

传感器与检测技术试题及答案b卷一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种传感器不属于按工作原理分类的传感器（）A.应变式传感器B.压电式传感器C.温度传感器D.光电式传感器答案：C。解析：温度传感器是按被测量分类，而应变式、压电式、光电式是按工作原理分类。2.金属电阻应变片的工作原理是基于（）A.压电效应B.热电效应C.应变效应D.霍尔效应答案：C。解析：金属电阻应变片是利用电阻应变效应，即导体或半导体在外界力作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化。3.压电式传感器不能用于静态测量，是因为（）A.压电材料的压电效应微弱B.压电材料的内阻太大C.后续测量电路的输入阻抗不够高D.压电元件在交变力作用下产生的电荷会泄漏答案：D。解析：压电式传感器在静态力作用下产生的电荷会通过测量电路的输入电阻和压电元件本身的泄漏电阻泄漏掉，所以不能用于静态测量。4.热电偶的热电势与（）有关。A.热电偶的材料B.热电偶两端的温度C.热电偶的长度D.A和B答案：D。解析：热电偶的热电势与热电偶的材料以及两端的温度差有关。5.变极距型电容传感器的输出与输入，成（）关系。A.线性B.非线性C.反比D.平方答案：B。解析：变极距型电容传感器的电容与极距成反比关系，输出与输入是非线性关系。6.下列哪一项不是电感式传感器的优点（）A.结构简单B.灵敏度高C.抗干扰能力强D.能实现非接触测量答案：C。解析：电感式传感器的抗干扰能力相对较弱，易受外界磁场等因素影响。7.霍尔元件是基于（）原理工作的。A.压电效应B.热电效应C.应变效应D.霍尔效应答案：D。解析：霍尔元件利用霍尔效应，在磁场中通入电流会产生横向电势差。8.光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应，其中光敏电阻是基于（）工作的。A.外光电效应B.内光电效应C.光生伏特效应D.以上都不是答案：B。解析：光敏电阻是基于内光电效应，光照使半导体的电阻率发生变化。9.超声波传感器主要利用超声波的（）特性进行测量。A.反射B.折射C.干涉D.衍射答案：A。解析：超声波传感器常利用超声波的反射特性来测量距离等物理量。10.气敏传感器主要用于检测（）A.气体的浓度B.气体的温度C.气体的压力D.气体的流量答案：A。解析：气敏传感器的主要作用是检测气体的浓度。二、填空题（每题2分，共20分）1.传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。2.电阻应变片的灵敏度系数是指单位应变所引起的电阻相对变化。3.压电式传感器的前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种形式。4.热电偶的基本定律包括均质导体定律、中间导体定律和中间温度定律。5.电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。6.电感式传感器可分为自感式和互感式两大类。7.霍尔传感器的主要特性参数有灵敏度、线性度和内阻等。8.光电传感器按工作原理可分为基于外光电效应的传感器、基于内光电效应的传感器和基于光生伏特效应的传感器。9.超声波在介质中传播时，其传播速度与介质的性质和温度有关。10.湿敏传感器是能感受湿度并转换成可用输出信号的传感器。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述传感器的定义和作用。答：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。其作用主要有以下几点：信息采集：将各种非电物理量（如温度、压力、位移等）转换为电信号，为后续的测量、控制和处理提供基础数据。监测与控制：在工业生产、环境监测、智能家居等领域，传感器实时监测各种参数，当参数超出设定范围时，触发相应的控制动作，保证系统的正常运行。自动化与智能化：是实现自动化和智能化的关键部件，使设备能够自动感知外界环境的变化，做出相应的决策和操作。2.说明电阻应变片测量应变的工作原理，并分析其测量电路的作用。答：工作原理：金属电阻应变片基于电阻应变效应工作。当被测物体发生变形时，粘贴在其上的电阻应变片也随之发生变形，导致应变片的电阻值发生变化。根据电阻应变效应公式$\DeltaR/R=K\varepsilon$（其中$\DeltaR$是电阻变化量，$R$是原始电阻，$K$是灵敏度系数，$\varepsilon$是应变），通过测量电阻的变化就可以得到应变的大小。测量电路的作用：转换：将电阻应变片电阻的微小变化转换为电压或电流的变化，以便后续的测量和处理。放大：由于电阻应变片的电阻变化非常小，测量电路需要对转换后的电压或电流信号进行放大，提高信号的强度和质量。补偿：可以对温度等因素引起的误差进行补偿，提高测量的准确性。3.简述热电偶的工作原理，并说明为什么要进行冷端温度补偿。答：工作原理：热电偶是基于热电效应工作的。两种不同材料的导体组成一个闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中就会产生热电势。这是因为不同材料的电子密度不同，在接点处会发生电子的扩散和迁移，形成电位差，从而产生热电势。冷端温度补偿的原因：热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关。在实际应用中，冷端温度往往不是恒定的，会随着环境温度的变化而变化。如果不进行冷端温度补偿，当冷端温度发生变化时，测量得到的热电势就不能准确反映热端的温度，从而产生测量误差。因此，为了提高测量的准确性，需要进行冷端温度补偿。四、计算题（每题10分，共30分）1.已知一电阻应变片的灵敏度系数$K=2$，初始电阻$R=120\Omega$，当它所受应变$\varepsilon=1000\mu\varepsilon$时，求电阻的相对变化量$\DeltaR/R$和电阻变化量$\DeltaR$。解：根据电阻应变效应公式$\DeltaR/R=K\varepsilon$，已知$K=2$，$\varepsilon=1000\mu\varepsilon=1000\times10^{6}$。则电阻的相对变化量$\DeltaR/R=K\varepsilon=2\times1000\times10^{-6}=2\times10^{-3}$。电阻变化量$\DeltaR=\frac{\DeltaR}{R}\timesR=2\times10^{-3}\times120=0.24\Omega$。2.有一压电式传感器，其灵敏度$S_q=10pC/MPa$，连接灵敏度$S_v=0.008V/pC$的电荷放大器，当压力变化$\Deltap=8MPa$时，求电荷放大器的输出电压$U_o$。解：首先根据传感器灵敏度公式$q=S_q\Deltap$，可得产生的电荷$q$为：$q=S_q\Deltap=10pC/MPa\times8MPa=80pC$。然后根据电荷放大器输出电压与输入电荷的关系$U_o=S_vq$，可得电荷放大器的输出电压$U_o$为：$U_o=S_vq=0.008V/pC\times80pC=0.64V$。3.已知某热电偶的热电势$E(T,T_0)$与温度的关系为$E(T,T_0)=a(TT_0)+b(T^2T_0^2)$，其中$a=40\muV/^{\circ}C$，$b=0.04\muV/^{\circ}C^2$，冷端温度$T_0=20^{\circ}C$，测得热电势$E(T,T_0)=2.04mV$，求热端温度$T$。解：将已知条件代入热电势公式$E(T,T_0)=a(TT_0)+b(T^2T_0^2)$中，$a=40\muV/^{\circ}C$，$b=0.04\muV/^{\circ}C^2$，$T_0=20^{\circ}C$，$E(T,T_0)=2.04mV=2040\muV$。得到：$2040=40(T20)+0.04(T^220^2)$。展开式子：$2040=40T-800+0.04T^2-16$。整理得：$0.04T^2+40T2856=0$。这是一个一元二次方程$Ax^2+Bx+C=0$的形式，其中$A=0.04$，$B=40$，$C=-2856$。根据求根公式$x=\frac{-B\pm\sqrt{B^24AC}}{2A}$，可得：$T=\frac{-40\pm\sqrt{40^24\times0.04\times(-28