(2025年)新国家开放大学电大《传感器与测试技术》期末题库及答案

(2025年)新国家开放大学电大《传感器与测试技术》期末题库及答案一、单项选择题（每小题2分，共20分）1.下列哪一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.化学传感器D.电感式传感器答案：C。按工作原理分类，应变式、压电式、电感式传感器分别基于应变效应、压电效应、电磁感应等原理，而化学传感器是按被测物理量的性质分类。2.金属电阻应变片的工作原理是基于（）A.压阻效应B.应变效应C.热电效应D.光电效应答案：B。金属电阻应变片是利用金属导体的电阻应变效应，即导体在外界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力的测量，主要是因为（）A.压电材料的压电效应微弱B.传感器的输出电荷会通过测量电路泄漏C.压电材料的居里点较低D.传感器的灵敏度较低答案：B。压电式传感器输出的是电荷信号，对于静态力，由于测量电路存在一定的输入电阻，输出电荷会通过该电阻逐渐泄漏，导致无法准确测量静态力。4.热电偶的热电势与（）有关。A.热端温度B.冷端温度C.热端和冷端的温度差D.热电偶的材料和热端、冷端的温度答案：D。热电偶的热电势大小取决于热电偶的材料以及热端和冷端的温度，其热电势的计算公式为EAB(T,T0)=f(T)-f(T0)，其中T为热端温度，T0为冷端温度，f是与材料有关的函数。5.下列哪种传感器可以用于测量液体的液位（）A.电容式传感器B.霍尔传感器C.超声波传感器D.以上都可以答案：D。电容式传感器可通过测量电容变化来反映液位高度；霍尔传感器可以与磁性浮子配合，根据霍尔效应测量液位；超声波传感器可利用超声波在液体中的传播特性测量液位。6.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。光敏电阻是基于内光电效应，当光照射到半导体材料上时，材料内部的载流子浓度增加，导致电阻值减小。7.电感式传感器的灵敏度与（）有关。A.线圈匝数B.气隙大小C.磁导率D.以上都是答案：D。电感式传感器的电感量与线圈匝数、气隙大小、磁导率等因素有关，而灵敏度与电感量的变化有关，所以这些因素都会影响电感式传感器的灵敏度。8.下列关于传感器静态特性指标的描述，错误的是（）A.线性度是指传感器输出与输入之间的线性程度B.灵敏度是指传感器输出变化量与输入变化量之比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D.重复性是指传感器在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量时，其测量结果的一致性答案：无。以上关于传感器静态特性指标的描述都是正确的。9.磁电式传感器是基于（）原理工作的。A.电磁感应B.霍尔效应C.压电效应D.热电效应答案：A。磁电式传感器是利用电磁感应原理，当导体在磁场中做切割磁力线运动时，导体两端会产生感应电动势。10.下列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：D。应变式传感器可通过测量因加速度产生的应变来测量加速度；压电式传感器可利用压电效应将加速度转换为电荷信号进行测量；电容式传感器可通过测量电容变化来反映加速度。二、填空题（每空2分，共20分）1.传感器一般由敏感元件、转换元件和________三部分组成。答案：测量电路。传感器的敏感元件感受被测量并将其转换为易于转换的非电量，转换元件将非电量转换为电量，测量电路则对转换后的电量进行处理和传输。2.金属电阻应变片的灵敏度系数是指单位应变所引起的________变化率。答案：电阻。金属电阻应变片的灵敏度系数K定义为单位应变所引起的电阻变化率，即K=(ΔR/R)/ε，其中ΔR是电阻变化量，R是初始电阻，ε是应变。3.压电材料分为压电晶体和________两大类。答案：压电陶瓷。常见的压电材料有石英等压电晶体和钛酸钡等压电陶瓷。4.热电偶的冷端温度补偿方法有________、冷端温度校正法、补偿电桥法等。答案：冰浴法。冰浴法是将热电偶的冷端置于0℃的冰水混合物中，以消除冷端温度变化对测量结果的影响。5.电容式传感器可分为变面积型、变极距型和________三种类型。答案：变介质型。变面积型通过改变电容极板的有效面积来改变电容；变极距型通过改变极板间的距离来改变电容；变介质型通过改变极板间的介质来改变电容。6.光电管是基于________效应工作的。答案：外光电。外光电效应是指在光的照射下，物体表面的电子逸出的现象，光电管就是利用这种效应，当光照射到光电管的阴极时，阴极发射电子，在电场作用下形成光电流。7.霍尔传感器是基于________效应工作的。答案：霍尔。霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过半导体时，在半导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。8.传感器的动态特性主要研究传感器对________输入信号的响应特性。答案：动态。传感器的动态特性反映了传感器对随时间变化的输入信号的响应能力，主要研究传感器在动态输入信号作用下的输出特性。9.磁电式传感器可分为动圈式和________两种类型。答案：动铁式。动圈式磁电传感器是线圈在磁场中运动；动铁式磁电传感器是铁芯在磁场中运动。10.超声波在液体中传播时，遇到不同介质的界面会发生________现象。答案：反射。超声波在传播过程中，当遇到不同介质的界面时，部分超声波会反射回来，利用这一特性可以进行液位测量、距离测量等。三、简答题（每小题10分，共30分）1.简述传感器的定义和作用。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。（3分）其作用主要体现在以下几个方面：首先，在自动检测系统中，传感器是获取信息的关键部件，它能够将各种非电量（如温度、压力、流量等）转换为电量，为后续的信号处理和控制提供基础数据。（3分）其次，在工业生产过程中，传感器可以实时监测生产过程中的各种参数，保证生产的安全、稳定和高效运行。例如，通过测量温度、压力等参数，及时调整生产工艺，避免设备损坏和产品质量问题。（2分）最后，在科学研究中，传感器可以帮助科学家获取各种实验数据，推动科学技术的发展。例如，在天文学中，传感器可以用于探测天体的各种物理参数。（2分）2.简述金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理及特点。金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应。当金属导体受到外力作用而产生机械变形时，其长度和截面积会发生变化，从而导致电阻值发生改变。（3分）其特点包括：精度较高，性能稳定，线性度好；测量范围较宽；温度稳定性较好；但灵敏度相对较低。（2分）半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。当半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，从而引起电阻值的改变。（3分）其特点是灵敏度高，比金属电阻应变片高几十倍；体积小，动态响应好；但温度稳定性较差，非线性严重。（2分）3.简述热电偶的工作原理和基本定律。热电偶的工作原理基于热电效应，即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，回路中会产生热电势。这是因为不同材料的电子逸出功不同，在接点处会形成电位差，当两个接点温度不同时，电位差的大小也不同，从而形成热电势。（4分）热电偶的基本定律包括：（1）均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积、长度以及各处的温度分布如何，都不会产生热电势。这一定律表明，只有由两种不同材料的导体才能构成热电偶。（2分）（2）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个接点温度相同，就不会影响热电偶的热电势。这一定律为热电偶的测量和连接提供了方便。（2分）（3）中间温度定律：热电偶在两接点温度T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度T、Tn和Tn、T0时的热电势之和。这一定律为热电偶的冷端温度补偿提供了理论依据。（2分）四、计算题（每小题15分，共30分）1.有一金属电阻应变片，其灵敏度系数K=2，初始电阻R=120Ω。当它受到的应变ε=1000με时，求其电阻变化量ΔR。解：根据金属电阻应变片的灵敏度系数公式K=(ΔR/R)/ε，（5分）已知K=2，R=120Ω，ε=1000με=1000×10-6，（3分）将数据代入公式可得：ΔR=K×R×ε（4分）=2×120×1000×10-6=0.24Ω（3分）2.已知一热电偶的热电势EAB(T,T0)=40mV，冷端温度T0=