2025年秋新安徽开放大学电大《传感器与测试技术》形考作业题库附答案

2025年秋新安徽开放大学电大《传感器与测试技术》形考作业题库附答案一、单项选择题1.下列不属于传感器静态特性指标的是（）A.灵敏度B.线性度C.固有频率D.迟滞答案：C。固有频率是传感器动态特性相关指标，灵敏度、线性度、迟滞都属于传感器静态特性指标。灵敏度反映传感器对被测量变化的响应能力；线性度描述传感器输出与输入之间的线性程度；迟滞体现传感器正反行程输出输入特性曲线的不重合程度。2.下列哪种传感器可用于测量压力（）A.热电偶B.压电式传感器C.应变片D.光电传感器答案：B。压电式传感器基于压电效应，可将压力转换为电信号，常用于压力测量。热电偶是用于测量温度的传感器；应变片主要用于测量应变；光电传感器是基于光电效应，用于检测光信号或与光有关的物理量。3.应变片的灵敏系数是指（）A.应变片电阻值的大小B.单位应变引起的应变片相对电阻变化C.应变片的横向效应系数D.应变片的绝缘电阻答案：B。灵敏系数表示单位应变引起的应变片相对电阻变化，它是衡量应变片对应变敏感程度的重要参数。应变片电阻值大小与灵敏系数并无直接关联；横向效应系数是反映应变片横向应变对测量影响的系数；绝缘电阻是保证应变片正常工作的一个电气参数。4.电容式传感器中，变极距型电容传感器的灵敏度与极距（）A.成正比B.成反比C.成平方反比D.无关答案：C。变极距型电容传感器的电容与极距成反比，对电容求关于极距的导数可得灵敏度与极距成平方反比关系。当极距减小时，灵敏度会显著增大，但同时也会带来非线性误差增大等问题。5.霍尔传感器的霍尔电势与（）成正比A.激励电流B.磁感应强度C.激励电流和磁感应强度的乘积D.激励电流和磁感应强度的比值答案：C。根据霍尔效应原理，霍尔电势的计算公式为=IB，其中是霍尔电势，是霍尔系数，I是激励电流，B是磁感应强度，所以霍尔电势与激励电流和磁感应强度的乘积成正比。二、多项选择题1.传感器的静态特性主要包括（）A.灵敏度B.线性度C.迟滞D.重复性答案：ABCD。灵敏度反映传感器对输入量变化的敏感程度；线性度衡量传感器输出与输入之间的线性关系；迟滞体现传感器正反行程输出特性的差异；重复性表示传感器在相同条件下，对同一输入量进行多次测量时输出的一致性。这些都是描述传感器静态特性的重要指标。2.以下属于温度传感器的有（）A.热电偶B.热电阻C.热敏电阻D.红外温度传感器答案：ABCD。热电偶是基于热电效应将温度转换为电动势；热电阻利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性来测量温度；热敏电阻是一种对温度敏感的半导体电阻；红外温度传感器通过检测物体发射的红外辐射来测量温度。它们都可用于温度的测量。3.电感式传感器可以分为（）A.变气隙型B.变面积型C.螺线管型D.差动变压器型答案：ABCD。变气隙型电感传感器通过改变气隙大小来改变电感量；变面积型是通过改变线圈与被测物体的相对面积来改变电感；螺线管型电感传感器利用螺线管内磁路的变化来测量；差动变压器型是一种特殊的电感式传感器，利用互感原理将被测量转换为感应电动势。4.传感器的标定分为（）A.静态标定B.动态标定C.直接标定D.间接标定答案：AB。静态标定主要是确定传感器的静态特性指标，如灵敏度、线性度等，通常在静态条件下进行；动态标定用于确定传感器的动态特性，如频率响应、上升时间等，需要在动态信号激励下进行。直接标定和间接标定并不是传感器标定的常见分类方式。5.以下关于压电式传感器的说法正确的是（）A.压电式传感器是一种有源传感器B.压电式传感器可用于测量动态力C.压电式传感器的输出信号微弱，需要进行信号调理D.压电式传感器不能用于测量静态力答案：ABCD。压电式传感器基于压电效应产生电荷，是有源传感器。由于压电效应在动态力作用下才能持续产生电荷输出，所以常用于测量动态力。其输出的电荷信号非常微弱，需要通过电荷放大器等进行信号调理。对于静态力，压电材料产生的电荷会逐渐泄漏，所以一般不能用于测量静态力。三、判断题1.传感器的精度越高，其测量结果就越准确。（）答案：正确。精度是衡量传感器测量结果与真实值接近程度的指标，精度越高，说明传感器的测量误差越小，测量结果也就越准确。但在实际应用中，还需要考虑测量环境等因素对测量结果的影响。2.应变片的横向效应会使应变片的灵敏度降低。（）答案：正确。应变片的横向效应是指在纵向应变作用下，横向也会产生应变，导致电阻变化不完全是由纵向应变引起的，从而使应变片的实际灵敏度比理论灵敏度降低。3.电容式传感器只能用于测量位移。（）答案：错误。电容式传感器不仅可以测量位移，还可以测量压力、液位、湿度等多种物理量。通过改变电容式传感器的结构或工作方式，可以将不同的物理量转换为电容的变化进行测量。4.霍尔传感器只能在磁场中工作。（）答案：正确。霍尔传感器是基于霍尔效应工作的，而霍尔效应是指在磁场中，载流导体或半导体中的载流子受到洛伦兹力的作用而产生横向电势差，所以霍尔传感器必须在磁场中才能正常工作。5.传感器的动态特性只与传感器本身的结构和材料有关，与被测量的变化特性无关。（）答案：错误。传感器的动态特性既与传感器本身的结构和材料有关，也与被测量的变化特性有关。不同的被测量变化特性（如变化频率、变化幅度等）会对传感器的动态响应产生不同的影响，在设计和使用传感器时需要综合考虑这些因素。四、简答题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、转换元件和信号调理电路三部分组成。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物理量的元件；转换元件将敏感元件输出的物理量转换为电信号；信号调理电路则对转换元件输出的电信号进行放大、滤波、线性化等处理，以满足后续测量或控制的要求。2.说明应变片测量应变的工作原理。应变片测量应变的工作原理基于金属的电阻应变效应。当金属丝受到外力作用时，其长度和截面积会发生变化，从而导致电阻值发生改变。设金属丝的电阻R=ρ（其中ρ为电阻率，l为长度，S为截面积），当金属丝产生应变ε=时，电阻的相对变化=3.简述电容式传感器的优缺点。优点：结构简单，适应性强，可在高温、辐射和强振等恶劣环境下工作。动态响应好，可用于测量快速变化的参数。灵敏度高，能检测微小的位移和压力变化。本身发热小，对被测对象影响小。可实现非接触测量，如测量振动、厚度等。缺点：输出阻抗高，负载能力差，需要高输入阻抗的测量电路与之配合。寄生电容影响大，会降低传感器的灵敏度和精度，需要采取屏蔽等措施来减小影响。非线性误差较大，尤其是变极距型电容传感器，需要进行线性化处理。4.说明压电式传感器的工作原理及应用场合。压电式传感器的工作原理基于压电效应。某些晶体材料（如石英、压电陶瓷等）在受到外力作用时，其内部会产生极化现象，在晶体的表面会产生电荷，当外力去除后，电荷也随之消失，这种现象称为正压电效应。相反，当在晶体的极化方向施加电场时，晶体会产生机械变形，称为逆压电效应。压电式传感器主要用于测量动态力、加速度和压力等物理量。在振动测量中，可将压电式加速度传感器安装在被测物体上，通过测量物体振动时产生的加速度来分析振动特性；在压力测量中，可利用压电效应将压力转换为电荷信号进行测量；在声学领域，压电式传感器可用于制作麦克风等设备。5.简述传感器标定的目的和方法。目的：确定传感器的静态特性指标，如灵敏度、线性度、迟滞等，为传感器的使用提供准确的参数。检验传感器的性能是否符合要求，判断传感器是否合格。消除传感器在制造和使用过程中产生的误差，提高测量精度。方法：静态标定：通常采用比较法，将被标定的传感器与精度已知的标准传感器同时对同一被测量进行测量，通过比较两者的输出，得到被标定传感器的静态特性指标。动态标定：对于测量动态信号的传感器，需要进行动态标定。常用的动态标定方法有阶跃响应法和频率响应法。阶跃响应法是给传感器输入一个阶跃信号，记录传感器的输出响应，通过分析输出响应曲线来确定传感器的动态特性参数，如上升时间、峰值时间等；频率响应法是给传感器输入不同频率的正弦信号，测量传感器的输出幅值和相位随频率的变化，从而得到传感器的频率响应特性。五、计算题1.已知某应变片的灵敏系数K=2，初始电阻=120Ω，当应变片受到解：根据应变片电阻相对变化与应变的关系=KΔ将K=2，ε=Δ2.一个变极距型电容式传感器，初始极距=1mm，初始电容=100pF，当极距变化解：变极距型电容式传感器的电容计算公式为C=，对其求关于δ的导数可得=−，在Δδ将=100pF，=Δ即电容减小了10