国开传感器与测试技术期末试题及答案(2025年)

国开传感器与测试技术期末试题及答案(2025年)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于传感器静态特性的描述中，错误的是（）。A.线性度是指传感器输出-输入特性曲线与理想直线的偏离程度B.迟滞反映传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出-输入特性曲线的不重合程度C.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线的不一致程度D.灵敏度是传感器输出量变化与输入量变化的比值，与量程无关2.金属应变片的工作原理基于（）。A.压阻效应B.应变效应C.热电效应D.压电效应3.差动式电感传感器相比单线圈电感传感器的主要优势是（）。A.提高灵敏度，减小非线性误差B.降低成本，简化结构C.扩大测量范围D.增强抗干扰能力4.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）。A.压电材料的居里点低B.电荷容易泄漏，无法长期保存C.输出信号微弱D.频率响应范围窄5.光电式传感器中，利用外光电效应工作的器件是（）。A.光敏电阻B.光电二极管C.光电倍增管D.光电池6.测试系统中，信号调理电路的主要作用是（）。A.直接显示测量结果B.将传感器输出信号转换为适合后续处理的电信号C.存储原始数据D.对信号进行频域分析7.某温度传感器的量程为0~100℃，满量程输出为5V，当输入60℃时输出3.2V，则其非线性误差（以满量程输出的百分比表示）约为（）。A.2%B.3%C.4%D.5%8.以下关于电容式传感器的描述中，正确的是（）。A.变极距型电容传感器的灵敏度与初始极距成反比B.变面积型电容传感器的输出与位移成非线性关系C.变介质型电容传感器主要用于测量液体或气体的成分D.电容式传感器对环境湿度不敏感9.在振动测试中，加速度传感器通常选用（）。A.压电式传感器B.电感式传感器C.电阻应变式传感器D.电容式传感器10.测试误差中，由于测量仪器零位漂移引起的误差属于（）。A.系统误差B.随机误差C.粗大误差D.动态误差二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器一般由敏感元件、________和________三部分组成。2.金属应变片的灵敏度系数K由________和________两部分决定，其中主要因素是________。3.电感式传感器按转换原理可分为________、________和电涡流式三种类型。4.压电式传感器的输出可以是电荷信号或________信号，因此需要配合________放大器或________放大器使用。5.光电式传感器中，光敏电阻基于________效应工作，其阻值随光照强度增加而________。6.测试系统的动态特性通常用________、________和________三种数学模型描述。7.误差按性质可分为系统误差、________和________，其中________可以通过多次测量取平均减小。8.热电偶的热电势由________和________两部分组成，其测温原理基于________定律。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电阻应变片测量电路中采用半桥和全桥接法的优点。2.比较电感式传感器和电容式传感器在测量位移时的优缺点。3.压电式传感器为何需要配置前置放大器？常用的前置放大器有哪两种类型？各自的特点是什么？4.说明光电式传感器中“莫尔条纹”的形成原理及其在位移测量中的应用优势。5.测试系统的频率响应特性主要由哪些指标描述？如何通过实验方法测定系统的幅频特性和相频特性？四、分析计算题（每题10分，共20分）1.某应变式称重传感器采用四片相同的金属应变片（灵敏度系数K=2.0，初始电阻R=120Ω）组成全桥测量电路，电桥电源电压U=5V。当被测重量使应变片产生ε=1000με的应变时，求电桥的输出电压ΔU。（注：1με=1×10⁻⁶）2.某压电式加速度传感器的电荷灵敏度S_q=10pC/(m·s⁻²)，配接电荷放大器，电荷放大器的反馈电容C_f=1000pF。当被测加速度a=5m/s²时，求电荷放大器的输出电压U_o（忽略电缆电容和放大器输入电阻的影响）。五、综合题（20分）设计一个基于传感器的温度-压力联合测试系统，用于监测某化工反应釜内的温度（范围-50~200℃）和压力（范围0~10MPa）。要求：（1）分别选择适合的温度传感器和压力传感器，并说明选型依据；（2）画出系统的原理框图（需包含传感器、信号调理、数据采集、显示存储模块）；（3）分析测试过程中可能遇到的干扰及抑制措施。参考答案一、单项选择题1.D2.B3.A4.B5.C6.B7.A8.C9.A10.A二、填空题1.转换元件；信号调理电路（或转换电路）2.几何尺寸变化；材料电阻率变化；几何尺寸变化（或ΔR/R≈(1+2μ)ε）3.变气隙型；变面积型4.电压；电荷；电压5.内光电（或光电导）；减小6.微分方程；传递函数；频率响应函数7.随机误差；粗大误差；随机误差8.接触电势；温差电势；中间导体三、简答题1.半桥接法使用两片应变片（一片工作片，一片补偿片），可抵消温度误差，灵敏度为单臂电桥的2倍；全桥接法使用四片应变片（两对工作片），不仅完全补偿温度误差，灵敏度为单臂电桥的4倍，且非线性误差更小。2.电感式传感器优点：结构简单、灵敏度高、线性范围较大；缺点：存在电磁干扰、响应频率较低。电容式传感器优点：动态响应好、灵敏度高、非接触测量；缺点：寄生电容影响大、对环境湿度敏感、输出阻抗高。3.压电式传感器输出阻抗极高（可达10¹²Ω），信号微弱，需前置放大器实现阻抗变换和信号放大。常用电荷放大器和电压放大器：电荷放大器输出电压与电荷量成正比，受电缆电容影响小；电压放大器输出电压与压电元件电压成正比，易受电缆长度变化影响。4.莫尔条纹由两组密度相近的光栅叠合时，光线透过率周期性变化形成。应用优势：放大位移（位移放大倍数≈光栅间距/条纹间距）、平均误差（消除光栅局部缺陷）、高精度测量（可检测微米级甚至亚微米级位移）。5.频率响应特性指标：通频带、截止频率、谐振频率、幅值误差、相位误差。实验方法：对测试系统输入不同频率的正弦信号，记录输入与输出的幅值比（幅频特性）和相位差（相频特性），绘制曲线。四、分析计算题1.全桥输出电压ΔU=(KUε)/4×U=(2.0×1000×10⁻⁶×5)/4=2.5×10⁻³V=2.5mV。2.电荷放大器输出电压U_o=q/C_f=(S_q×a)/C_f=(10pC/(m·s⁻²)×5m/s²)/1000pF=50pC/1000pF=0.05V。五、综合题（1）温度传感器选型：选择K型热电偶（镍铬-镍硅），因其测温范围宽（-200~1300℃），满足-50~200℃需求；线性度较好，适合工业环境。压力传感器选型：选择扩散硅压阻式传感器，量程0~10MPa，精度高（0.1%FS），响应快，适合静态/动态压力测量。（2）原理框图：传感器（热电偶、压阻式压力传感器）→信号调理（热电偶配冷端补偿器+放大器；压力传感器配恒流源+差分放大器）→数据采集（A/D转换器）→显示存储（计算机+测试软件）。（3）干扰及抑制：①电磁干扰：来自电机、变频器等。措施：传感器电缆