2026年传感器与检测技术课后习题和答案

2026年传感器与检测技术课后习题和答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列传感器中，基于压阻效应工作的是（）。A.压电陶瓷传感器B.半导体应变片C.金属丝应变片D.电容式位移传感器2.某温度传感器的测量范围为-50℃~300℃，满量程输出为5V，当输入150℃时输出为3V，则该传感器的非线性误差（以满量程输出的百分比表示）约为（）。A.2%B.3%C.4%D.5%3.为消除电感式传感器的零点残余电压，通常采用的措施是（）。A.增加激励电压频率B.采用相敏检波电路C.增大线圈匝数D.减小气隙长度4.压电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.电荷易通过测量回路泄漏C.输出信号太弱D.温度漂移严重5.光电效应中，能产生光生伏特效应的器件是（）。A.光敏电阻B.光电二极管C.光电池D.光电倍增管6.热电阻传感器中，常用的铂电阻在0℃时的电阻值R₀=100Ω，其温度系数α=0.00385/℃，当温度为100℃时，其电阻值约为（）。A.138.5ΩB.125ΩC.115ΩD.145Ω7.电容式传感器采用差分式结构的主要目的是（）。A.提高灵敏度B.减小非线性误差C.增加测量范围D.以上均是8.霍尔传感器的灵敏度与（）无关。A.霍尔元件的厚度B.载流子浓度C.激励电流D.磁场强度9.热电偶的热电势由（）组成。A.接触电势和温差电势B.接触电势和应变电势C.温差电势和压电势D.应变电势和压电势10.以下不属于智能传感器特征的是（）。A.自校准功能B.单一参数测量C.数据存储能力D.通信接口二、填空题（每空1分，共20分）1.传感器的静态特性指标主要包括______、______、______和重复性等。2.金属应变片的工作原理是______效应，半导体应变片的工作原理是______效应。3.电感式传感器可分为______式、______式和涡流式三种类型。4.电容式传感器按参数变化方式可分为______型、______型和______型。5.压电传感器的前置放大器有两种形式：______放大器和______放大器，前者适用于远距离传输。6.光电传感器的基本组成包括______、______和______三部分。7.热电偶的基本定律包括______定律、______定律和______定律。8.智能传感器通常集成了______、______和______模块，实现数据处理与通信。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述电阻应变片温度误差的产生原因及常用补偿方法。2.比较变间隙式电容传感器与变面积式电容传感器的优缺点。3.说明电感式传感器中零点残余电压的定义及主要消除方法。4.霍尔传感器在测量磁场时，可能产生的误差有哪些？如何减小？5.简述热电偶冷端补偿的必要性及常用补偿方法（至少列举3种）。四、计算题（每题10分，共20分）1.某应变片的灵敏度系数K=2.0，初始电阻R₀=120Ω。将其粘贴在弹性模量E=2×10¹¹Pa的钢构件表面，当构件受拉应力σ=1×10⁷Pa时，求应变片的电阻变化量ΔR及相对变化量ΔR/R。（提示：应变ε=σ/E）2.一变面积式电容传感器，两极板为矩形，初始有效面积A₀=20mm×20mm，极板间距d=0.1mm，介电常数ε=ε₀εᵣ（ε₀=8.85×10⁻¹²F/m，εᵣ=1）。当动极板沿长度方向位移Δx=5mm时，求电容变化量ΔC。（电容公式C=εA/d）五、综合分析题（10分）设计一个基于压电传感器的机械振动检测系统，要求：（1）画出系统组成框图；（2）说明各部分的功能；（3）分析可能的干扰因素及抑制措施。答案一、选择题1.B2.C3.B4.B5.C6.A7.D8.D9.A10.B二、填空题1.灵敏度、线性度、迟滞2.金属电阻应变、压阻3.变气隙、变面积4.变间隙、变面积、变介电常数5.电压、电荷6.光源、光学通路、光电器件7.均质导体、中间导体、中间温度8.传感器、微处理器、通信三、简答题1.温度误差产生原因：①温度变化引起应变片电阻变化（电阻温度系数）；②试件与应变片材料热膨胀系数不同导致附加应变。补偿方法：①电桥补偿法（利用补偿片）；②温度自补偿应变片（选择特定敏感栅材料）；③线路补偿（如恒流源供电）。2.变间隙式：优点是灵敏度高（与d²成反比）；缺点是非线性严重（Δd/d₀需小于1/5~1/10），测量范围小。变面积式：优点是线性度好（ΔC与ΔA成正比），测量范围大；缺点是灵敏度较低（与d成反比）。3.零点残余电压：指电感式传感器在被测参数为零时，输出端存在的微小电压。消除方法：①设计对称结构（线圈参数、磁路对称）；②采用相敏检波电路抑制无用分量；③调整补偿电路（如并联电阻、电容）抵消残余电压。4.误差来源：①温度误差（载流子浓度变化）；②不等位电势（电极不对称）；③寄生直流电势（激励电流的交流分量）；④电磁干扰。减小措施：①采用温度补偿电路（如串联热敏电阻）；②工艺上保证电极对称；③使用恒流源供电；④屏蔽干扰源。5.必要性：热电偶的热电势与冷端温度有关，若冷端温度不为0℃，需补偿以保证测量准确性。补偿方法：①冰浴法（冷端置于0℃冰水混合物）；②电桥补偿法（利用不平衡电桥产生电压抵消冷端温度变化）；③软件补偿法（通过微处理器实时测量冷端温度并修正）；④补偿导线法（用与热电偶热电特性相近的导线延长冷端）。四、计算题1.解：应变ε=σ/E=1×10⁷/(2×10¹¹)=5×10⁻⁵相对电阻变化ΔR/R=Kε=2.0×5×10⁻⁵=1×10⁻⁴电阻变化量ΔR=R₀×ΔR/R=120×1×10⁻⁴=0.012Ω答：ΔR=0.012Ω，ΔR/R=1×10⁻⁴。2.解：初始面积A₀=20×20=400mm²=4×10⁻⁴m²位移后面积A=A₀-Δx×b（b为极板宽度20mm=0.02m）Δx=5mm=0.005m，故ΔA=Δx×b=0.005×0.02=1×10⁻⁴m²初始电容C₀=εA₀/d=8.85×10⁻¹²×4×10⁻⁴/0.1×10⁻³=3.54×10⁻¹¹F变化后电容C=ε(A₀-ΔA)/d=C₀-εΔA/dΔC=-εΔA/d=-8.85×10⁻¹²×1×10⁻⁴/0.1×10⁻³=-8.85×10⁻¹²F=-8.85pF（负号表示电容减小）答：ΔC≈-8.85pF。五、综合分析题（1）系统组成框图：压电传感器→电荷放大器→低通滤波器→数据采集卡→计算机（或显示终端）。（2）各部分功能：压电传感器：将机械振动的加速度/力转换为电荷信号（基于压电效应）。电荷放大器：将高内阻的电荷信号转换为低内阻的电压信号，稳定输出。低通滤波器：滤除高频噪声（如电磁干扰、传感器谐振频率外的杂波）。数据采集卡：将模拟电压信号转换为数字信号，供计算机处理。计算机：分析振动频率、幅值等参数，实现故