2026年《检测与传感技术》期末复习考试题库附答案

2026年《检测与传感技术》期末复习考试题库附答案一、单项选择题1.下列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-输入实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与满量程输出的百分比B.灵敏度定义为输出变化量与引起该变化的输入变化量之比C.重复性反映传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时的输出一致性D.迟滞误差是由于传感器内部机械部件的摩擦和材料的弹性滞后导致的，与输入方向无关答案：D（迟滞误差与输入方向有关，正向和反向行程的输出曲线不重合）2.应变式传感器中，金属应变片的灵敏度系数主要取决于（）A.材料的电阻率变化B.材料的几何尺寸变化C.材料的泊松比D.材料的弹性模量答案：B（金属应变片的灵敏度系数K≈1+2μ，主要由几何尺寸变化引起；半导体应变片的K主要由电阻率变化引起）3.电感式传感器中，变气隙式传感器的输出特性为非线性，可通过（）改善线性度A.增大初始气隙δ₀B.采用差动结构C.增加线圈匝数D.减小铁芯截面积答案：B（差动结构可使非线性误差降低一个数量级，同时提高灵敏度）4.电容式传感器测量液位时，若采用变介电常数型结构，其电容变化与液位高度的关系为（）A.线性关系B.二次函数关系C.指数关系D.对数关系答案：A（变介电常数型电容传感器的电容C=ε₀A/(d₁/ε₁+d₂/ε₂)，当液位高度h变化时，d₂=h，d₁=H-h，代入后C与h呈线性关系）5.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）A.压电材料的居里点较低B.电荷容易通过测量电路泄漏C.压电效应仅在动态力作用下产生D.传感器固有频率过低答案：B（压电式传感器输出为电荷，静态力作用下电荷无释放路径，但测量电路存在泄漏电阻，导致电荷逐渐消失，无法稳定测量）6.光电效应中，外光电效应对应的器件是（）A.光敏电阻B.光电池C.光电二极管D.光电倍增管答案：D（外光电效应指光电子逸出材料表面，如光电管、光电倍增管；内光电效应包括光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光电池、光电二极管））7.热电偶的热电势由（）组成A.接触电势和温差电势B.接触电势和表面电势C.温差电势和表面电势D.扩散电势和漂移电势答案：A（热电势包括两种导体接触产生的接触电势，以及同一导体两端温度不同产生的温差电势）8.MEMS传感器的核心优势是（）A.高灵敏度B.低成本、微型化、集成化C.宽测量范围D.抗干扰能力强答案：B（MEMS（微机电系统）通过微加工技术实现传感器的微型化、批量制造和多功能集成）二、填空题1.传感器的基本组成包括敏感元件、转换元件和______。（测量电路）2.电阻应变片的温度误差可通过______和______两种方法补偿。（桥路补偿法；温度自补偿法）3.电感式传感器按工作原理可分为变磁阻式、______和______三类。（涡流式；差动变压器式）4.电容式传感器的三种基本类型是变面积式、变极距式和______。（变介电常数式）5.压电材料分为压电晶体、压电陶瓷和______三大类。（高分子压电材料）6.光电传感器的基本组成包括光源、光学通路、______和信号处理电路。（光电器件）7.热电阻传感器利用金属或半导体的______随温度变化的特性工作，常用材料有______和______。（电阻率；铂；铜）8.智能传感器的核心特征是具备______、______和______功能。（自校准；自诊断；数据处理）三、简答题1.简述电阻应变片与压阻式传感器的工作原理及主要区别。答：电阻应变片基于金属的应变效应（几何尺寸变化引起电阻变化，ΔR/R≈(1+2μ)ε）；压阻式传感器基于半导体的压阻效应（电阻率变化引起电阻变化，ΔR/R≈πEε）。主要区别：①灵敏度：压阻式灵敏度比应变片高几十倍；②温度特性：压阻式温度系数大，需严格温度补偿；③非线性：压阻式非线性严重，应变片线性较好；④应用场景：应变片适用于静态/动态测量，压阻式多用于小位移、高灵敏度场景（如压力传感器）。2.电感式传感器产生零位误差的原因有哪些？如何消除？答：零位误差指差动电感式传感器在位移为零时输出不为零的现象。原因：①传感器制造不对称（线圈匝数、铁芯尺寸不一致）；②铁芯材料不均匀（磁导率分布不均）；③寄生电容耦合（线圈与外壳间分布电容导致零点漂移）。消除方法：①设计时保证结构对称（线圈参数一致、铁芯材料均匀）；②采用相敏检波电路区分位移方向并抑制零位电压；③在测量电路中加入调零环节（如并联可调电阻）。3.电容式传感器的主要缺点是什么？可采取哪些改进措施？答：缺点：①输出阻抗高，负载能力差（需高输入阻抗前置放大器）；②寄生电容影响大（导线电容、传感器与金属板间电容干扰测量）；③非线性（变极距式传感器的C与δ成反比，输出非线性）。改进措施：①采用驱动电缆技术（将传感器与前置放大器间的导线屏蔽层接至放大器输出端，消除寄生电容）；②设计差动结构（变极距式差动电容的非线性误差降低为单电容的1/20）；③使用运算放大器式测量电路（将电容变化转换为电压变化，改善线性度）。4.简述光电传感器的典型应用场景及对应的光电器件选择。答：典型应用：①物体计数（如生产线零件计数）：选用对射式光电传感器（光源与光电器件分置，物体遮挡时输出信号变化），光电器件可选光电二极管；②位移测量（如精密机床定位）：采用激光三角测距法，光电器件用PSD（位置敏感探测器）；③颜色识别（如印刷品检测）：使用RGB光源结合光敏电阻阵列，通过三基色反射光强差异判断颜色；④生物医学检测（如脉搏测量）：利用红外光的穿透性，采用光电三极管接收血管中血液透光率变化信号。四、分析计算题1.某应变片的电阻R=120Ω，灵敏度系数K=2.0，粘贴于弹性模量E=2×10¹¹Pa的钢件表面，当钢件受拉应力σ=1×10⁶Pa时，求应变片的电阻变化量ΔR及电桥输出电压（电桥为单臂工作，电源电压U=5V）。解：应变ε=σ/E=1×10⁶/(2×10¹¹)=5×10⁻⁶电阻变化量ΔR=K·R·ε=2.0×120×5×10⁻⁶=1.2×10⁻³Ω单臂电桥输出电压Uo=(ΔR/R)·(U/4)=(1.2×10⁻³/120)×(5/4)=1.25×10⁻⁵V=12.5μV2.变气隙式电感传感器的初始气隙δ₀=1mm，初始电感L₀=25mH，铁芯截面积A=100mm²，线圈匝数N=2000匝。当气隙减小Δδ=0.1mm时，求此时的电感L（忽略漏磁和铁芯磁阻）。解：初始电感L₀=μ₀N²A/(2δ₀)（差动结构时为μ₀N²A/δ₀，单线圈时气隙磁阻为δ/(μ₀A)，故L=μ₀N²A/δ）由L₀=μ₀N²A/δ₀，得μ₀N²A=L₀δ₀=25×10⁻³×1×10⁻³=25×10⁻⁶当δ=δ₀-Δδ=0.9mm=0.9×10⁻³m时，L=μ₀N²A/δ=25×10⁻⁶/(0.9×10⁻³)≈27.78mH3.压电式传感器测量动态力，压电元件为两片并联的石英晶体（d₁₁=2.31×10⁻¹²C/N），电荷放大器反馈电容Cf=100pF。当被测力F=50sin(1000t)N时，求电荷放大器的输出电压Uo(t)。解：并联时总电荷Q=2×d₁₁×F=2×2.31×10⁻¹²×50sin(1000t)=2.31×10⁻¹⁰sin(1000t)C电荷放大器输出电压Uo=-Q/Cf=-2.31×10⁻¹⁰sin(1000t)/(100×10⁻¹²)=-2.31sin(1000t)V4.用K型热电偶（分度号）测量某炉温，已知冷端温度t₀=30℃，仪表显示热电势为33.29mV，求实际炉温t（K型热电偶分度表：t₀=0℃时，33.29mV对应t₁=800℃；t=30℃时，热电势E(30,0)=1.203mV）。解：根据中间温度定律，E(t,t₀)=E(t,0)-E(t₀,0)，故E(t,0)=E(t,t₀)+E(t₀,0)=33.29+1.203=34.493mV查K型热电偶分度表，34.493mV对应温度约为830℃（34.49mV对应830℃）五、综合应用题设计一个基于电阻应变片的电子秤系统，要求：①量程0-50kg；②精度0.1%FS；③输出4-20mA标准信号。需说明传感器选型、测量电路设计、信号调理流程及误差补偿措施。答：1.传感器选型：选用悬臂梁式电阻应变称重传感器（量程0-50kg，灵敏度2mV/V，非线性≤0.05%FS），4片应变片组成全桥电路（提高灵敏度和温度补偿效果）。2.测量电路设计：电桥激励：采用恒压源供电（5V），全桥输出电压范围0-10mV（2mV/V×5V=10mV满量程）。信号放大：选用低漂移运算放大器（如AD620）设计仪用放大器，增益G=(20mA-4mA)/(10mV)=16mA/10mV=1600（需分两级放大，第一级增益100，第二级增益16，避免饱和）。3.信号调理流程：电桥输出→低通滤波（截止频率10Hz，抑制工频干扰）→仪用放大器（放大至0-16V）→V/I转换电路（采用XTR110，将0-16V转换为4-20mA，负载电阻250Ω时输出电压1-5V）→输出至显示仪表或P