檢測技術(shù)期末試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種傳感器不屬于溫度傳感器？（）A.熱電偶B.熱電阻C.壓電傳感器D.熱敏電阻答案：C。解析：壓電傳感器是用于測量力、壓力、加速度等物理量的傳感器，而熱電偶、熱電阻、熱敏電阻都是常見的溫度傳感器。2.測量結(jié)果與被測量真值之間的一致程度稱為（）A.重復(fù)性B.靈敏度C.準確度D.線性度答案：C。解析：準確度是指測量結(jié)果與被測量真值之間的一致程度；重復(fù)性是指在相同測量條件下，對同一被測量進行連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性；靈敏度是指傳感器輸出量的變化與引起該變化的輸入量的變化之比；線性度是指傳感器輸出與輸入之間的線性程度。3.應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指（）A.應(yīng)變片電阻值的大小B.單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片相對電阻變化C.應(yīng)變片材料的電阻率D.應(yīng)變片的截面積答案：B。解析：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片相對電阻變化。4.以下哪種檢測方法屬于無損檢測？（）A.金相分析B.硬度測試C.超聲波檢測D.拉伸試驗答案：C。解析：超聲波檢測是利用超聲波在材料中傳播時遇到缺陷會產(chǎn)生反射等現(xiàn)象來檢測內(nèi)部缺陷，屬于無損檢測；金相分析、硬度測試、拉伸試驗都需要對試件進行破壞或加工，不屬于無損檢測。5.霍爾傳感器是基于（）原理工作的。A.壓電效應(yīng)B.熱電效應(yīng)C.霍爾效應(yīng)D.光電效應(yīng)答案：C。解析：霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)工作的，當電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時，在半導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這就是霍爾效應(yīng)。6.傳感器的靜態(tài)特性指標不包括（）A.量程B.精度C.響應(yīng)時間D.線性度答案：C。解析：響應(yīng)時間是傳感器的動態(tài)特性指標，量程、精度、線性度屬于靜態(tài)特性指標。7.測量微弱信號時，通常采用的放大器是（）A.功率放大器B.電壓放大器C.運算放大器D.測量放大器答案：D。解析：測量放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比等特點，適合用于測量微弱信號；功率放大器主要用于放大功率；電壓放大器主要用于放大電壓；運算放大器用途廣泛，但在測量微弱信號時不如測量放大器針對性強。8.電容式傳感器可以測量（）A.位移B.溫度C.壓力D.以上都可以答案：D。解析：電容式傳感器通過改變電容的參數(shù)（如極板間距、極板面積、介電常數(shù)等）來實現(xiàn)對各種物理量的測量，可用于測量位移、溫度、壓力等多種物理量。9.以下哪種濾波器能讓低頻信號通過，而抑制高頻信號？（）A.高通濾波器B.低通濾波器C.帶通濾波器D.帶阻濾波器答案：B。解析：低通濾波器的特性是允許低頻信號通過，而對高頻信號有較大的衰減；高通濾波器則相反，允許高頻信號通過，抑制低頻信號；帶通濾波器允許一定頻率范圍內(nèi)的信號通過；帶阻濾波器抑制一定頻率范圍內(nèi)的信號。10.電渦流傳感器可用于測量（）A.厚度B.硬度C.濕度D.顏色答案：A。解析：電渦流傳感器利用電渦流效應(yīng)，可用于測量金屬材料的厚度、位移、振動等；硬度、濕度、顏色一般不能用電渦流傳感器測量。二、填空題（每題2分，共20分）1.傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和______三部分組成。答案：測量電路。解析：傳感器通常由敏感元件感受被測量并將其轉(zhuǎn)換為與被測量有確定關(guān)系的其他量，轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的量轉(zhuǎn)換為電信號，測量電路對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行處理和傳輸。2.熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由______和溫差電勢組成。答案：接觸電勢。解析：熱電偶的熱電勢是由兩種不同導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢共同組成的。3.測量誤差按其性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差、______和粗大誤差。答案：隨機誤差。解析：系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律性，隨機誤差是由各種偶然因素引起的，粗大誤差是明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。4.應(yīng)變片的粘貼工藝中，關(guān)鍵步驟是______，以保證應(yīng)變片與被測構(gòu)件之間良好的機械和電氣連接。答案：貼片。解析：貼片的質(zhì)量直接影響應(yīng)變片與被測構(gòu)件之間的連接效果，包括粘貼的平整度、牢固度等，對測量結(jié)果的準確性至關(guān)重要。5.壓電式傳感器的輸出信號是______信號，需要使用電荷放大器或電壓放大器進行后續(xù)處理。答案：電荷。解析：壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)工作的，當受到外力作用時會產(chǎn)生電荷輸出。6.光電效應(yīng)可分為外光電效應(yīng)、______和光生伏特效應(yīng)。答案：內(nèi)光電效應(yīng)。解析：外光電效應(yīng)是指在光的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面的現(xiàn)象；內(nèi)光電效應(yīng)是指光照射在半導(dǎo)體材料上，使材料的電學性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象；光生伏特效應(yīng)是指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。7.數(shù)字式傳感器的輸出信號是______信號，便于與計算機等數(shù)字設(shè)備接口。答案：數(shù)字。解析：數(shù)字式傳感器直接輸出數(shù)字信號，不需要進行復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換就可以與計算機等數(shù)字設(shè)備連接和通信。8.超聲波在不同介質(zhì)的界面上會發(fā)生______和折射現(xiàn)象。答案：反射。解析：當超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的界面時，一部分超聲波會反射回原介質(zhì)，另一部分會折射進入另一種介質(zhì)。9.傳感器的靈敏度是指______與輸入量變化之比。答案：輸出量變化。解析：靈敏度反映了傳感器對被測量變化的敏感程度，即輸出量的變化與輸入量變化的比值。10.電橋按工作方式可分為單臂電橋、______和全橋電橋。答案：雙臂電橋。解析：單臂電橋、雙臂電橋和全橋電橋是電橋常見的工作方式，不同的工作方式在靈敏度、測量精度等方面有所不同。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述傳感器的定義和作用。答案：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：信息獲?。簜鞲衅魇谦@取各種物理量、化學量和生物量等信息的重要手段，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。例如在工業(yè)生產(chǎn)中，通過溫度傳感器、壓力傳感器等獲取生產(chǎn)過程中的溫度、壓力等參數(shù)。監(jiān)測與控制：在許多系統(tǒng)中，傳感器可以實時監(jiān)測各種參數(shù)的變化，并將這些信息反饋給控制系統(tǒng)，以便及時調(diào)整系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行。如在航空航天領(lǐng)域，傳感器用于監(jiān)測飛行器的各種狀態(tài)參數(shù)，為飛行控制提供依據(jù)。智能化基礎(chǔ)：隨著科技的發(fā)展，智能化設(shè)備越來越普及，傳感器作為獲取外界信息的關(guān)鍵部件，是實現(xiàn)設(shè)備智能化的基礎(chǔ)。智能家電、智能家居等都離不開各種傳感器來感知環(huán)境和用戶的需求。2.說明熱電偶的工作原理和使用時的注意事項。答案：工作原理：熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的。兩種不同成分的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。熱電勢的大小與兩個接點的溫度差以及熱電極的材料有關(guān)。注意事項：熱電偶的選型：要根據(jù)測量的溫度范圍、精度要求、環(huán)境條件等選擇合適的熱電偶類型。不同類型的熱電偶有不同的測溫范圍和精度。安裝位置：熱電偶的安裝位置應(yīng)能準確反映被測對象的溫度，避免安裝在有強烈熱輻射、氣流擾動等影響測量準確性的地方。補償導(dǎo)線的使用：由于熱電偶的熱端和冷端之間存在一定的距離，為了減小冷端溫度變化對測量結(jié)果的影響，需要使用補償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸到溫度相對穩(wěn)定的地方。補償導(dǎo)線的材質(zhì)和型號應(yīng)與熱電偶匹配。冷端溫度補償：熱電偶的熱電勢與熱端和冷端的溫度差有關(guān)，為了得到準確的測量結(jié)果，需要對冷端溫度進行補償。常用的冷端溫度補償方法有冰點法、計算修正法、電橋補償法等。3.比較電阻應(yīng)變式傳感器和壓電式傳感器的優(yōu)缺點。答案：電阻應(yīng)變式傳感器：優(yōu)點：測量精度高：可以實現(xiàn)高精度的測量，適用于對測量精度要求較高的場合。測量范圍廣：可以測量微小的應(yīng)變到較大的力等物理量，具有較寬的測量范圍。性能穩(wěn)定：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，受環(huán)境因素的影響相對較小。易于實現(xiàn)數(shù)字化：輸出信號為電阻變化，經(jīng)過適當?shù)霓D(zhuǎn)換可以方便地實現(xiàn)數(shù)字化處理。缺點：響應(yīng)速度較慢：由于其工作原理涉及到應(yīng)變片的變形和電阻變化，響應(yīng)速度相對較慢，不適合測量快速變化的物理量。靈敏度相對較低：與一些其他類型的傳感器相比，電阻應(yīng)變式傳感器的靈敏度可能較低。壓電式傳感器：優(yōu)點：靈敏度高：能夠檢測到微小的力和壓力變化，對動態(tài)信號的響應(yīng)能力強。響應(yīng)速度快：基于壓電效應(yīng)，能夠快速響應(yīng)外力的變化，適用于測量高頻動態(tài)信號。結(jié)構(gòu)緊湊：體積小、重量輕，便于安裝和使用。缺點：輸出信號微弱：壓電式傳感器輸出的電荷信號非常微弱，需要使用專門的電荷放大器進行放大處理。不適用于靜態(tài)測量：由于壓電材料的電荷會逐漸泄漏，因此壓電式傳感器一般不適合用于靜態(tài)或緩慢變化的物理量的測量。受溫度影響較大：溫度變化會影響壓電材料的性能，導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，需要進行溫度補償。四、計算題（每題15分，共30分）1.有一電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)$K=2$，初始電阻$R_0=120\Omega$。當它受到的應(yīng)變$\varepsilon=1000\times10^{-6}$時，求應(yīng)變片的電阻變化量$\DeltaR$和相對電阻變化率$\frac{\DeltaR}{R_0}$。解：根據(jù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)公式$K=\frac{\frac{\DeltaR}{R_0}}{\varepsilon}$，可得：相對電阻變化率$\frac{\DeltaR}{R_0}=K\varepsilon$已知$K=2$，$\varepsilon=1000\times10^{-6}$，則：$\frac{\DeltaR}{R_0}=2\times1000\times10^{-6}=2\times10^{-3}$電阻變化量$\DeltaR=R_0\times\frac{\DeltaR}{R_0}$將$R_0=120\Omega$，$\frac{\DeltaR}{R_0}=2\times10^{-3}$代入上式得：$\DeltaR=120\times2\times10^{-3}=0.24\Omega$答：應(yīng)變片的電阻變化量$\DeltaR$為$0.24\Omega$，相對電阻變化率$\frac{\DeltaR}{R_0}$為$2\times10^{-3}$。2.一個電容式傳感器，其圓形極板半徑$r=5mm$，初始極板間距$d_0=1mm$，極板間介質(zhì)為空氣，介電常數(shù)$\varepsilon_0=8.85\times10^{-12}F/m$。當極板間距變化$\Deltad=0.1mm$時，求電容的變化量$\DeltaC$。解：平行板電容式傳感器的電容計算公式為$C=\frac{\varepsilonS}saijbce$，其中$S$為極板面積，$d$為極板間距，對于圓形極板，$S=\pir^2$。初始電容$C_0=\frac{\varepsilon_0S}{d_0}=\frac{\varepsilon_0\pir^2}{d_0}$將$r=5mm=5\times10^{-3}m$，$d_0=1mm=1\times10^{-3}m$，$\varepsilon_0=8.85\times10^{-12}F/m$代入上式得：$S=\pir^2=\pi\times(5\times10^{-3})^2m^2$$C_0=\frac{8.85\times10^{-12}\times\pi\times(5\times10^{-3})^2}{1\times10^{-3}}F$$C_0=\frac{8.85\times10^{-12}\times\pi\times25\times10^{-6}}{1\times10^{-3}}F\approx6.94\times10^{-13}F$當極板間距變?yōu)?d=d_0+\Deltad=(1+0.1)\times10^{-3}m=1.1\times10^{-3}m$時，電容$C=\frac{\varepsilon_0S}xuhpdty=\frac{\varepsilon_0\pir