全國儀器儀表制造理論模擬題+答案一、選擇題（每題2分，共30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.應(yīng)變片D.熱敏電阻答案：C解析：應(yīng)變片是一種用于測量應(yīng)變的傳感器，主要用于測量物體的變形，而不是溫度。熱電偶、熱電阻和熱敏電阻都是常見的溫度傳感器。熱電偶是基于熱電效應(yīng)工作的，通過兩種不同金屬的連接點產(chǎn)生的熱電勢來測量溫度；熱電阻是利用金屬的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度；熱敏電阻則是由半導(dǎo)體材料制成，其電阻值對溫度變化非常敏感。2.儀表的精度等級是根據(jù)儀表的（）來劃分的。A.絕對誤差B.相對誤差C.引用誤差D.基本誤差答案：C解析：儀表的精度等級是根據(jù)儀表的引用誤差來劃分的。引用誤差是指絕對誤差與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)?；菊`差是指儀表在規(guī)定的正常工作條件下所具有的誤差，但它不是劃分精度等級的直接依據(jù)。絕對誤差是測量值與真實值之差；相對誤差是絕對誤差與測量值之比。通過引用誤差可以統(tǒng)一衡量不同量程儀表的準(zhǔn)確程度，從而劃分精度等級。3.在自動控制系統(tǒng)中，（）環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的變化速度成正比。A.比例B.積分C.微分D.慣性答案：C解析：微分環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量的變化速度成正比。比例環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量成比例關(guān)系；積分環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量對時間的積分成正比；慣性環(huán)節(jié)具有一定的延遲和濾波特性，其輸出量的變化相對輸入量有一定的滯后。微分環(huán)節(jié)能夠?qū)斎胄盘柕淖兓首龀鲰憫?yīng)，常用于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，如加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度、減少超調(diào)等。4.數(shù)字萬用表的A/D轉(zhuǎn)換器通常采用（）。A.并行比較型B.逐次逼近型C.雙積分型D.電壓-頻率轉(zhuǎn)換型答案：C解析：數(shù)字萬用表的A/D轉(zhuǎn)換器通常采用雙積分型。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器速度快，但電路復(fù)雜，成本高；逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器速度適中，精度也較高，但抗干擾能力相對較弱；電壓-頻率轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器常用于一些特定場合。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、精度較高、電路相對簡單等優(yōu)點，適合用于數(shù)字萬用表等對精度和抗干擾要求較高的測量儀器。5.以下哪種放大器常用于傳感器信號的前置放大？（）A.功率放大器B.電壓放大器C.運算放大器D.差動放大器答案：D解析：差動放大器常用于傳感器信號的前置放大。傳感器輸出的信號通常比較微弱，而且可能存在共模干擾。差動放大器能夠有效地抑制共模信號，放大差模信號，提高信號的抗干擾能力和測量精度。功率放大器主要用于放大功率，以驅(qū)動負(fù)載；電壓放大器主要用于放大電壓信號，但對共模干擾的抑制能力不如差動放大器；運算放大器是一種通用的放大器，可以組成各種不同功能的電路，但在傳感器信號前置放大中，差動放大器更為常用。6.壓電式傳感器是基于（）原理工作的。A.熱電效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.光電效應(yīng)D.霍爾效應(yīng)答案：B解析：壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)工作的。壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到外力作用時，其表面會產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。熱電效應(yīng)是指兩種不同金屬連接時，在溫度差的作用下會產(chǎn)生熱電勢；光電效應(yīng)是指物質(zhì)在光的照射下產(chǎn)生電的現(xiàn)象；霍爾效應(yīng)是指當(dāng)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產(chǎn)生電勢差。7.流量測量中，（）流量計適用于測量高粘度流體的流量。A.孔板B.渦輪C.橢圓齒輪D.電磁答案：C解析：橢圓齒輪流量計適用于測量高粘度流體的流量?？装辶髁坑嬍且环N節(jié)流式流量計，對流體的粘度有一定要求，高粘度流體可能會導(dǎo)致測量誤差增大；渦輪流量計主要適用于清潔、低粘度流體的測量，高粘度流體可能會影響渦輪的轉(zhuǎn)動；電磁流量計適用于導(dǎo)電液體的流量測量，與流體粘度關(guān)系不大。橢圓齒輪流量計通過橢圓齒輪的轉(zhuǎn)動來測量流體的體積，對高粘度流體有較好的適應(yīng)性。8.以下哪種顯示器件屬于主動發(fā)光顯示器件？（）A.LCDB.LEDC.PDPD.OLED答案：B、C、D解析：主動發(fā)光顯示器件是指能夠自行發(fā)光的顯示器件。LED（發(fā)光二極管）、PDP（等離子顯示器）和OLED（有機發(fā)光二極管）都屬于主動發(fā)光顯示器件。LCD（液晶顯示器）本身不發(fā)光，需要背光源提供光線，通過控制液晶的透光性來顯示圖像，屬于被動顯示器件。9.在PID控制器中，I代表（）。A.比例B.積分C.微分D.增益答案：B解析：在PID控制器中，P代表比例，I代表積分，D代表微分。比例作用能夠快速響應(yīng)誤差，使系統(tǒng)輸出接近設(shè)定值；積分作用用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，通過對誤差的積分來調(diào)整輸出；微分作用則根據(jù)誤差的變化率來提前調(diào)整輸出，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。增益是指控制器對誤差的放大倍數(shù)。10.傳感器的靈敏度是指（）。A.輸出量與輸入量之比B.輸出量的變化量與輸入量的變化量之比C.輸出量的最大值與輸入量的最大值之比D.輸出量的有效值與輸入量的有效值之比答案：B解析：傳感器的靈敏度是指輸出量的變化量與輸入量的變化量之比。它反映了傳感器對輸入量變化的敏感程度。例如，對于一個壓力傳感器，如果輸入壓力變化了ΔP，輸出電壓變化了ΔU，那么靈敏度S=ΔU/ΔP。選項A沒有強調(diào)變化量；選項C只考慮了最大值，不能準(zhǔn)確反映傳感器的靈敏特性；選項D中的有效值在一些情況下可能不適用，靈敏度通常是基于變化量來定義的。11.以下哪種儀器用于測量物體的表面粗糙度？（）A.卡尺B.千分尺C.表面粗糙度儀D.三坐標(biāo)測量儀答案：C解析：表面粗糙度儀專門用于測量物體的表面粗糙度。卡尺和千分尺主要用于測量物體的尺寸，如長度、直徑等；三坐標(biāo)測量儀可以測量物體的三維尺寸和形狀，但對于表面粗糙度的測量不是其主要功能。表面粗糙度儀通過觸針或光學(xué)等方式測量物體表面微觀幾何形狀的不規(guī)則程度。12.信號調(diào)理電路的主要作用不包括（）。A.放大信號B.濾波C.轉(zhuǎn)換信號類型D.產(chǎn)生信號答案：D解析：信號調(diào)理電路的主要作用包括放大信號、濾波、轉(zhuǎn)換信號類型等。放大信號可以提高傳感器輸出信號的幅度，以便后續(xù)處理；濾波可以去除信號中的噪聲和干擾；轉(zhuǎn)換信號類型可以將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)電路處理的形式，如將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號等。產(chǎn)生信號不是信號調(diào)理電路的主要作用，信號調(diào)理電路是對已有的傳感器信號進(jìn)行處理和優(yōu)化。13.以下哪種通信協(xié)議常用于工業(yè)現(xiàn)場儀表之間的通信？（）A.RS-232B.RS-485C.USBD.Ethernet答案：B解析：RS-485常用于工業(yè)現(xiàn)場儀表之間的通信。RS-232是一種常見的串行通信接口，但它的通信距離較短，抗干擾能力較弱，不適合工業(yè)現(xiàn)場的長距離和復(fù)雜環(huán)境通信。USB主要用于計算機與外部設(shè)備之間的通信，不適用于工業(yè)現(xiàn)場儀表之間的通信。Ethernet雖然通信速度快，但在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用時需要考慮實時性和可靠性等問題。RS-485具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強、可以實現(xiàn)多節(jié)點通信等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。14.示波器的觸發(fā)方式中，（）觸發(fā)可以穩(wěn)定地顯示周期性信號。A.自動B.正常C.單次D.視頻答案：B解析：正常觸發(fā)方式可以穩(wěn)定地顯示周期性信號。自動觸發(fā)方式下，示波器在沒有觸發(fā)信號時也會自動掃描顯示波形，但對于一些復(fù)雜或微弱的信號，可能無法準(zhǔn)確觸發(fā)，顯示的波形不穩(wěn)定。單次觸發(fā)用于捕捉單次發(fā)生的信號，只進(jìn)行一次掃描。視頻觸發(fā)主要用于處理視頻信號。正常觸發(fā)方式需要滿足觸發(fā)條件才會開始掃描，能夠準(zhǔn)確地捕捉周期性信號的起始點，從而穩(wěn)定地顯示波形。15.以下哪種傳感器可以用于測量物體的位移？（）A.加速度傳感器B.壓力傳感器C.位移傳感器D.溫度傳感器答案：C解析：位移傳感器專門用于測量物體的位移。加速度傳感器用于測量物體的加速度；壓力傳感器用于測量壓力；溫度傳感器用于測量溫度。雖然通過對加速度傳感器的輸出進(jìn)行積分等處理也可以得到位移信息，但這不是其主要功能，而位移傳感器是直接測量位移的儀器。二、填空題（每題2分，共20分）1.儀表的誤差可以分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和______誤差。答案：粗大解析：粗大誤差是由于測量過程中的疏忽、錯誤或外界的突發(fā)干擾等原因引起的明顯偏離真實值的誤差。系統(tǒng)誤差是由測量儀器、測量方法或環(huán)境等因素引起的具有一定規(guī)律性的誤差；隨機誤差是由一些不可預(yù)測的因素引起的，其大小和方向是隨機變化的。2.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、靈敏度、遲滯和______等。答案：重復(fù)性解析：重復(fù)性是指傳感器在同一工作條件下，對同一輸入值按同一方向進(jìn)行多次測量時，輸出值的一致性程度。線性度描述了傳感器輸出與輸入之間的線性關(guān)系；靈敏度反映了傳感器對輸入量變化的敏感程度；遲滯是指傳感器在正反行程中輸出-輸入曲線不重合的現(xiàn)象。3.數(shù)字電路中常用的編碼方式有二進(jìn)制編碼、BCD編碼和______編碼等。答案：格雷解析：格雷碼是一種特殊的二進(jìn)制編碼，其特點是相鄰的兩個編碼只有一位不同。這種編碼方式在一些場合可以減少誤碼的發(fā)生，例如在數(shù)字測量和控制系統(tǒng)中，當(dāng)編碼值發(fā)生變化時，格雷碼可以避免因多位同時變化而產(chǎn)生的過渡噪聲。二進(jìn)制編碼是最基本的編碼方式；BCD編碼是用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。4.自動控制系統(tǒng)按控制方式可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和______控制系統(tǒng)。答案：復(fù)合解析：復(fù)合控制系統(tǒng)是將開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指系統(tǒng)的輸出不影響系統(tǒng)的控制作用，控制作用獨立于輸出；閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過將輸出信號反饋到輸入端，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差來調(diào)整控制作用；復(fù)合控制系統(tǒng)既利用了開環(huán)控制的快速性，又利用了閉環(huán)控制的準(zhǔn)確性。5.模擬信號數(shù)字化處理的過程主要包括采樣、______和編碼。答案：量化解析：模擬信號數(shù)字化處理首先需要進(jìn)行采樣，即將連續(xù)的模擬信號在時間上離散化，得到一系列離散的采樣點。然后進(jìn)行量化，將采樣點的幅值用有限個離散的數(shù)值來表示，這個過程會引入一定的量化誤差。最后進(jìn)行編碼，將量化后的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，以便于數(shù)字系統(tǒng)的處理和存儲。6.常見的流量測量方法有容積式、速度式和______式等。答案：質(zhì)量解析：容積式流量測量是通過測量流體在一定時間內(nèi)通過的固定容積來確定流量；速度式流量測量是通過測量流體的流速來計算流量；質(zhì)量式流量測量則是直接測量流體的質(zhì)量流量，不受流體密度、溫度、壓力等因素的影響，適用于對質(zhì)量流量有精確要求的場合。7.熱電阻傳感器通常采用______線制接法來減小導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響。答案：三解析：熱電阻傳感器的電阻值會隨溫度變化而變化，通過測量電阻值來確定溫度。在實際測量中，導(dǎo)線電阻會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。采用三線制接法可以有效地減小導(dǎo)線電阻的影響。三線制接法中，三根導(dǎo)線分別連接到熱電阻和測量電路，通過合理的電路設(shè)計和計算，可以消除導(dǎo)線電阻的影響，提高測量精度。8.示波器的垂直靈敏度表示______。答案：單位輸入電壓對應(yīng)的垂直偏轉(zhuǎn)距離解析：示波器的垂直靈敏度決定了在屏幕上顯示的信號幅度與輸入信號電壓之間的比例關(guān)系。例如，垂直靈敏度為1V/div表示每輸入1V的電壓，信號在屏幕上垂直方向偏轉(zhuǎn)一格。通過調(diào)整垂直靈敏度，可以使信號在屏幕上顯示出合適的幅度，便于觀察和測量。9.儀表的分辨率是指儀表能夠檢測到的______輸入量變化。答案：最小解析：分辨率反映了儀表對輸入量微小變化的檢測能力。例如，一個電壓表的分辨率為0.1V，表示它能夠檢測到的最小輸入電壓變化為0.1V。分辨率越高，儀表能夠檢測到的輸入量變化就越小，測量的精度也就越高。10.傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對______輸入信號的響應(yīng)特性。答案：動態(tài)解析：傳感器的動態(tài)特性描述了傳感器在輸入信號隨時間變化時的響應(yīng)情況。與靜態(tài)特性不同，靜態(tài)特性是研究傳感器在輸入信號不隨時間變化或變化緩慢時的特性，而動態(tài)特性主要關(guān)注傳感器對快速變化的輸入信號的響應(yīng)速度、失真程度等方面的性能。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述傳感器的定義和組成。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。通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成。敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件。例如，在溫度傳感器中，熱敏電阻就是敏感元件，它能將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件輸出的非電信號轉(zhuǎn)換為電信號的元件。有些傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件是一體的，如熱電偶，它既可以感受溫度變化（敏感元件的功能），又能將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢（轉(zhuǎn)換元件的功能）。測量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如放大、濾波、線性化等，以便于后續(xù)的顯示、記錄或控制。例如，將微弱的電信號放大到合適的幅度，去除噪聲干擾等。2.說明PID控制器中比例、積分、微分三種控制作用的特點和作用。比例（P）控制作用：特點：比例控制的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其控制規(guī)律簡單，響應(yīng)速度快，能夠迅速對誤差做出反應(yīng)。作用：比例控制可以使系統(tǒng)的輸出快速接近設(shè)定值，減小誤差。但比例控制存在一個缺點，就是會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，即當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出值與設(shè)定值之間仍然存在一定的偏差。而且比例系數(shù)過大時，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的超調(diào)增大，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分（I）控制作用：特點：積分控制的輸出與輸入誤差信號的積分成正比。它對誤差的積累有響應(yīng)，只要誤差存在，積分作用就會不斷積累，使輸出不斷變化。作用：積分控制的主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。通過對誤差的積分，不斷調(diào)整輸出，直到誤差為零。但積分控制的響應(yīng)速度相對較慢，因為它需要一定的時間來積累誤差。而且積分作用過強可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)變慢，甚至出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。微分（D）控制作用：特點：微分控制的輸出與輸入誤差信號的變化率成正比。它能夠提前預(yù)測誤差的變化趨勢，根據(jù)誤差的變化速度來調(diào)整輸出。作用：微分控制可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少超調(diào)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。當(dāng)誤差變化較快時，微分控制會產(chǎn)生較大的控制作用，抑制誤差的進(jìn)一步增大；當(dāng)誤差變化緩慢時，微分控制的作用較小。但微分控制對噪聲比較敏感，噪聲的變化可能會導(dǎo)致微分控制產(chǎn)生較大的波動。3.簡述數(shù)字萬用表的工作原理。數(shù)字萬用表主要由輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示器和控制電路等部分組成。其工作原理如下：輸入電路：輸入電路的作用是將被測信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使其適合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求。對于不同的測量功能（如電壓、電流、電阻等），輸入電路會采用不同的處理方式。例如，測量電壓時，輸入電路會進(jìn)行分壓處理，將不同范圍的電壓轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換器能夠接受的電壓范圍；測量電流時，會通過分流電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換器：A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字萬用表的核心部件，它的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。常見的A/D轉(zhuǎn)換器有雙積分型、逐次逼近型等。以雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器為例，它先對輸入的模擬信號進(jìn)行固定時間的積分，然后再對一個已知的參考電壓進(jìn)行反向積分，通過測量反向積分的時間來確定輸入模擬信號的大小，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。顯示器：顯示器用于顯示測量結(jié)果。數(shù)字萬用表通常采用液晶顯示器（LCD），它可以將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號以直觀的數(shù)字形式顯示出來，方便用戶讀取測量值?？刂齐娐罚嚎刂齐娐坟?fù)責(zé)控制數(shù)字萬用表的各種功能和操作。它可以根據(jù)用戶的選擇，切換不同的測量功能和量程，同時還可以對A/D轉(zhuǎn)換器和顯示器進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，確保測量過程的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。四、計算題（每題10分，共20分）1.已知某壓力傳感器的量程為0-10MPa，精度等級為0.5級，當(dāng)測量值為5MPa時，求該測量值的最大可能絕對誤差和相對誤差。首先，根據(jù)精度等級的定義，儀表的引用誤差=（最大絕對誤差/量程）×100%。已知精度等級為0.5級，即引用誤差≤0.5%。量程為10MPa-0MPa=10MPa。則最大絕對誤差Δ=量程×引用誤差=1