(2025年)傳感器與檢測技術(shù)期末測試題含答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某電阻應(yīng)變片的敏感柵材料為康銅，其靈敏系數(shù)K=2.0，當(dāng)承受0.001的應(yīng)變時，電阻相對變化量ΔR/R為（）。A.0.001B.0.002C.0.003D.0.004答案：B2.電感式傳感器中，下列哪種類型的靈敏度最高（）。A.變氣隙式B.變面積式C.螺管式D.差動變氣隙式答案：D3.壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量的主要原因是（）。A.壓電材料的居里點低B.電荷容易泄漏C.輸出阻抗高D.靈敏度隨溫度變化答案：B4.熱電偶的參考端溫度補償方法中，若采用補償導(dǎo)線法，補償導(dǎo)線的熱電特性應(yīng)與（）。A.測量端熱電偶相同B.參考端熱電偶相同C.測量端和參考端均不同D.任意材料答案：A5.霍爾傳感器的輸出電壓與（）成正比。A.輸入電流B.磁感應(yīng)強度C.輸入電流與磁感應(yīng)強度的乘積D.輸入電流與磁感應(yīng)強度的比值答案：C6.下列光電效應(yīng)中，屬于外光電效應(yīng)的是（）。A.光電導(dǎo)效應(yīng)B.光生伏特效應(yīng)C.光電發(fā)射效應(yīng)D.光伏效應(yīng)答案：C7.電容式傳感器中，變介電常數(shù)型常用于測量（）。A.位移B.壓力C.濕度D.加速度答案：C8.渦流式傳感器的工作原理基于（）。A.壓電效應(yīng)B.電磁感應(yīng)C.霍爾效應(yīng)D.光電效應(yīng)答案：B9.光纖傳感器中，用于傳光的光纖主要利用了（）。A.光的折射B.光的反射C.光的全反射D.光的散射答案：C10.某超聲波傳感器的工作頻率為40kHz，其在空氣中的波長約為（）（聲速取340m/s）。A.0.85cmB.8.5cmC.0.085cmD.85cm答案：A（計算：λ=v/f=340/40000=0.0085m=0.85cm）二、填空題（每空2分，共20分）1.電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K定義為______與______的比值。答案：電阻相對變化量ΔR/R；應(yīng)變ε2.電感式傳感器的等效電路可表示為______與______的串聯(lián)。答案：電感L；電阻R3.壓電式傳感器的前置放大器主要有______和______兩種類型。答案：電壓放大器；電荷放大器4.熱電偶的熱電勢由______和______兩部分組成。答案：接觸電勢；溫差電勢5.光敏電阻的工作原理基于______效應(yīng)，其阻值隨光照強度增加而______。答案：光電導(dǎo)；減小三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述電阻應(yīng)變片測量電路中采用差動電橋的優(yōu)點。答案：差動電橋可提高靈敏度（單臂電橋輸出為ΔR/R·U/4，差動雙臂為ΔR/R·U/2，全橋為ΔR/R·U）；消除溫度誤差（相鄰橋臂應(yīng)變片溫度變化引起的ΔR/R相同，電橋輸出抵消）；減小非線性誤差（單臂電橋存在ΔR/R的二次項，差動電橋二次項相互抵消）。2.比較壓電式傳感器與電容式傳感器的優(yōu)缺點。答案：壓電式傳感器優(yōu)點：靈敏度高、頻響寬（可測動態(tài)信號）、結(jié)構(gòu)緊湊；缺點：不能測靜態(tài)信號（電荷易泄漏）、需要高輸入阻抗前置放大器。電容式傳感器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)好、分辨率高；缺點：易受寄生電容干擾、非線性誤差較大（變極距型）。3.說明渦流式傳感器可用于哪些非接觸測量，并解釋其工作原理。答案：可測量位移、厚度、轉(zhuǎn)速、材料缺陷等。工作原理：傳感器線圈通高頻交流電產(chǎn)生交變磁場，被測導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生渦流，渦流磁場與原磁場相互作用改變線圈的電感或阻抗，通過檢測電感/阻抗變化實現(xiàn)對被測參數(shù)的測量。4.簡述光纖傳感器中功能型（傳感型）與非功能型（傳光型）的區(qū)別。答案：功能型光纖既是傳光介質(zhì)又是敏感元件，利用光纖本身的光學(xué)特性（如折射率、相位）隨被測參數(shù)變化實現(xiàn)傳感（如光纖陀螺）；非功能型光纖僅用于傳光，敏感元件為其他材料（如光纖端面的反射膜測壓力），光纖不參與敏感過程。5.分析熱電偶參考端溫度不為0℃時的補償方法及適用場景。答案：（1）補償導(dǎo)線法：用與熱電偶熱電特性相同的導(dǎo)線將參考端延伸至溫度穩(wěn)定處（如控制室），適用于參考端溫度波動小的場景；（2）冷端溫度修正法：測量參考端溫度t0，按公式E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)修正，適用于t0已知且穩(wěn)定的情況；（3）補償電橋法：在電橋中接入熱敏電阻，電橋輸出隨t0變化補償熱電偶熱電勢變化，適用于t0波動較大的工業(yè)現(xiàn)場。四、分析計算題（每題10分，共30分）1.某應(yīng)變片的電阻R=120Ω，靈敏系數(shù)K=2.0，粘貼在彈性模量E=2×10^11Pa的鋼件上，承受應(yīng)力σ=100MPa。若采用四臂差動電橋（電源電壓U=5V），求電橋輸出電壓Uo。解：應(yīng)變ε=σ/E=100×10^6Pa/(2×10^11Pa)=5×10^-4電阻相對變化ΔR/R=K·ε=2.0×5×10^-4=1×10^-3四臂差動電橋輸出Uo=U·(ΔR1/RΔR2/R+ΔR3/RΔR4/R)/4（假設(shè)相鄰臂受拉壓）若兩臂受拉（ΔR/R=1×10^-3），兩臂受壓（ΔR/R=-1×10^-3），則總變化量為4×1×10^-3Uo=5×(4×1×10^-3)/4=5×1×10^-3=0.005V=5mV答案：5mV2.用K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅）測量某爐溫，參考端溫度t0=30℃，測得熱電勢E(t,t0)=33.28mV。查K型熱電偶分度表：E(800℃,0℃)=33.28mV，E(30℃,0℃)=1.203mV。求實際爐溫t。解：根據(jù)中間溫度定律，E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=33.28mV+1.203mV=34.483mV查分度表：E(820℃,0)=34.105mV，E(830℃,0)=34.513mV34.483mV介于820℃和830℃之間，線性插值：ΔE=34.483-34.105=0.378mV每10℃對應(yīng)的ΔE=34.513-34.105=0.408mV溫度t=820℃+0.378/0.408×10≈820+9.26≈829.26℃答案：約829.3℃3.某變氣隙式電感傳感器，初始?xì)庀鼎?=1mm，線圈匝數(shù)N=2000匝，鐵芯截面積A=100mm2（μr→∞），空氣磁導(dǎo)率μ0=4π×10^-7H/m。求氣隙減小Δδ=0.1mm時，電感變化量ΔL。解：初始電感L0=N2μ0A/(2δ0)（單氣隙，磁通經(jīng)兩個氣隙）A=100mm2=100×10^-6m2=1×10^-4m2，δ0=1mm=0.001mL0=20002×4π×10^-7×1×10^-4/(2×0.001)=4×10^6×4π×10^-11/0.002=16π×10^-5/0.002=8π×10^-2≈0.2513H氣隙減小后δ=δ0-Δδ=0.9mm=0.0009mL=N2μ0A/(2δ)=0.2513×0.001/0.0009≈0.2792HΔL=L-L0≈0.2792-0.2513=0.0279H≈27.9mH答案：約27.9mH五、綜合應(yīng)用題（20分）設(shè)計一個基于傳感器的電機軸承溫度在線檢測系統(tǒng)，要求：（1）選擇合適的溫度傳感器；（2）畫出系統(tǒng)原理框圖；（3）說明信號調(diào)理與抗干擾措施；（4）簡述數(shù)據(jù)采集與顯示方案。答案要點：（1）傳感器選型：電機軸承溫度通常在-40℃~150℃范圍內(nèi)，需非接觸或接觸式測量。接觸式可選PT100熱電阻（精度高，線性好）或K型熱電偶（響應(yīng)快，耐溫高）；非接觸式可選紅外溫度傳感器（適用于無法直接接觸的場景）?？紤]到軸承需實時監(jiān)測，優(yōu)先選PT100（精度±0.1℃，適合工業(yè)場景）。（2）系統(tǒng)原理框圖：PT100傳感器→信號調(diào)理電路（恒流源激勵、電橋轉(zhuǎn)換、放大濾波）→A/D轉(zhuǎn)換器→微控制器（MCU）→通信模塊（RS485/CAN）→上位機（顯示、報警）。（3）信號調(diào)理與抗干擾：信號調(diào)理：PT100采用三線制接法（消除導(dǎo)線電阻影響），電橋輸出經(jīng)儀表放大器（如AD620）放大，低通濾波器（截止頻率10Hz，抑制電機振動干擾）濾除高頻噪聲?？垢蓴_：傳感器導(dǎo)線采用屏蔽電纜并單端接地；電源端加π型濾波（抑制電網(wǎng)干擾）；MCU外圍加去耦電容（抑制數(shù)字電路噪聲）；軟件上采用滑動平