2025年大學(xué)第二學(xué)年（測(cè)控技術(shù)與儀器）傳感器技術(shù)綜合試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的（）A.線(xiàn)性度越好B.遲滯越小C.重復(fù)性越好D.靈敏度越高2.下列哪種傳感器不屬于有源傳感器（）A.應(yīng)變片B.壓電式傳感器C.熱電偶D.光電池3.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)不包括（）A.線(xiàn)性度B.固有頻率C.重復(fù)性D.遲滯4.金屬應(yīng)變片的工作原理是基于（）A.壓阻效應(yīng)B.應(yīng)變效應(yīng)C.霍爾效應(yīng)D.光電效應(yīng)5.壓電式傳感器通常用來(lái)測(cè)量（）A.壓力B.溫度C.加速度D.以上都是6.熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是（）A.兩熱電極材料相同B.兩熱電極材料不同C.兩熱電極的兩端溫度相同D.兩熱電極的兩端溫度不同7.半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度系數(shù)（）A.恒為正B.恒為負(fù)C.有正有負(fù)D.為零8.下列哪種傳感器可用于位移測(cè)量（）A.電容式傳感器B.磁電式傳感器C.超聲波傳感器D.以上都是9.光纖傳感器利用的是（）A.光的反射原理B.光的折射原理C.光的干涉原理D.以上都有可能10.傳感器的輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值的90%時(shí)所需要的時(shí)間稱(chēng)為（）A.上升時(shí)間B.響應(yīng)時(shí)間C.延遲時(shí)間D.恢復(fù)時(shí)間第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題3分，共15分）1.傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和______組成。2.傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化量與輸入變化量的______。3.應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K主要由______決定。4.壓電陶瓷的壓電效應(yīng)分為_(kāi)_____和逆壓電效應(yīng)。5.光纖傳感器按其工作原理可分為功能型和______光纖傳感器。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述傳感器的分類(lèi)方法。2.說(shuō)明金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的異同點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述熱電偶的測(cè)溫原理。四、材料分析題（共15分）材料：某壓力傳感器采用應(yīng)變片作為敏感元件，當(dāng)壓力為P時(shí)，應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變?chǔ)排c壓力P成正比，即ε=kP（k為比例系數(shù)）。已知應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=2，初始電阻R0=120Ω，當(dāng)壓力P=10MPa時(shí)，應(yīng)變片的電阻變化量ΔR為多少？若將該應(yīng)變片接入單臂電橋電路，電橋電源電壓E=5V，求電橋輸出電壓U0。五、設(shè)計(jì)題（共20分）設(shè)計(jì)一個(gè)用于測(cè)量溫度的傳感器系統(tǒng)，要求：1.簡(jiǎn)述測(cè)量原理和選用的傳感器類(lèi)型。2.畫(huà)出系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各部分的作用。3.說(shuō)明如何提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。答案：一、選擇題1.D2.A3.B4.B5.D6.BD7.C8.D9.D10.B二、填空題1.轉(zhuǎn)換電路2.比值3.材料的幾何尺寸變化和電阻率變化4.正壓電效應(yīng)5.非功能型三、簡(jiǎn)答題1.按工作原理分類(lèi)（如電阻式、電容式、電感式等）；按被測(cè)量分類(lèi)（如壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器等）；按敏感材料分類(lèi)（如半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、光纖傳感器等）；按能量關(guān)系分類(lèi)（有源傳感器、無(wú)源傳感器）；按輸出信號(hào)分類(lèi)（模擬傳感器、數(shù)字傳感器）。2.相同點(diǎn)：都能感受應(yīng)變產(chǎn)生電阻變化。不同點(diǎn)：金屬應(yīng)變片是利用應(yīng)變效應(yīng)，電阻變化主要由幾何尺寸變化引起；半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用壓阻效應(yīng)，電阻變化主要由電阻率變化引起。半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片大得多。3.熱電偶測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B組成閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，熱電勢(shì)大小與兩接點(diǎn)溫度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)大小就可測(cè)量溫度。四、材料分析題應(yīng)變片電阻變化量ΔR=R0Kε=R0KkP=120×2×2×10=4800Ω。單臂電橋輸出電壓U0=EΔR/4R0=5×4800/(4×120)=50V。五、設(shè)計(jì)題1.測(cè)量原理：利用熱敏電阻隨溫度變化而阻值改變的特性，通過(guò)測(cè)量電阻變化來(lái)測(cè)量溫度。選用半導(dǎo)體熱敏電阻作為傳感器。2.系統(tǒng)組成框圖：包括熱敏電阻、電橋電路、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器。熱敏電阻感受溫度變化輸出電阻信號(hào)；電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化；放大器放大電壓信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器將