2025年大学大一（测控技术与仪器）仪器仪表原理基础阶段测试试题及答案.doc

2025年大学大一（测控技术与仪器）仪器仪表原理基础阶段测试试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共40分）

答题要求：本卷共20小题，每小题2分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。

1. 以下哪种传感器不属于基于物理效应的传感器？（ ）
A. 应变片传感器
B. 热电偶传感器
C. 光纤传感器
D. 霍尔传感器
2. 测量系统的静态特性不包括以下哪一项？（ ）
A. 线性度
B. 灵敏度
C. 响应时间
D. 重复性
3. 关于传感器的精度，下列说法正确的是（ ）
A. 精度越高，测量结果越准确
B. 精度只与传感器的固有特性有关
C. 精度与测量环境无关
D. 高精度传感器价格一定很高
4. 以下哪种仪器仪表的显示方式是数字式显示？（ ）
A. 指针式万用表
B. 示波器
C. 数字电压表
D. 电子管电压表
5. 差动变压器式传感器常用于测量（ ）
A. 位移
B. 温度
C. 压力
D. 流量
6. 传感器的输出信号与输入信号之间的关系称为（ ）
A. 传递函数
B. 频率响应函数
C. 灵敏度
D. 线性度
7. 下列哪种材料常用于制造应变片？（ ）
A. 铜
B. 铝
C. 镍铬合金
D. 硅
8. 测量系统的动态特性主要取决于（ ）
A. 传感器
B. 测量电路
C. 显示装置
D. 整个测量系统
9. 压电式传感器通常用于测量（ ）
A. 静态力
B. 动态力
C. 温度
D. 湿度
10. 以下哪种仪器仪表可以用于测量微弱信号？（ ）
A. 功率放大器
B. 示波器
C. 频谱分析仪
D. 前置放大器
11. 传感器的分辨率是指（ ）
A. 传感器能够分辨的最小输入变化量
B. 传感器输出信号的最小变化量
C. 传感器测量范围的最小值
D. 传感器测量范围的最大值
12. 关于仪表的零点迁移，下列说法错误的是（ ）
A. 零点迁移可以扩大仪表的测量范围
B. 零点迁移不改变仪表的量程
C. 零点迁移是指将仪表的零点调整到某一非零值
D. 零点迁移会影响仪表的精度
13. 以下哪种传感器属于有源传感器？（ ）
A. 电阻应变片传感器
B. 电感式传感器
C. 压电式传感器
D. 光电传感器
14. 测量系统的灵敏度是指（ ）
A. 输出信号与输入信号的比值
B. 输入信号与输出信号的比值
C. 输出信号的变化量与输入信号的变化量的比值
D. 输入信号的变化量与输出信号的变化量的比值
15. 下列哪种仪器仪表可以用于测量信号的频率？（ ）
A. 万用表
B. 示波器
C. 功率计
D. 温度计
16. 传感器的迟滞现象是指（ ）
A. 传感器在正反行程中输出信号不一致的现象
B. 传感器输出信号随时间变化的现象
C. 传感器输出信号与输入信号不成比例的现象
D. 传感器测量误差随时间变化的现象
17. 关于仪表的量程，下列说法正确的是（ ）
A. 量程越大，仪表的测量精度越高
B. 量程越小，仪表的测量精度越高
C. 量程与仪表的测量精度无关
D. 选择量程时应尽量使被测量值接近量程上限
18. 以下哪种传感器常用于汽车的速度测量？（ ）
A. 霍尔传感器
B. 超声波传感器
C. 光纤传感器
D. 应变片传感器
19. 测量系统的线性度是指（ ）
A. 输出信号与输入信号之间的线性关系程度
B. 输出信号随时间变化的线性程度
C. 输入信号随时间变化的线性程度
D. 测量系统的稳定性
20. 下列哪种仪器仪表可以用于测量信号的相位？（ ）
A. 示波器
B. 频谱分析仪
C. 相位计
D. 万用表

第II卷（非选择题，共60分）

一、填空题（共10分，每空1分）

答题要求：请在横线上填上正确的答案。

1. 传感器一般由敏感元件、转换元件和______三部分组成。
2. 测量系统的基本组成包括传感器、测量电路、______和显示装置。
3. 应变片传感器是基于______效应工作的。
4. 热电偶传感器是基于______效应工作的。
5. 霍尔传感器是基于______效应工作的。
6. 传感器的静态特性指标包括线性度、灵敏度、______、重复性和零点输出等。
7. 测量系统的动态特性指标包括响应时间、______、上升时间和延迟时间等。
8. 仪表的精度等级是根据仪表的______来划分的。
9. 传感器的输出信号通常有______信号和数字信号两种形式。
10. 测量微弱信号时，通常需要使用______来提高信号的幅度。

二、简答题（共20分，每题5分）

答题要求：简要回答下列问题。

1. 简述传感器的分类方法。
2. 测量系统的静态特性和动态特性分别包括哪些指标？
3. 什么是传感器的迟滞现象？如何减小迟滞误差？
4. 简述仪表的量程选择原则。

三、分析题（共15分）

答题要求：根据所给材料，分析回答问题。

材料：有一个应变片传感器用于测量某物体的应变。已知该应变片的灵敏度系数为2，当物体发生应变时，应变片的电阻变化量为4Ω。假设应变片的初始电阻为120Ω。

问题：
1. 计算物体的应变值（已知应变与电阻变化的关系为ΔR/R = Kε，其中K为灵敏度系数，ε为应变）。
2. 如果测量电路的放大倍数为100，输出电压为5V，求输入电压。

四、综合题（共15分）

答题要求：结合所学知识，分析解决问题。

材料：某测量系统由传感器、测量电路和显示装置组成。传感器为压电式传感器，用于测量动态力。测量电路包括前置放大器、滤波器和放大器。显示装置为示波器。已知压电式传感器的灵敏度为20pC/N，被测动态力的频率范围为10Hz - 1000Hz。

问题：
1. 简述前置放大器的作用。
2. 滤波器应如何设计以满足测量要求？
3. 示波器应如何设置以观察到清晰的被测信号波形？

五、设计题（共20分）

答题要求：根据题目要求，设计一个测量系统。

设计一个用于测量温度的系统，要求测量范围为0℃ - 100℃，精度为±0.5℃。请选择合适的数据采集卡、温度传感器、信号调理电路和显示装置，并说明各部分的作用和选型依据。

答案：
1. C
2. C
3. A
4. C
5. A
6. A
7. C
8. D
9. B
10. D
11. A
12. D
13. C
14. C
15. B
16. A
17. D
18. A
19. A
20. C

填空题答案：
1. 转换电路
2. 信号处理电路
3. 应变
4. 热电
5. 霍尔
6. 迟滞
7. 超调量
8. 最大引用误差
9. 模拟
10. 前置放大器

简答题答案：
1. 传感器可按工作原理分类，如基于物理效应、化学效应、生物效应等；按被测量分类，如位移传感器、压力传感器、温度传感器等；按输出信号分类，如模拟传感器、数字传感器；按能量关系分类，有源传感器、无源传感器。
2. 静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、零点输出等。动态特性指标有响应时间、超调量、上升时间、延迟时间等。
3. 迟滞现象指传感器在正反行程中输出信号不一致。减小迟滞误差可选用优质材料、优化制造工艺、合理设计结构、进行校准和补偿。
4. 量程选择原则：使被测量值落在量程范围内且尽量接近量程上限，兼顾测量精度和实际需求，避免量程过大或过小。

分析题答案：
1. 由ΔR/R = Kε，可得ε = ΔR/(R×K) = 4/(120×2) = 1/60。
2. 输出电压Uo = Ui×A（A为放大倍数），则Ui = Uo/A = 5/100 = 0.05V。

综合题答案：
1. 前置放大器作用是将压电式传感器输出的微弱电荷信号转换为电压信号，并进行初步放大，提高信号幅度以便后续处理。
2. 滤波器应设计为带通滤波器，通带范围为10Hz - 1000Hz，以滤除被测信号频率范围外的干扰信号。
3. 示波器应设置合适的扫描速度，使波形稳定显示；根据信号幅度设置垂直灵敏度；触发源选择合适通道，触发方式根据信号特性选择自动或常态等。

设计题答案：
可选择铂电阻温度传感器，其精度高、稳定性好，能满足0℃ - 100℃测量范围。信号调理电路用于将传感器输出的电阻信号转换为电压信号并放大。数据采集卡采集电压信号并转换为数字信号处理。显示装置选用数字电压表，可直观显示温度值。依据是各部分性能能满足测量范围和精度要求，且成本合理、操作方便。