2025年大学测控技术与仪器（传感器原理）试题及答案.doc

2025年大学测控技术与仪器（传感器原理）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30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3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。

1. 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的
A. 线性度越好
B. 迟滞越小
C. 重复性越好
D. 灵敏度越高

2. 属于传感器动态特性指标的是
A. 迟滞
B. 固有频率
C. 重复性
D. 漂移

3. 利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小
A. 两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B. 两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C. 两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D. 两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

4. 石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是
A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好
B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体
C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好
D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷

5. 霍尔电动势的大小与下面哪个因素无关
A. 激励电流
B. 磁场方向
C. 霍尔元件材料
D. 磁场强度

6. 下列光电器件中，基于光生伏特效应的是
A. 光电管
B. 光电池
C. 光敏电阻
D. 光敏二极管

7. 热电偶中产生热电势的两个条件是
A. 两热电极材料相同，两接点温度相同
B. 两热电极材料相同，两接点温度不同
C. 两热电极材料不同，两接点温度相同
D. 两热电极材料不同，两接点温度不同

8. 下列关于传感器的说法正确的是
A. 传感器只能测量物理量
B. 传感器的输出信号都是电量
C. 传感器能将非电量转换为电量
D. 传感器的精度与灵敏度无关

9. 应变片式传感器的测量电路中，采用半桥差动电路的优点不包括
A. 灵敏度提高一倍
B. 非线性误差减小
C. 温度补偿作用
D. 需要的应变片数量少

10. 超声波传感器利用超声波的哪种特性来检测目标
A. 折射
B. 反射
C. 衍射
D. 干涉

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（共20分，每空2分）

1. 传感器一般由敏感元件、转换元件、______三部分组成。

2. 压电式传感器是基于______原理工作的。

3. 金属应变片的灵敏系数主要由______、______和______决定。

4. 霍尔元件的灵敏度与霍尔常数成______比，与霍尔元件厚度成______比。

5. 光纤传感器分为功能型光纤传感器和______光纤传感器。

三、简答题（共20分，每题5分）

1. 简述传感器的静态特性指标有哪些？

2. 说明应变片式传感器测量应变时温度误差产生的原因及补偿方法。

3. 简述压电式传感器的工作原理及应用领域。

四、分析题（共15分）
材料：有一个基于应变片式传感器的测力系统，采用半桥差动电路。已知应变片的灵敏系数K=2，初始电阻R=120Ω，当受到拉力时，应变片电阻变化量ΔR=1.2Ω。电源电压E=12V，放大器放大倍数A=100。
问题：
1. 计算应变片的应变量ε。（5分）
2. 求半桥差动电路的输出电压Uo1。（5分）
3. 计算经过放大器后的输出电压Uo2。（5分）

五、设计题（共15分）
设计一个基于热敏电阻的温度测量电路，要求能够将温度变化转换为电压变化，并说明设计思路和主要元件的选择及作用。

答案：
一、选择题
1. D
2. B
3. C
4. B
5. B
6. B
7. D
8. C
9. D
10. B

二、填空题
1. 转换电路
2. 压电效应
3. 几何尺寸变化、材料的电阻率变化、泊松效应
4. 正；反
5. 非功能型

三、简答题
1. 传感器的静态特性指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。线性度表示输出与输入之间的线性程度；灵敏度指传感器对被测量变化的敏感程度；迟滞是正反行程输出输入特性不一致的程度；重复性是多次测量同一输入时输出的一致性；漂移是在一定时间内输出随时间的变化。
2. 温度误差产生的原因：一是应变片的电阻温度系数的影响，二是试件和应变片的线膨胀系数不同产生的影响。补偿方法：自补偿法，选择合适的敏感栅材料；桥路补偿法，利用电桥的特性进行温度补偿。
3. 压电式传感器的工作原理是基于压电效应，某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。应用领域：常用于测量力、压力、加速度等物理量，如在工业自动化、航空航天、汽车工程等领域有广泛应用。

四、分析题
1. 由ΔR=K·R·ε，可得ε = ΔR / (K·R) = 1.2 / (2×120) = 0.005。
2. 半桥差动电路输出电压Uo1 = E·ΔR / (2R) = 12×1.2 / (2×120) = 0.06V。
3. 经过放大器后的输出电压Uo2 = A·Uo1 = 100×0.06 = 6V。

五、设计题
设计思路：利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，将其接入惠斯通电桥中，当温度变化时，热敏电阻阻值改变，电桥失去平衡，产生电压输出。主要元件选择：热敏电阻，其阻值随温度有明显变化；电阻R1、R2、R3，与热敏电阻组成电桥；运算放大器，用于放大电桥输出的微弱电压信号。热敏电阻作为敏感元件感受温度变化，电桥将温度变化转换为电压变化后经放大器放大输出，便于后续测量和处理。