国家开放大学《传感器与测试技术》本章测试参考答案.docx
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1、国家开放大学传感器与测试技术本章测试参考答案1.绪论一、简答题1.选用传感器应该遵循的原则是什么?参考答案:(1)考虑检测系统内部的要求。测量目的、被检测量的选择、测量范围、精度等要求。(2)考虑检测系统外部的条件。安装现场条件、环境条件(温度、湿度等)、信号传输距离等。(3)考虑传感器自身的技术指标。传感器自身的一些静态或动态特性指标,如灵敏度、分辨率、频率特性、时间常数等。2.什么是传感器的线性度?参考答案:线性度是描述传感器静态特性的一个重要指标,以被测输入量处于稳定状态为前提。3.什么是传感器的迟滞?参考答案:传感器迟滞特性是反映传感器正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中,输出/
2、输入曲线的不重合程度。4.什么是传感器的精度?参考答案:传感器的精度是指测量结果的可靠程度,它以给定的准确度表示重复某个读数的能力,误差愈小,则传感器的精度愈高。5.什么是传感器的灵敏度?参考答案:灵敏度是描述传感器的输入量(一般为电学量)对输入量(一般为非电学量)敏感程度的特性参数。其定义为:传感器的变化值和相应的被测量(输入量)的变化值之比,用公式表示为K(x)=输出量的变化值/输入量的变化值=y/x。6.什么是传感器的分辨率?参考答案:分辨率是指气压传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。二、单选题7.按照传感器()的方式可分为能量转换型、能量控制型等。A.能量转换B.工作机理C.输出信
3、号D.工作原理8.按照传感器()的方式可分为应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等。A.能量转换B.工作机理C.输出信号D.工作原理9.按照传感器()的方式分为结构型、物性型等。A.能量转换B.工作机理C.输出信号D.工作原理10.按照传感器()的方式分为模拟传感器、数字传感器等。A.能量转换B.工作机理C.输出信号D.工作原理11.量程或测量范围、过载能力等属于()。A.输入量的性能指标B.静态特性指标C.可靠性指标D.环境要求指标三、判断题12.传感器和测试技术是多门学科交叉,包括自动控制技术、微电子技术、通信技术、计算机科学和物理学等。()1
4、3.传感器与测试技术广泛应用于工业生产、航空航天、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程等领域。()14.声控灯中没有传感器装置。()15.数控机床中的位移测量装置就是利用高精度速度传感器(如光栅传感器)对位移进行测量,从而实现精密加工。()16.测试系统中,传感器被视为仪表,其主要作用是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。()17.传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。()18.传感器是一种实物测量装置,可用于对指定被测量进行检测。()19.在规定的精确度范围内,传感器的输出量与输入量没有对应关系。()20.传感器通常由敏感器件和基本转换电路两部分组成
5、。()21.传感器按照工作原理分类,如:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等。()2.测量转换基本电路一、判断题1.测量转换电路是测量系统的组成部分。()2.传感器输出信号通常可以分为两类。一类为模拟量,如用光电或者电磁传感器测量转速等的量;另一类为数字量。()3.为了正确地使用被测信号,需要对其进行放大、变换、滤波、运算分析等一系列的加工处理,使之利于进一步的传输和在后续环节中的处理。()4.传感器技术和信号转换技术统称为检测技术,是整个测控技术能否达到满意的测控精度和要求的关键。()5.对测量转换电路使用的原则可以概括为快、准、稳。()6.测
6、量转换电路首先要具有高精度,能够准确地将传感器的信号进行高精度的转换,这是进行精确控制的基础。()7.如图所示为直流电桥。()8.交流电桥的四臂只能是电感,需用阻抗表示。()9.当电桥臂不为纯电阻时,呈一般阻抗特性,必须采用交流供电的交流电桥。()10.当电桥桥臂为纯电阻时,必须采用直流供电的直流电桥。()11.交流电桥所采用的交流电桥电源应满足有效频率范围、频率稳定度、幅值稳定度的输出电压和功率等。()12.交流电桥的平衡条件是两相对臂阻抗的乘积相等。()13.当电源频率较高时,外界工频干扰不易引入电桥电路,交流电桥后可接一般简单交流放大电路,没有零漂问题。()14.交流电桥只适合于静态测量
7、。()15.交流电桥要求交流电源电压波形和频率不必有很好的稳定性。()16.采用交流电桥时,必须注意到影响测量误差的一些因素,例如,电桥中元件之间的互感影响,元件与地之间的分布电容等。()17.对信号的放大有很多种电路可以实现,但工程测试中所遇到的信号,多为1000kHz以下的低频信号。()18.反相与同相比例放大电路是集成运算放大器两种最基本的应用电路。()19.滤波电路(滤波器)是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。()20.能将模拟信号转换成数字信号的电路,称为D/A转换器,简称DAC。()二、简答题21.为了达到高精度,测量转换电路设计时应注意哪些问
8、题?参考答案:(1)低噪声和高抗干扰能力;(2)低漂移和高稳定性;(3)线性与保真度要好;(4)选择合适的输入和输出阻抗。22.如何提高传感器响应速度?参考答案:应选择频率特性好、响应速度快、输出线性好的元器件,尽量减少反馈环节数量和减小负反馈深度。23.什么是电桥?通常有哪两类?参考答案:电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。它具有简单可靠、有很高的准确度和灵敏度的特点。被广泛用于测量电路。电桥有两种类型:直流电桥和交流电桥。24.简述直流电桥的工作原理。参考答案:作为测量电路的直流电桥,其工作原理是利用四个桥臂中的-个或者数个的阻值变化而引起电桥输出电压
9、的变化,因此桥臂可采用电阻式敏感元件组成并接入测量系统。适当选取各桥臂电阻值,可使输出电压仅与被测量引起的电阻值变化有关。25.直流电桥桥臂阻值变化对输出电压的影响有什么规律?参考答案:相邻两桥臂电阻的变化所产生的输出电压为该两桥臂各阻值变化产生的输出电压之差。26.直流电桥有什么特点?参考答案:优点:电源稳定性高,可用直流仪表测量,准确度高;电桥与后接仪表间的连线不会形成分布参数,因此对导线的连接方式要求低;电桥的平衡电路简单,只需对纯电阻的桥臂调整就可以。缺点: 容易引起人工干扰,须作直流放大,易受零漂和接地电位的影响,只适合于静态测量。27.滤波器如何分类?参考答案:根据滤波器的选频作用
10、,一般将滤波器分为四类,即低通、高通、带通和带阻滤波器;根据构成滤波器的元件类型,可分为RC、LC或晶体谐振滤波器;根据构成滤波器的电路性质,可分为有源滤波器和无源滤波器;根据滤波器所处理的信号性质,分为模拟滤波器和数字滤波器。28.按照调制方式,调制主要分为哪几种?参考答案:调幅、调相和调频。29.什么是解调?参考答案:解调是调制的反过程。解调方式与调制方式相对应。3.电路参量式传感器原理及应用一、判断题1.电阻式传感器结构简单,线性度差,稳定性不强。()2.根据电阻式传感器所测量的物理量可以对其分为:电阻应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器、热电阻式传感器等。()3.电阻应变式传感器
11、结构简单,应用广泛,尤其是测速度,速度传感器中有90%是应变式的。()4.金属应变片分为三种:金属丝式应变片、金属薄膜式应变片、金属箔式应变片。()5.金属导线的电阻R与其长度L成反比,与其截面积S成反正比。()6.用半导体应变片制成的传感器又称为压阻式传感器。()7.压阻式传感器的典型特点是尺寸小,灵敏度高,横向效应、滞后、蠕变都比较小,适合于静态测量的场合。()8.典型的压阻式传感器测量电路是将集成在硅片上的4个等值电阻连成平衡电桥。()9.压阻式传感器可以作为脉搏传感器应用于医疗诊断。()10.当传感器线圈通以正弦交变电流I1时,线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1,使置于此磁场中的金属
12、导体中感应电涡流I2,I2又产生新的交变磁场H2,这就是电涡流效应。()二、选择题11.以下()项可以提高应变片测量电桥的输出电压灵敏度。A.在应变片功率范围内提高电桥供电电压B.在应变片功率范围内降低电桥供电电压C.不受应变片功率限制提高电桥供电电压D.不受应变片功率限制降低电桥供电电压12.以下()项可以降低应变片测量电桥的非线性误差。A.在应变片功率范围内提高电桥供电电压B.在应变片功率范围内降低电桥供电电压C.采用全桥接法D.采用半桥单臂接法13.差动变压器属于()。A.电容式传感器B.压电式传感器C.电阻式传感器D.电感式传感器14.电容式传感器是将被测量的变化转换成()变化的一种传
13、感器。A.电容量B.电感量C.介电常数D.距离15.()是一种把机械的线位移和角位移输入量转换为与它呈一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。A.电容式传感器B.压电式传感器C.电位计式传感器D.电感式传感器三、简答题16.电阻应变片如何进行分类?参考答案:电阻应变片有多种分类方法。按敏感栅的材料可分为金属栅应变片和半导体应变片;按敏感栅的数目、形状和配置可分为单片、双片、特殊形状应变片;按基底材料分为纸基底应变片、胶基底应变片和金属基底应变片;按使用环境可分为高温、低温、高压、磁场、水下应变片;按粘贴方式可分为粘贴式、焊接式、埋入式应变片。17.电阻应变片的结构是怎么样的?参考答案:主要由基
14、底、粘结层、金属丝敏感栅、覆盖层、引出线组成。18.简要说明电阻应变片的工作原理。参考答案:是基于应变-电阻效应制作的,即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时,其电阻值相应地发生变化,这种现象称为“应变电阻效应。将电阻应变片粘贴在试件(被测物件)表面上,并配以相应的测量仪表,即可测量出试件受力后的应变或与应变相对应的物理量。19.什么是应变片的机械滞后、零点漂移和蠕变?参考答案:实验表明,应变片安装在试件上后,在一定的温度下,应变片在受到加载.卸载循环机械应变的过程中,对同一机械应变量,加载、卸载两过程的特性曲线并不重合,卸载时的指示应变值高于加载时的指示应变值,这种现象称为应变片的机
15、械滞后。应变片 粘贴在试件上后,在温度保持恒定,试件空载的情况下,应变片的指示值会随着时间而变化,这种现象就是应变片的零点漂移,简称零漂。应变片 粘贴在试件上后,在一定温度下,使其承受一恒定的机械负荷时,应变片的指示值会随时间而变化的特性,称为应变片的蠕变。20.简述压阻式传感器的工作原理。参考答案:是基于半导体材料的压阻效应原理而工作的。所谓压阻效应,是指半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率会发生变化的现象。4.电动势式传感器原理及应用一、判断题1.压电式传感器,是一种典型的电阻式传感器。()2.压电传感器适用于静态测量。()3.压电式传感器的特点是尺寸小,重量轻,工作频率宽,
16、可用来测量动态的力、压力、加速度、振动等参数。()4.压电式传感器的基本原理是以压电材料的压电效应为基础。()5.电介质物质在受到沿某一方向外力作用而变形时,在它的两个表面会产生符号相反的电荷;当将外力消失后,电介质又重新回到不带电状态,这种现象称为逆压电效应。()6.具有压电效应的电介质称压电材料,压电材料通常有两类:一类是压电晶体;另一类是经过极化处理的压电陶瓷。前者为单晶体,后者为多晶体。()7.对于压电晶体,在任何方向都存在压电效应。()8.压电传感器可以等效为一个电源U和一个电容器的串联电路。()9.压电式传感器的输出信号很微弱,而且内阻很高,能直接显示和记录。()10.磁电式传感器
17、,又称磁感应式传感器,是一种利用电磁感应原理,将被测物理量的变化转换成线圈中的感应电动势输出的传感器。()11.磁电式传感器工作性能稳定,输出阻抗小,尺寸和重量比较小。()12.变磁通式传感器,在结构上有开磁路和闭磁路两种,一般用来测量旋转物体的角速度,产生感应电动势的频率作为输出。()13.恒磁通式传感器分为动铁式和动圈式两种结构类型。()14.磁电式传感器和电磁式传感器本质上是相同的。()15.磁电式传感器工作时需要电源。()16.热电偶传感器是将温度变化转换为电动势的热电式传感器。()17.利用热电效应,只要知道回路一端结点温度,就可以测出另一端结点的温度。()18.只要A、B组成的热电
18、偶在冷端温度为零时的“热电动势温度”关系已知,则它在冷端温度不为零时的热电动势即可知。()19.热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差,为保证输出热电势是被测温度的单值函数,必须使冷端温度保持恒定。()20.霍尔元件是一种磁传感器,其基本工作原理是基于霍尔效应。()二、简答题21.压电晶片的连接方式有哪些?各适合于什么场合?参考答案:通常有两种接法。并联接法输出电荷大,本身电容大,时间常数大,适用于测量慢变信号,以及以电荷作为输出量的场合。串联接法输出电压大,本身电容小,适用于以电压作输出信号,以及测量电路输入阻抗很高的场合。22.压电式传感器前置放大器主要有哪两个作用?参考答案:(1)放
19、大压电传感器的微弱输出信号;(2)另一作用是把传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。23.简述磁电式传感器的基本结构包括那几部分?各部分有什么作用?参考答案:磁电式传感器有两个基本组成部分。(1)磁路系统由它产生磁场。为了减小传感器的体积。一般都采用水久磁铁。(2)线圈感应电动势e是线圈与磁场相对运动而产生的。24.什么是热电效应?参考答案:两种不同类型的金属导体(或半导体),两端分别接在一起构成闭合回路,当两个结点温度不等有温差时,回路里会产生热电势,形成电流,这种现象称为热电效应。25.什么是均质导体定律?有什么意义?参考答案:由单一的金属构成的回路不存在热电势。即一种均质导体组成的闭合回路
20、,不论其导体是否存在温度梯度,回路中没有电流( 即不产生电动势);反之,如果有电流流动,此材料则一定是非均质的,即热电偶必须采用两种不同材料作为电极。意义: 根据这一定律,可以检验两个热电极材料的成分是否相同(这称为同名极检验法),也可以检查热电极材料的均匀性。26.什么是中间导体定律?有什么意义?参考答案:在由A、B两种导体组成的热电偶回路中,将冷端断开,接入第三种或更多种导体,只要保证接入端的温度相同,则回路总电势不变。又称第三导体定律。27.压电材料的逆压电效应有什么用途?参考答案:利用压电材料的电致伸缩效应,可将其制成高频振动台、超声波发射探头等。超声波式的检测仪表,一般都是利用压电材
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