传感器原理设计与应用考试题及答案

一、填空（30分，每空1.5分）

1、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现

的最大误差为 ，当测量100℃ 时的示值相对误差为 。

2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的

倍左右为宜。

3、传感器由 、 、 三部分组成。

4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 型热敏电阻。

5、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 ，对

于镍铬-镍硅热电偶其正极是 。

6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。

7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于 测量。

二、选择题(30分，每题2分)

1、在以下几种传感器当中 属于自发电型传感器。

A、电容式 B、电阻式 C、压电式 D、电感式

2、 的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。

A、热端直径 B、热端和冷端的温度

C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率

3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 。

A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应

4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 。

A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变

C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变

5、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入 ，可测得最大的容量。

A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片

6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了

A、提高测量灵敏度 B、减小非线性误差

C、提高电磁兼容性 D、减小引线电阻的影响

7、当石英晶体受压时，电荷产生在 。

A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上

8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是 。

A、悬臂梁 B、弹簧管 C、实心轴 D、圆环

9、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 。

A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B、起冷端温度补偿作用

C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度

10、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是 。

A、减小激励电流 B、减小磁感应强度 C、使用电桥调零电位器

11、测得某检测仪表的输入信号中,有用信号为20毫伏,干扰电压也为20毫伏,

则此时的信噪比为 。

A、20dB B、1 dB C、0 dB

12、发现某检测仪表机箱有麻电感,必须采取 措施。

A、接地保护环 B、将机箱接大地 C、抗电磁干扰

13、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了

测量方法。

A、微差式 B、零位式 C、偏差式

15、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用 。

A、计算修正法 B、仪表机械零点调整法 C、冰浴法

三、证明热电偶的参考电极定律：EAB（t,t0）= EAC（t,t0）- EBC（t,t0）,并画

出原理图（本题10分）

四、有一额定荷重为20×103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF

为2mV/V。激励源电压为12V，求：

1、在额定荷重时的输出电压Uom,

2、当承载为5×103N时的输出电压Uo。(本题10分）

六、已知待测拉力约为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范

围为0∽500N；另一只为1.0级，测量范围为0∽100N。问选用哪一只测力仪表

较好?为什么?(写出计算过程)(本题10分）

参考答案一、填空题：

1、±1℃，±1% 2、1．5倍 3、敏感元件、传感元件、测量转换电路

4、NTC突变 5、CU50，镍铬 6、减小温漂 7、偏位式 8、干扰源，

干扰途径，敏感接收器 9、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离 10、X面

二、选择题

1、C 2、C 3、C 4、B 5、D 6、D 7、B 8、C 9、C 10、C

11、C 12、B 13、B 14、C 15、C

四、24 mV，6 mV

五、K拨至1位，反复调节R0，使仪表指示为0，K拨至3位，反复调节RF，

使仪表指示为满偏，K拨至2位，进行测量。

六、选用1.0级，测量范围为0∽100N的测力仪表。

一、填空（本题共39分，每空1.5分）

1、传感器由 、 、 三部分组成。

2、在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 倍

左右为宜。

3、有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现

的最大误差为 ，当测量100℃ 时的示值相对误差为 。

4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择 型热敏电阻。

5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在 。

6、霍尔元件采用恒流源激励是为了 。

7、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于 测量。

8、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω，则其分度号是 ，对于镍铬-

镍硅热电偶其正极是 。

9、压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电

元件 起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件 起来。

10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而 这一特性来测量温度的。

12、金属电阻的 是金属电阻应变片工作的物理基础。

14、在动圈式表头中的动圈回路中串入由NTC组成的电阻补偿网络，其目

的是为了 。

二、选择题（本题共30分，每题2分）

3、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 。

A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变

C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变

4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用

了 测量方法。

A、微差式 B、零位式 C、偏差式

5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了

A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响

C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性

10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用 。

A、冰浴法 B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法

11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 。

A、提高灵敏度 B、将输出的交流信号转换为直流信号

C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位

12、要测量微小的气体压力之差，最好选用 变换压力的敏感元件。

A、悬臂梁 B、平膜片 C、弹簧管 D、膜盒

13、以下四种传感器中，属于四端元件的是 。

A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻

14、下列 不能用做加速度检测传感器。

A、电容式 B、压电式 C、电感式 D、热电偶

15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 。

A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应

三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示

值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度

4、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采用

了 测量方法。

A、微差式 B、零位式 C、偏差式

5、热电阻测量转换电路采用三线制是为了

A、提高测量灵敏度 B、减小引线电阻的影响

C、减小非线性误差 D、提高电磁兼容性

10、在实验室中测量金属的熔点时,冷端温度补偿采用 。

A、冰浴法 B、仪表机械零点调整法 C、计算修正法

11、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了 。

A、提高灵敏度 B、将输出的交流信号转换为直流信号

C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位

12、要测量微小的气体压力之差，最好选用 变换压力的敏感元件。

A、悬臂梁 B、平膜片 C、弹簧管 D、膜盒

13、以下四种传感器中，属于四端元件的是 。

A、霍尔元件 B、压电晶体 C、应变片 D、热敏电阻

14、下列 不能用做加速度检测传感器。

A、电容式 B、压电式 C、电感式 D、热电偶

15、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 。

A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应

三、我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示

值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度

应选哪一级？若选用量程为500V的电压表，其精度又应选哪一级？（本题10分）

四、热电偶参考电极定律有何实际意义？以知在某特定条件下材料A与铂配对的

热电动势为13.967mv, 材料B与铂配对的热电动势为8.345mv,求出在此特定条 件下材料A与B配对后的热电动势？此时哪种材料为正极？（本题10分）

五、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器来测量？（本题11分）

1、加速度：2、温度： 3、工件尺寸： 4、压力：

参考答案一、填空题：

1、敏感元件、传感元件、测量转换电路 2、1．5倍 3、±1℃，±1% 4、NTC突变 5、X面 6、减小温漂 7、偏位式 8、CU50，镍铬 9、并联，串联 10、增大 11、屏蔽，浮置，接地，滤波，光电隔离 12、应变效应 13、干扰源，干扰途径，敏感接收器 14、温度补偿

二、选择题

1、C 2、D 3、B 4、B 5、B 6、A 7、C 8、C 9、A 10、C 11、D 12、A 13、D 14、C 15、C

三、0．1 0．2 0．5 1．0 1．5 2．5 5．0

选用量程为250V的电压表，其精度应选0．5级，

选用量程为500V的电压表，其精度应选0．2级

四、大大简化了热电偶的选配工作，5．622 mv，A为正极

五、1、电阻应变片，电容等

2、热电偶，热电阻等

3、电感，电容等

4、压电，霍尔等

二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分）

证明：

略去 的二次项,即可得

一、简答题（每小题5分，共20分）

1．传感器：

2．静特性：

3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？

4.简述电容式传感器的工作原理。

二、选择题（每空3分，共27分）

1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、________和________三种。

a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器

2．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质，其方向不垂直于界面时，将产生声波的反射、折射及________现象。

a.表面波 b.兰姆波 c.驻波 d.波型转换

3. 改变电感传感器的引线电缆后，________。

a.不必对整个仪器重新标定

b. 必须对整个仪器重新调零

c. 必须对整个仪器重新标定

d. 不必对整个仪器重新调零

4．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、________、________等。 a.测量范围的选择 b.电源的选择 c. 阻值的选择 d. 尺寸的选择

e.精度的选择 f.结构的选择

5．应变片绝缘电阻是指已粘贴的________应变片的之间的电阻值。 a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件

6．在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为________。

a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应

7. 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为 。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙 发生变化 ??这种结构可作为传感器用于________。

a. 静态测量 b. 动态测量

c. 静态测量和动态测量

d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量

三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分）

四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分）

五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分）

六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分）

《传感器与测试技术》参考答案

一、简答题（每小题5分，共20分）

1．传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。

2．静特性：指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。

3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？

超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。

依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。

4.简述电容式传感器的工作原理。

两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为

式中: ——极板间介质的介电常数，

——极板的遮盖面积；

——极板间的距离。

当被测量的变化使式中的 、 或 任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。

二、选择题（每空3分，共27分）

1．a；c2．d3. c4．c；d

5．b6．d7. c

三、激光干涉传感器的作用是测量长度，其基本原理就是光的干涉原理，测量精度高、分辨力高。如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统，图中S是光源，B是分

光镜，M1是固定反射镜，M2是可动反射镜，P是观察屏处，试介绍其工作原理。（14分）

答案要点：

来自光源S的光经半反半透分光镜B后分成两路，一路由固定反射镜M1反射，另一路经可动反射镜M2和B反射，在观察屏P处相遇产生干涉。当M2每移动半个光波波长时，干涉条纹亮暗变化一次，因此被测长度为

式中，x—被测长度；

N—干涉条纹亮暗变化次数；

—真空中光波波长；

n—空气折射率。

四．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。（12分） 答案要点：

传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。

五．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。（12分） 答案要点：

①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；

②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。

六．如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。（15分）

答案要点：

电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0＝0；当P1＞P2(或P2＞P1)时，膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb＜Cab(或Cab＞Cdb)，U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号。