安徽开放大学传感器与测试技术期末考试试卷与参考答案

传感器与测试技术期末复习学习笔记

一、课程概述

安徽开放大学《传感器与测试技术》课程是自动化、测控技术与仪器等专业的核心课程，主要涵盖传感器原理、测试系统组成、信号处理技术及误差分析等内容。期末考试形式为闭卷笔试，题型包括选择题、填空题、简答题、计算题和综合分析题。

二、核心知识点梳理

1. 传感器基础

- 定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

- 分类：

- 按能量关系：能量转换型（如电阻应变式传感器）、能量控制型（如光电传感器）。

- 按被测量类型：力敏（压电式）、热敏（热电偶）、光敏（光电二极管）等。

- 按工作原理：电阻式、电容式、电感式、热电式等。

2. 常见传感器原理

- 电阻应变式传感器：

- 原理：金属丝受力变形导致电阻变化。

- 应用：电子秤、桥梁监测。

- 电容式传感器：

- 原理：电容两极板间距离或面积变化引起电容值变化。

- 应用：液位检测、位移测量。

- 霍尔传感器：

- 原理：霍尔效应（磁场→电压）。

- 应用：电流检测、转速测量。

3. 测试系统组成

- 典型结构：传感器 → 信号调理电路 → 数据采集 → 显示/存储 → 处理单元。

- 关键环节：

- 信号调理：放大、滤波、线性化。

- 抗干扰技术：屏蔽、隔离、接地处理。

4. 误差分析与数据处理

- 误差类型：

- 系统误差（可重复性误差，如传感器零点漂移）。

- 随机误差（不可预测，如噪声干扰）。

- 过失误差（人为操作错误）。

- 误差计算：

- 绝对误差：\( E = X - X_0 \)（\( X_0 \)为真值）。

- 相对误差：\( \delta = \frac{E}{X_0} \times 100\% \)。

三、期末考试高频考点分析

1. 选择题重点

- 传感器类型与应用场景匹配（如压力测量选压电式或电阻式）。

- 传感器静态特性参数（灵敏度、线性度、迟滞）。

- 测试系统抗干扰措施（如双绞线、屏蔽层）。

2. 填空题高频知识点

- 传感器输出信号类型（电压、电流、频率）。

- 误差计算公式（如引用误差、满度误差）。

- 传感器分类依据（能量转换、被测量类型）。

3. 简答题核心内容

- 简述电容式传感器的工作原理：

- 通过改变极板间距、面积或介电常数，导致电容值变化，输出电信号。

- 说明测试系统的动态特性指标：

- 时间常数、固有频率、阻尼比、频率响应特性。

- 列举三种常见的传感器干扰源：

- 温度漂移、电磁干扰、机械振动、电源噪声。

4. 计算题典型题型

- 例题：某电阻应变式传感器灵敏度 \( K = 2.0 \times 10^{-3} \, \text{V/V} \)，初始电阻 \( R_0 = 120 \, \Omega \)，当被测力使电阻变化 \( \Delta R = 0.24 \, \Omega \) 时，求输出电压 \( U_o \)（假设桥路供电电压 \( U_e = 5 \, \text{V} \)）。

- 解答：

\[

U_o = K \cdot U_e \cdot \frac{\Delta R}{R_0} = 2.0 \times 10^{-3} \times 5 \times \frac{0.24}{120} = 0.0002 \, \text{V}

\]

四、模拟试题与参考答案（节选）

一、选择题（每题2分，共20分）

1. 压电式传感器适用于测量以下哪种信号？

A. 恒温 B. 静态压力 C. 动态力 D. 直流电压

答案：C

2. 电容式传感器的测量电路中，哪种电路能有效抑制温度漂移？

A. 交流电桥 B. 运算放大器电路 C. 脉冲调宽电路 D. 差动脉宽调制电路

答案：D

二、简答题（每题8分，共24分）

3. 简述热电偶的工作原理及冷端补偿方法。

参考答案：

- 原理：两种不同金属导体在接触点（热端）与参考端（冷端）因温差产生热电动势。

- 冷端补偿：冰浴法、电桥补偿法、计算修正法。

三、计算题（16分）

4. 某电容式位移传感器初始电容 \( C_0 = 50 \, \text{pF} \)，极板间距 \( d = 0.5 \, \text{mm} \)，当位移 \( \Delta d = 0.02 \, \text{mm} \) 时，求电容变化量 \( \Delta C \)。

解答：

\[

C = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon_r S}{d} \Rightarrow \Delta C = C_0 \cdot \frac{\Delta d}{d} = 50 \times \frac{0.02}{0.5} = 2 \, \text{pF}

\]

五、复习建议

1. 重点章节：传感器静态特性、动态响应、误差分析。

2. 高频题型训练：选择题侧重概念辨析，计算题需熟练公式推导。

3. 真题分析：历年试卷中“传感器类型选择”“误差计算”“动态特性分析”出现频率较高。

4. 实验内容回顾：电阻应变片粘贴、电桥电路调试等实验细节可能出现在综合题中。

六、注意事项

- 公式记忆：灵敏度、误差计算、动态响应公式需准确。

- 术语规范：如“非线性度”“滞后误差”等专业词汇需准确表述。

- 原理图绘制：简答题可能要求画出电桥电路或传感器结构示意图。

通过系统梳理知识点、针对性训练高频题型，并结合真题分析，可有效提升考试通过率。建议考前重点复习传感器分类、误差分析及典型计算题解法。