《传感器及应用》传感器的定义与组成、作用与应用和分类（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《传感器及应用》传感器的定义与组成、作用与应用和分类-讲义 知识点一 传感器的定义与组成 1、 传感器的定义： 传感器就是利用物理、化学及生物效应，博被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置，能感受规定的被测量并按照一定规律转换成有用输出信号(一般为电信号)，如表1。 表1 传感器的转换原理 2、 传感器的组成 传感器由敏感元件、传感元件和测量转换电路组成，如图1所示。 敏感元件：传感器中能直接感受被测量的部分； 传感元件：传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。 测量转换电路：用于信号调节与转换电路将传感器输出的微弱信号放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。 图1 传感器组成方块图 以下关于传感器的说法正确的是（ ） A. 传感器就是能将非电学量转换为电学量的装置 B. 传感器由敏感元件、转换元件和转换电路组成，敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量的元件 C. 所有传感器的敏感元件都只能感知温度、压力、湿度等常见物理量 D. 传感器的转换元件将敏感元件输出的非电信号转换为电信号，转换电路则可有可无 【答案】B 【解析】 选项A：传感器不仅能将非电学量转换为电学量，也能将电学量转换为其他物理量，或进行其他形式的量之间的转换，例如将光信号转换为电信号，所以A选项错误。 选项C：敏感元件能感知的物理量非常广泛，除了温度、压力、湿度等常见物理量，还可以感知诸如磁场、加速度、化学成分等各种物理、化学、生物量等，所以C选项错误。 选项D：转换元件将敏感元件输出的非电信号转换为电信号，而转换电路对转换元件输出的电信号进行进一步处理，如放大、滤波等，使信号更适合后续的测量、控制和显示等，转换电路是传感器不可或缺的部分，并非可有可无，所以D选项错误。 1. 传感器是一种能将（ ）转换成便于测量、传输、处理或显示的电信号或其他所需形式的装置的部件或系统。 A. 物理量 B. 化学量 C. 生物量 D. 以上都是 【答案】D 【解析】传感器的定义：转换各种形式的非电学量（包括物理量、化学量、生物量等）为电信号或其他所需形式，以便于测量、传输、处理或显示。 2. 下列哪个不是传感器的主要功能（ ） A. 测量 B. 转换 C. 存储 D. 显示 【答案】C 【解析】传感器的主要功能是测量非电学量并将其转换成电信号或其他所需形式，以便于后续的处理或显示。但传感器本身并不具备存储数据的功能。 3. 传感器通常由哪些基本部分组成（ ） A. 敏感元件 B. 转换元件 C. 测量电路 D. 数据存储设备 【答案】A、B、C 【解析】 传感器的基本组成部分通常包括敏感元件、转换元件和测量电路。敏感元件用于感受被测量的变化，转换元件将这种变化转换成电信号，而测量电路则用于对转换后的电信号进行处理和测量。数据存储设备和电源供应虽然可能在某些传感器系统中存在，但它们不是所有传感器的基本组成部分。 1. 以下哪个不是传感器的基本组成部分（ ） A. 敏感元件 B. 转换元件 C. 测量电路 D. 显示仪表 【答案】D 【解析】传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路等基本部分组成。敏感元件用于感受被测量的变化，转换元件则将这种变化转换成电信号，而测量电路则用于对转换后的电信号进行处理和测量。显示仪表通常不是传感器的基本组成部分，而是与传感器配合使用的设备，用于显示测量结果。 2. 以下哪个部分不是所有传感器都必须具备的（ ） A. 敏感元件 B. 数据处理单元 C. 转换元件 D. 测量电路 【答案】B 【解析】虽然某些高级传感器可能包含数据处理单元，但数据处理单元并不是所有传感器都必须具备的部分。敏感元件、转换元件和测量电路是传感器的基本组成部分，它们共同完成了将被测量转换为可测量电信号的任务。 3. 以下哪个部分在传感器中起到了放大和滤波电信号的作用（ ） A. 敏感元件 B. 转换元件 C. 测量电路 D. 数据处理单元 【答案】C 【解析】测量电路在传感器中起到了放大和滤波电信号的作用，以确保转换后的电信号能够被准确地测量和处理。敏感元件和转换元件虽然能够完成将被测量转换为电信号的任务，但它们本身并不具备放大和滤波电信号的能力。数据处理单元虽然可以对电信号进行进一步的处理和分析，但它也不是测量电路的一部分。 · 传感器是能感受被测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 · 传感器实现信息从一种形式到另一种形式的转换。 · 敏感元件直接感受被测量，输出与被测量有确定关系的物理量。 · 转换元件将敏感元件输出转换为电信号。 · 转换电路对电信号处理，如放大、滤波，方便后续利用。 知识点二 传感器的作用及应用 1、 传感器的作用： 传感器用于对在科学技术领域，自然界的各种物质信息进行采集。如图2所示， 将传感器与人的感觉器官联系，传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制、信息的采集三大内容。 图2 人机对应关系 2、 传感器的应用： 1. 传感器在制造业中的应用：工业生产如石油、化工等领域需实时监测工艺参数，并通过计算机或控制器实现自动化控制。传感器是自动控制系统的关键组成部分。 2. 传感器在汽车中的应用：温度、压力、流量、湿度、气体、位置、速度、加速度、转矩等传感器已经广泛应用于汽车的控制系统中。利用传感器检测的信息，可以实现发动机燃油喷射系统的精确控制，保障汽车安全、舒适地行驶。 3. 传感器在智能楼宇中的应用：智能楼宇利用新材料和信息技术，是现代建筑发展的方向。其系统包括信息通信、交通、HAVC、能源管理、安全、维护和结构等方面，均需通过传感器技术实现。。 4. 传感器在家用电器中的应用：现代家庭广泛使用传感器于各类电器，如用电厨具、空调器、电冰箱、洗衣机、电热水器、安全报警器、吸尘器、电熨斗、照相机、音像设备等。 5. 传感器在安全防范中的应用：在防火、 防盗系统中，广泛应用了光电、热电、压电、气体、红外、超声波、微波及图像等传感器。 6. 传感器在机器人中的应用：在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的位置和角度；在智能机器人中，传感器用作视觉和触觉。 7. 传感器在环境保护中的应用：为保护环境，传感器用以监测大气、水质及噪声污染指数。 8. 传感器在人体医学上的应用：在医疗系统中应用传感器对人的体温、血压、心脑电波及肿瘤等进行准确的诊断。 9. 传感器在航天航空中的应用：在飞机、火箭等飞行器上，使用传感器对飞行速度、加速度、飞行距离及飞行方向、姿态进行检测。 10. 传感器在遥感技术中的应用：在飞机及卫星等飞行器上，利用紫外、红外光电传感器及微波传感器来探测气象、地质等；在船舶上，利用超声波传感器进行水下探测。 11. 传感器在军事方面的应用：利用红外光电传感器探测观测地形、发现地物及敌方各种军事目标。 下列关于传感器应用的说法中正确的是（ ） A. 电饭锅中使用了温度传感器，其主要元件是感温铁氧体，当温度达到103℃时，感温铁氧体仍具有磁性 B. 商场里的自动门安装了红外线传感器，当人靠近时门会自动打开，是因为人体能发射红外线 C. 火灾报警器使用了光传感器，对光的变化非常敏感，当有烟雾遮挡光线时，报警器会发出警报 D. 电子秤中使用了压力传感器，通过测量压力的大小来显示物体的质量，压力越大，显示的质量越小 【答案】BC 【解析】 选项A：电饭锅中的感温铁氧体，在常温下具有磁性，能被永磁体吸引。但当温度达到103℃时，感温铁氧体失去磁性，不能再被永磁体吸引，从而切断电路，起到控温作用，所以A错误。 选项D：电子秤中的压力传感器，通过测量压力来显示物体质量。根据压力与重力关系及传感器原理，压力越大，显示的质量越大，并非越小，D错误。 1. 传感器在自动化生产线上主要起什么作用（ ） A. 控制机械臂的运动轨迹 B. 监测生产过程中的关键参数 C. 直接改变产品的物理属性 D. 替代人工进行产品检验 【答案】B 【解析】传感器在自动化生产线上主要起到监测生产过程中的关键参数的作用。它们能够实时感知生产线上的各种物理量（如温度、压力、流量、位移等），并将这些物理量转换为电信号，供控制系统进行后续处理。虽然传感器提供的数据可以用于控制机械臂的运动轨迹或进行产品检验，但这些都不是传感器直接的作用，而是基于传感器数据进行的后续处理。 2. 在智能家居系统中，传感器的主要作用是什么（ ） A. 提供娱乐功能 B. 控制家电开关 C. 监测环境变化并触发相应动作 D. 储存家庭成员的个人信息 【答案】C 【解析】在智能家居系统中，传感器的主要作用是监测环境变化并触发相应动作。例如，温度传感器可以感知室内温度，当温度超过或低于设定值时，触发空调或暖气系统的开关；烟雾传感器可以检测室内烟雾浓度，当烟雾浓度达到危险水平时，触发报警系统。 3. 在医疗领域，传感器通常用于什么目的（ ） A. 替代医生进行诊断 B. 实时监测患者的生理参数 C. 直接治疗患者的疾病 D. 提高药物的生产效率 【答案】B 【解析】在医疗领域，传感器通常用于实时监测患者的生理参数，如心率、血压、体温等。这些数据对于医生评估患者的健康状况、制定治疗方案以及监测治疗效果至关重要。虽然传感器提供的数据可以辅助医生进行诊断，但它们并不能替代医生进行诊断；同样，传感器也不能直接治疗患者的疾病或提高药物的生产效率。 1. 在环境监测中，传感器的主要作用是什么（ ） A. 预测自然灾害的发生 B. 监测环境污染物的浓度 C. 控制环境污染源的排放 D. 提供环境改善的建议 【答案】B 【解析】在环境监测中，传感器的主要作用是监测环境污染物的浓度。它们能够实时感知大气、水体、土壤等环境中的各种污染物（如颗粒物、有害气体、重金属等）的浓度，并将这些数据提供给环保部门或科研机构进行分析和处理。虽然传感器提供的数据可以用于预测自然灾害的发生（如通过监测空气质量预测雾霾天气）、控制环境污染源的排放（如通过监测排放口污染物浓度调整排放参数）或提供环境改善的建议（如根据监测数据制定环保政策），但这些都不是传感器直接的作用，而是基于传感器数据进行的后续应用。 2. 在智能交通系统中，传感器主要用于 ( ) A. 提供娱乐和导航服务 B. 检测车辆流量和速度 C. 维修道路基础设施 D. 控制交通信号灯的颜色变化 【答案】B 【解析】在智能交通系统中，传感器主要用于检测车辆流量、速度以及道路拥堵情况等信息。选项A提供的娱乐和导航服务虽然也是智能交通系统的一部分，但并非由传感器直接提供；选项C维修道路基础设施则与传感器的作用无直接关联；选项D控制交通信号灯的颜色变化虽然可能基于传感器提供的数据，但并非传感器的直接作用，而是由智能交通系统的控制中心根据传感器数据进行决策后执行的动作。 3. 在工业自动化中，传感器的主要作用是（ ） A. 控制机械臂的运动轨迹 B. 监测生产过程中的各种参数 C. 加工和制造产品 D. 储存和传输生产数据 【答案】B 【解析】在工业自动化中，传感器的主要作用是监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量、液位等。这些参数对于保证生产过程的稳定性和产品质量至关重要。传感器将这些参数转换为电信号，传输给控制系统进行处理，从而实现对生产过程的精确控制。因此，选项B正确。选项A控制机械臂的运动轨迹虽然可能基于传感器提供的数据，但并非传感器的直接作用；选项C加工和制造产品则是生产线的功能，与传感器无直接关联；选项D储存和传输生产数据虽然也是工业自动化系统的一部分，但通常不是由传感器直接完成的。 · 信息采集：感知各类物理、化学、生物等量，精准收集数据。 · 自动控制：依据检测信号调节系统实现自动化与智能化。 · 工业领域：监测生产流程、设备状态，确保高效稳定，如压力传感器保障管道安全。 · 生活场景：提升便捷舒适，如智能家居的光线传感器自动调光。 知识点三 传感器的分类 1、 按工作原理分类 按工作原理可以分成参量传感器、发电传感器及特殊传感器。 参量传感器有触点传感器、电阻传感器、电感式传感器、电容式传感器等； 发电传感器有光电池、热电偶传感器、霍尔式传感器、压电式传感器、磁电式传感器等； 特殊传感器如数字式传感器、光纤传感器、红外探测器、激光检测等 2、 按被测量性质分类 按被测量性质可以分成机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等。机械量：力、长度、位移、速度、加速度等； 热工量：温度、压力、流量等； 成分量传感器：检测各气体、液体、固体化学成分； 状态量传感器：检测设备运行状态； 探伤传感器：检测金属制品内部的气泡和裂缝，检测人体内部器官的病灶等。 3、 按输出量种类分类 按输出量种类可分成模拟式传感器和数字式传感器。 模拟式传感器：输出与被测量成一定关系的模拟信号； 数字式传感器：输出数字量，可直接与计算机连接或作数字显示，读取方便，抗干扰能力强。 4、 按传感器的信号处理方法分类 按传感器的信号处理方法可以分成直接传感器、差动传感器和补偿传感器。 直接传感器：单独将被测量转换成所需要的输出信号； 差动传感器：把两个相同类型的直接传感器接在转换电路中； 补偿传感器：显示装置的指示自动跟随被测量变化而变化。 按被测量分类，测量物体加速度的传感器属于（ ） A. 物理传感器 B. 化学传感器 C. 生物传感器 D. 光学传感器 【答案】A 【解析】加速度是物理量，测量加速度的传感器按被测量分类属于物理传感器。物理传感器用于检测物理量，化学传感器检测化学物质成分、浓度等，生物传感器检测生物物质，光学传感器侧重光信号相关检测。 1. 按工作原理分类，传感器不包括以下哪种类型（ ） A. 电容型 B. 光电型 C. 电感型 D. 磁阻型 【答案】D 【解析】传感器按工作原理分类主要有电阻型、电容型、电磁型和光电型等。 2. 以下传感器中，按照工作原理分类属于电容式传感器的是（ ） A. 利用空气湿度变化导致电容改变来检测湿度的传感器 B. 利用压力变化使电阻改变来检测压力的传感器 C. 利用光照强度变化产生电流来检测光的传感器 D. 利用电磁感应原理检测金属物体的传感器 【答案】A 【解析】A选项通过湿度改变电容检测湿度，基于电容原理，属于电容式传感器；B是电阻式传感器，利用电阻变化检测压力；C是光电式传感器，基于光电效应；D是电感式传感器，利用电磁感应。 3. 气体酒精含量检测仪中的传感器属于（ ） A. 物理传感器 B. 化学传感器 C. 生物传感器 D. 温度传感器 【答案】B 【解析】气体酒精含量检测仪的传感器通过与酒精发生化学反应来检测酒精含量，将化学量转化为电信号，属于化学传感器，并非检测物理量、生物量或温度。 1. 利用热敏电阻随温度变化改变电阻值来测量温度的传感器，按工作原理属于（ ） A. 电阻式传感器 B. 电容式传感器 C. 电感式传感器 D. 光电式传感器 【答案】A 【解析】该传感器利用热敏电阻阻值随温度变化特性，通过测量电阻变化获取温度信息，基于电阻原理，属于电阻式传感器，并非电容、电感或光电原理。 2. 医院中用于检测血糖浓度的传感器属于（ ） A. 物理传感器 B. 化学传感器 C. 生物传感器 D. 压力传感器 【答案】C 【解析】检测血糖浓度的传感器利用生物化学反应，以生物体内物质间的特异性反应为基础，属于生物传感器，不是检测物理量、化学量（非一般化学物质检测）或压力。 3. 按照被测量分类，用于检测土壤酸碱度的传感器属于（ ） A. 物理传感器 B. 化学传感器 C. 生物传感器 D. 位移传感器 【答案】B 【解析】土壤酸碱度是化学性质，检测土壤酸碱度的传感器通过化学反应检测相关化学量，属于化学传感器，不是检测物理量、生物量或位移。 · 按被测量分：有物理传感器，化学传感器，生物传感器。 · 按工作原理分：电阻式、电容式，光电式，压电式。 · 按输出信号分：模拟传感器输出连续模拟信号，数字传感器输出离散数字信号。 · 按转换能量分：有源传感器需外部电源，无源传感器依靠被测对象供能 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$