《传感器应用技术》项目五：课题2 压电式传感器的结构与工作原理 45分钟专题训练（原卷版+解析版）

浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题二 压电式传感器的结构与工作原理 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电式传感器的核心部件是： A. 压电材料 B. 金属外壳 C. 信号放大器 D. 温度补偿电路 2.压电式传感器主要利用的是： A. 正压电效应 B. 逆压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 3.下列哪种不是压电式传感器的典型应用？ A. 加速度测量 B. 压力测量 C. 温度测量 D. 力测量 4.压电式传感器最适合测量： A. 静态力 B. 动态力 C. 恒定压力 D. 缓慢变化的力 5.压电式加速度传感器的工作原理基于： A. 质量块对压电元件的惯性力 B. 压电元件的电阻变化 C. 压电元件的温度变化 D. 压电元件的电容变化 6.压电式传感器的输出信号通常是： A. 高阻抗电荷信号 B. 低阻抗电压信号 C. 电流信号 D. 数字信号 7.压电式压力传感器中常用的压电元件排列方式是： A. 单片式 B. 双片串联 C. 双片并联 D. 以上都是 8.压电式传感器需要配合使用的关键电路是： A. 电荷放大器 B. 功率放大器 C. 滤波器 D. 整流器 9.压电式传感器的灵敏度单位通常是： A. pC/N 或 mV/N B. N/pC 或 N/mV C. Ω/N D. Hz/N 10.影响压电式传感器低频响应的主要因素是： A. 压电材料的介电常数 B. 传感器的绝缘电阻 C. 传感器的谐振频率 D. 环境温度 11.压电式传感器的谐振频率取决于： A. 压电元件的材料和尺寸 B. 传感器的质量 C. 安装方式 D. 以上都是 12.三向力传感器通常需要多少个独立的压电 sensing元件？ A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 13.压电式传感器对温度变化敏感主要是因为： A. 压电常数随温度变化 B. 热膨胀导致预紧力变化 C. 介电常数随温度变化 D. 以上都是 14.压电式传感器的电荷泄漏主要取决于： A. 压电材料的电阻 B. 电缆的绝缘性能 C. 连接器的接触电阻 D. A和B 15.压电式传感器中常用的预紧力结构是为了： A. 提高灵敏度 B. 确保良好接触 C. 扩展测量范围 D. 以上都是 16.压电式超声传感器工作时： A. 发射和接收使用同一压电元件 B. 需要单独的发射和接收元件 C. 只能发射不能接收 D. 只能接收不能发射 17.压电式传感器的动态范围主要受限于： A. 压电材料的线性范围 B. 电荷放大器的量程 C. 环境噪声 D. 以上都是 18.下列哪种电缆最适合压电式传感器使用？ A. 普通双绞线 B. 低噪声同轴电缆 C. 光纤电缆 D. 多芯屏蔽电缆 19.压电式传感器安装时应特别注意： A. 接触面平整清洁 B. 安装力矩适当 C. 接地良好 D. 以上都是 20.压电式传感器的优点不包括： A. 高频响应好 B. 灵敏度高 C. 适合静态测量 D. 结构坚固 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.压电式传感器可以直接测量静态力。 （ ）2.压电式传感器需要外部供电才能工作。 （ ）3.压电式加速度传感器的灵敏度与质量块重量成正比。 （ ）4.压电式传感器可以测量直流信号。 （ ）5.压电式传感器的输出阻抗很高。 （ ）6.石英晶体压电传感器比PZT传感器温度稳定性更好。 （ ）7.压电式传感器对电磁干扰不敏感。 （ ）8.压电式压力传感器可以测量绝对压力。 （ ）9.压电式传感器的灵敏度会随使用时间逐渐降低。 （ ）10.压电式传感器可以工作在高温环境下。 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一个压电式力传感器的灵敏度为4 pC/N，连接电缆的电容为100 pF，电荷放大器的反馈电容为1000 pF。求： a) 系统的电压灵敏度（mV/N）； b) 当施加500N力时，电荷放大器的输出电压； c) 如果改用200 pF的反馈电容，输出电压如何变化？ 2.详细描述压电式加速度传感器的结构和工作原理，分析其频率响应特性，并说明安装方式对测量结果的影响。 3.分析比较电荷放大器和电压放大器在压电式传感器信号调理中的优缺点，说明在不同应用场合应如何选择。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题二 压电式传感器的结构与工作原理 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电式传感器的核心部件是： A. 压电材料 B. 金属外壳 C. 信号放大器 D. 温度补偿电路 【答案】A 【解析】压电材料是核心传感元件 2.压电式传感器主要利用的是： A. 正压电效应 B. 逆压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 【答案】A 【解析】传感器利用正压电效应 3.下列哪种不是压电式传感器的典型应用？ A. 加速度测量 B. 压力测量 C. 温度测量 D. 力测量 【答案】C 【解析】不用于直接温度测量 4.压电式传感器最适合测量： A. 静态力 B. 动态力 C. 恒定压力 D. 缓慢变化的力 【答案】B 5.压电式加速度传感器的工作原理基于： A. 质量块对压电元件的惯性力 B. 压电元件的电阻变化 C. 压电元件的温度变化 D. 压电元件的电容变化 【答案】A 6.压电式传感器的输出信号通常是： A. 高阻抗电荷信号 B. 低阻抗电压信号 C. 电流信号 D. 数字信号 【答案】A 7.压电式压力传感器中常用的压电元件排列方式是： A. 单片式 B. 双片串联 C. 双片并联 D. 以上都是 【答案】D 【解析】多种排列方式都可用 8.压电式传感器需要配合使用的关键电路是： A. 电荷放大器 B. 功率放大器 C. 滤波器 D. 整流器 【答案】A 9.压电式传感器的灵敏度单位通常是： A. pC/N 或 mV/N B. N/pC 或 N/mV C. Ω/N D. Hz/N 【答案】A 【解析】灵敏度单位为pC/N或mV/N 10.影响压电式传感器低频响应的主要因素是： A. 压电材料的介电常数 B. 传感器的绝缘电阻 C. 传感器的谐振频率 D. 环境温度 【答案】B 【解析】绝缘电阻影响低频响应 11.压电式传感器的谐振频率取决于： A. 压电元件的材料和尺寸 B. 传感器的质量 C. 安装方式 D. 以上都是 【答案】B 12.三向力传感器通常需要多少个独立的压电 sensing元件？ A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 【答案】D 13.压电式传感器对温度变化敏感主要是因为： A. 压电常数随温度变化 B. 热膨胀导致预紧力变化 C. 介电常数随温度变化 D. 以上都是 【答案】D 14.压电式传感器的电荷泄漏主要取决于： A. 压电材料的电阻 B. 电缆的绝缘性能 C. 连接器的接触电阻 D. A和B 【答案】D 【解析】材料和电缆绝缘都影响 15.压电式传感器中常用的预紧力结构是为了： A. 提高灵敏度 B. 确保良好接触 C. 扩展测量范围 D. 以上都是 【答案】D 【解析】预紧力有多重作用 16.压电式超声传感器工作时： A. 发射和接收使用同一压电元件 B. 需要单独的发射和接收元件 C. 只能发射不能接收 D. 只能接收不能发射 【答案】A 【解析】常使用同一元件收发 17.压电式传感器的动态范围主要受限于： A. 压电材料的线性范围 B. 电荷放大器的量程 C. 环境噪声 D. 以上都是 【答案】D 【解析】受多种因素限制 18.下列哪种电缆最适合压电式传感器使用？ A. 普通双绞线 B. 低噪声同轴电缆 C. 光纤电缆 D. 多芯屏蔽电缆 【答案】B 19.压电式传感器安装时应特别注意： A. 接触面平整清洁 B. 安装力矩适当 C. 接地良好 D. 以上都是 【答案】D 20.压电式传感器的优点不包括： A. 高频响应好 B. 灵敏度高 C. 适合静态测量 D. 结构坚固 【答案】C 【解析】不适合静态测量 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.压电式传感器可以直接测量静态力。 【答案】B 【解析】不适合直接测静态力 （ ）2.压电式传感器需要外部供电才能工作。 【答案】B 【解析】自发电型不需供电 （ ）3.压电式加速度传感器的灵敏度与质量块重量成正比。 【答案】A （ ）4.压电式传感器可以测量直流信号。 【答案】B 【解析】不能测直流信号 （ ）5.压电式传感器的输出阻抗很高。 【答案】A （ ）6.石英晶体压电传感器比PZT传感器温度稳定性更好。 【答案】A （ ）7.压电式传感器对电磁干扰不敏感。 【答案】B 【解析】对电磁干扰敏感 （ ）8.压电式压力传感器可以测量绝对压力。 【答案】B 【解析】通常测相对压力 （ ）9.压电式传感器的灵敏度会随使用时间逐渐降低。 【答案】A （ ）10.压电式传感器可以工作在高温环境下。 【答案】A 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一个压电式力传感器的灵敏度为4 pC/N，连接电缆的电容为100 pF，电荷放大器的反馈电容为1000 pF。求： a) 系统的电压灵敏度（mV/N）； b) 当施加500N力时，电荷放大器的输出电压； c) 如果改用200 pF的反馈电容，输出电压如何变化？ 【解析】 a) 电压灵敏度 = Q/U = 4pC/N / (1000pF) = 0.004 V/N = 4 mV/N b) 500N时输出电荷Q=4pC/N×500N=2000pC 输出电压U=Q/Cf=2000pC/1000pF=2V c) 反馈电容增大到200pF，电压灵敏度=4pC/200pF=20mV/N 500N时输出电压=20mV/N×500N=10V 2.详细描述压电式加速度传感器的结构和工作原理，分析其频率响应特性，并说明安装方式对测量结果的影响。 【解析】 压电式加速度传感器分析： 结构：质量块、压电元件、基座、外壳组成 原理：加速度使质量块产生惯性力作用于压电元件产生电荷 频率响应：低频受RC时间常数限制，高频受谐振频率限制 安装影响：刚性安装保证高频响应，不同安装方式影响谐振频率 3.分析比较电荷放大器和电压放大器在压电式传感器信号调理中的优缺点，说明在不同应用场合应如何选择。 【解析】 电荷放大器优点：不受电缆电容影响，低频响应好 缺点：电路复杂，成本高 电压放大器优点：简单，成本低 缺点：受电缆电容影响大，低频响应差 选择：长电缆或低频测量用电荷放大器；短电缆高频测量可用电压放大器 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$