2025年传感器与检测技术题库试题及答案

2025年传感器与检测技术题库试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.传感器的核心组成部分是（）A.敏感元件B.转换元件C.测量电路D.辅助电源答案：B2.电阻应变片的灵敏系数K表示（）A.应变片电阻变化率与机械应变的比值B.应变片电阻值与机械应变的比值C.应变片长度变化与原长的比值D.应变片截面积变化与原截面积的比值答案：A3.下列传感器中，基于压阻效应工作的是（）A.压电式加速度传感器B.扩散硅压力传感器C.电感式位移传感器D.电容式液位传感器答案：B4.光电式传感器中，光敏二极管的工作模式是（）A.光伏模式（零偏置）B.光导模式（反向偏置）C.正向导通模式D.击穿模式答案：B5.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是（）A.压电材料电荷容易泄漏B.输出信号太弱C.测量电路输入阻抗低D.传感器固有频率低答案：A6.电感式传感器中，变气隙式传感器的灵敏度与气隙初始长度的关系是（）A.灵敏度与初始气隙长度成正比B.灵敏度与初始气隙长度成反比C.灵敏度与初始气隙长度平方成正比D.灵敏度与初始气隙长度平方成反比答案：D7.热电偶的热电势由（）组成A.接触电势和温差电势B.接触电势和表面电势C.温差电势和表面电势D.接触电势和体电势答案：A8.电容式传感器中，变面积式传感器的输出特性是（）A.非线性B.线性C.平方关系D.对数关系答案：B9.电涡流传感器可用于测量（）A.液体成分B.金属材料厚度C.气体压力D.光照强度答案：B10.以下不属于传感器静态特性指标的是（）A.线性度B.灵敏度C.固有频率D.重复性答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.电阻应变片的组成包括（）A.敏感栅B.基底C.覆盖层D.引线答案：ABCD2.压电材料的主要类型有（）A.石英晶体B.压电陶瓷C.高分子压电材料D.半导体材料答案：ABC3.光电传感器的常用光源包括（）A.白炽灯B.激光二极管C.发光二极管D.X射线源答案：ABC4.电感式传感器的主要类型有（）A.变气隙式B.变面积式C.螺管式D.差动变压器式答案：ABCD5.传感器的动态特性指标包括（）A.上升时间B.超调量C.固有频率D.灵敏度答案：ABC三、填空题（每题2分，共20分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、转换元件和__________。答案：测量电路2.电阻应变片的温度误差可通过__________或温度自补偿法进行补偿。答案：电桥补偿法3.电容式传感器的三种基本类型是变极距式、变面积式和__________。答案：变介质式4.压电式传感器的前置放大器有电压放大器和__________两种形式。答案：电荷放大器5.热电偶的冷端温度补偿方法包括冰浴法、补偿导线法和__________。答案：电桥补偿法6.光电效应分为外光电效应、内光电效应和__________。答案：光生伏特效应7.电感式传感器中，差动变压器的输出电压与铁芯位移成__________关系。答案：线性8.电涡流传感器的工作原理基于__________和电磁感应效应。答案：涡流效应9.传感器的线性度是指校准曲线与__________之间的最大偏差与满量程输出的百分比。答案：拟合直线10.超声波传感器的主要参数包括工作频率、__________和指向角。答案：灵敏度四、简答题（共30分）（一）封闭型简答题（每题5分，共15分）1.简述电阻应变片的工作原理。答案：电阻应变片基于金属的应变效应工作：当金属丝受机械应变时，其长度和截面积发生变化，导致电阻值改变。电阻变化率ΔR/R≈Kε，其中K为灵敏系数，ε为应变。2.说明电容式传感器采用差动结构的优点。答案：差动结构可提高灵敏度（约为单极式的2倍），减小非线性误差（通过正负位移时电容变化相消），并抑制温度等干扰因素的影响。3.压电式传感器为何需要高输入阻抗前置放大器？答案：压电元件等效为电荷源与电容并联，输出阻抗极高（约10¹²Ω）。高输入阻抗前置放大器可减少电荷泄漏，避免信号衰减，确保传感器输出信号的准确性。（二）开放型简答题（每题7.5分，共15分）1.比较压电式传感器与压阻式传感器的适用场景，并分析原因。答案：压电式传感器适用于动态测量（如振动、冲击），因压电材料电荷易泄漏，无法测量静态信号；压阻式传感器基于半导体压阻效应，可测量静态和动态压力（如血压、气压），但温度敏感性高，需温度补偿。例如，汽车碰撞测试中常用压电式加速度传感器捕捉瞬时冲击，而胎压监测多采用压阻式传感器实时监测静态压力。2.设计一个基于光电传感器的物体计数系统，需说明组成、工作原理及抗干扰措施。答案：系统组成：光源（如红外LED）、光电接收器（如光敏三极管）、信号处理电路（放大、整形）、计数器。工作原理：物体通过时遮挡光路，接收器输出信号由高变低，经处理后触发计数器加1。抗干扰措施：采用调制光源（避免环境光干扰）、设置光阑限制接收角度、使用滤光片匹配光源波长。五、应用题（共25分）（一）计算题（每题6分，共12分）1.某电阻应变片的灵敏系数K=2.0，初始电阻R₀=120Ω。当被测应变ε=1000με（1με=10⁻⁶）时，求应变片的电阻变化量ΔR。解：ΔR=R₀·K·ε=120Ω×2.0×1000×10⁻⁶=0.24Ω答案：0.24Ω2.变极距式电容传感器的初始极板间距d₀=0.1mm，极板面积A=100mm²，εᵣ=1（空气介质）。当极板间距变化Δd=+10μm时，求电容变化量ΔC（ε₀=8.85×10⁻¹²F/m）。解：初始电容C₀=ε₀εᵣA/d₀=8.85×10⁻¹²×1×(100×10⁻⁶)/(0.1×10⁻³)=8.85×10⁻¹¹FΔC≈C₀Δd/d₀=8.85×10⁻¹¹F×(10×10⁻⁶)/(0.1×10⁻³)=8.85×10⁻¹²F答案：8.85pF（负号表示电容减小）（二）分析题（6分）某温度检测系统使用K型热电偶（分度号：镍铬镍硅），冷端温度T₀=30℃，测得热电势E(T,T₀)=36.0mV。查K型热电偶分度表（部分数据：E(800℃,0℃)=33.275mV，E(900℃,0℃)=37.326mV，E(30℃,0℃)=1.203mV），分析实际被测温度T。解：根据中间温度定律，E(T,0℃)=E(T,T₀)+E(T₀,0℃)=36.0mV+1.203mV=37.203mV分度表中，E(900℃,0℃)=37.326mV，E(890℃,0℃)=？线性插值：37.203mV33.275mV=3.928mV（对应800℃以上部分）每10℃电势差：37.326mV33.275mV=4.051mV（对应100℃）则温度=800℃+(3.928/4.051)×100≈896.96℃答案：约897℃（三）综合题（7分）设计一个基于电感式传感器的金属板材厚度在线检测系统，要求：（1）画出系统组成框图；（2）说明工作原理；（3）提出提高检测精度的措施。答案：（1）系统组成：电感式传感器（差动变压器）、激励电源、信号调理电路（相敏检波、滤波）、数据采集卡、显示/控制系统。（2）工作原理：板材通过传感器时，其厚度变化导致铁芯位移，差动变压器输出电压与位移成线性关系；信