2025年高职机械电子工程(传感器实训)试题及答案

2025年高职机械电子工程(传感器实训)试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.传感器的基本组成中，负责将非电物理量转换为电信号的核心部件是（）。A.敏感元件B.转换元件C.信号调理电路D.电源模块2.金属应变片的工作原理基于（）。A.压阻效应B.压电效应C.电阻应变效应D.霍尔效应3.下列电感式传感器中，属于涡流式的是（）。A.变气隙式电感传感器B.变面积式电感传感器C.电涡流位移传感器D.差动变压器式传感器4.热电偶的热电势由（）组成。A.接触电势与温差电势B.应变电势与接触电势C.温差电势与霍尔电势D.压阻电势与应变电势5.霍尔传感器常用的材料是（）。A.金属导体B.绝缘体C.半导体D.磁性材料6.压阻式传感器的核心原理是（）。A.电磁感应B.半导体材料的电阻率随应力变化C.电容变化D.压电效应7.光电传感器中，用于检测物体是否存在的透射式结构需要（）。A.光源与光电器件在同侧B.光源与光电器件在异侧C.仅光源D.仅光电器件8.压电传感器适用于测量（）。A.静态力B.动态力C.恒定温度D.直流电压9.气敏传感器检测甲烷气体时，通常需要（）。A.低温环境B.加热至敏感温度C.真空环境D.高湿度环境10.磁敏电阻的特性基于（）。A.霍尔效应B.磁阻效应C.压电效应D.光电效应11.热电阻传感器中，Pt100表示（）。A.铂电阻在0℃时的电阻值为100ΩB.铜电阻在100℃时的电阻值为100ΩC.镍电阻在0℃时的电阻值为100ΩD.半导体电阻在100℃时的电阻值为100Ω12.电容式传感器测量位移时，变极距型的灵敏度与极距的关系是（）。A.灵敏度与极距成正比B.灵敏度与极距平方成反比C.灵敏度与极距无关D.灵敏度与极距成反比13.超声波传感器测距时，测量精度主要取决于（）。A.超声波频率B.时间测量精度C.环境温度D.传感器尺寸14.湿度传感器中，电容式湿度传感器的敏感材料通常是（）。A.金属氧化物B.高分子聚合物C.石英晶体D.半导体硅15.传感器的线性度是指（）。A.输出与输入之间的实际曲线与理想直线的最大偏差B.重复测量同一输入时输出的一致程度C.输入变化时输出的延迟时间D.输出变化量与输入变化量的比值二、多项选择题（每题3分，共30分，少选得1分，错选不得分）1.传感器选型时需考虑的关键因素包括（）。A.测量范围B.精度要求C.环境温度与湿度D.成本与安装空间2.应变片测量电路中，电桥的作用包括（）。A.将电阻变化转换为电压变化B.提高灵敏度C.补偿温度误差D.放大信号3.电感式传感器可用于测量（）。A.位移B.振动C.厚度D.温度4.热电偶的冷端补偿方法有（）。A.冰浴法B.电桥补偿法C.软件补偿法D.短路法5.霍尔传感器的主要参数包括（）。A.灵敏度系数B.输入电阻C.输出电阻D.最大工作温度6.光电传感器的组成部分包括（）。A.光源B.光学透镜C.光电器件D.信号调理电路7.压电传感器的测量电路通常使用（）。A.电荷放大器B.电压放大器C.电流放大器D.功率放大器8.气敏传感器的类型包括（）。A.半导体式B.接触燃烧式C.电化学式D.电容式9.磁敏传感器可用于（）。A.位置检测B.转速测量C.电流检测D.温度测量10.传感器静态特性指标包括（）。A.线性度B.灵敏度C.迟滞D.频率响应三、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__________。2.应变片的灵敏度系数K定义为__________与应变ε的比值。3.电感式传感器的基本原理是__________。4.热电偶的分度号“K”表示__________热电偶。5.霍尔效应的数学表达式为__________。6.压阻式传感器的核心材料是__________。7.光电二极管的工作模式包括光伏模式和__________。8.压电材料分为石英晶体和__________两大类。9.气敏传感器加热的主要目的是__________。10.磁敏电阻的阻值随__________的变化而变化。四、简答题（共30分）1.（封闭型，8分）简述电感式传感器的工作原理及主要类型。2.（封闭型，7分）简述热电偶冷端补偿的必要性及常用方法。3.（开放型，8分）某机械加工车间需监测机床主轴温度（范围0300℃，精度±1℃），请分析可选的温度传感器类型及选型依据。4.（开放型，7分）结合实际案例说明光电传感器在自动化生产线中的应用场景及选型注意事项。五、应用题（共60分）1.（计算类，15分）已知某金属应变片的灵敏度系数K=2.0，初始电阻R0=120Ω，当承受应变ε=1500με时：（1）计算电阻变化量ΔR；（5分）（2）计算相对电阻变化量ΔR/R；（5分）（3）若采用单臂电桥（电源电压U=5V），求电桥输出电压ΔU（电桥灵敏度S=U/4）。（5分）2.（分析类，15分）某霍尔传感器的灵敏度KH=20mV/(mA·T)，激励电流I=5mA，被测磁场B=0.3T：（1）计算理论输出电压UH；（5分）（2）若实际测量中UH=25mV，可能的故障原因有哪些？（10分）3.（综合类，30分）设计一个基于压力传感器的液压系统压力监测装置，要求测量范围010MPa，精度±0.5%FS，线性度≤0.3%FS，工作温度20℃~85℃。（1）画出系统组成框图；（10分）（2）说明各部分功能；（10分）（3）列出传感器选型的关键参数。（10分）参考答案一、单项选择题1.B2.C3.C4.A5.C6.B7.B8.B9.B10.B11.A12.B13.B14.B15.A二、多项选择题1.ABCD2.ABC3.ABC4.ABC5.ABCD6.ABCD7.AB8.ABC9.ABC10.ABC三、填空题1.信号调理电路2.相对电阻变化量ΔR/R3.电磁感应4.镍铬镍硅5.UH=KHIB6.单晶硅7.光导模式8.压电陶瓷9.激活表面反应，提高灵敏度10.磁场强度四、简答题1.电感式传感器工作原理：利用电磁感应原理，将被测非电量（如位移、振动）转换为电感量或互感量的变化，再通过测量电路转换为电信号。主要类型：变磁阻式（变气隙式、变面积式）、差动变压器式、涡流式。2.冷端补偿必要性：热电偶的热电势仅与热端和冷端的温差有关，若冷端温度不为0℃，会导致测量误差，因此需补偿冷端温度变化的影响。常用方法：冰浴法（冷端置于0℃冰水混合物）、电桥补偿法（利用不平衡电桥产生电压抵消冷端温度变化的影响）、软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，软件修正热电势）。3.可选传感器类型及依据：热电阻（如Pt100）：测量范围0300℃符合要求，精度高（±0.1℃~±0.5℃），线性度好，适用于精度要求高的场景。热电偶（如K型）：测量范围宽（200℃~1300℃），但0300℃时精度略低于热电阻（约±1℃~±2℃），需冷端补偿，适合环境温度波动大的场合。选型依据：精度（热电阻更优）、环境（若车间温度稳定选热电阻，若存在振动选热电偶）、成本（热电阻稍高）。4.应用场景案例：自动包装生产线中，光电传感器用于检测包装膜的位置（透射式）或袋装产品的完整性（反射式）。例如，透射式传感器安装在包装膜两侧，当膜断裂时，光信号中断，触发停机报警。选型注意事项：检测距离（选择量程匹配的传感器）、环境光干扰（选红外光源或带滤波功能的传感器）、响应速度（生产线速度快时需高频响应）、防护等级（潮湿环境选IP65以上）。五、应用题1.（1）ΔR=K·R0·ε=2.0×120Ω×1500×10⁻⁶=0.36Ω；（2）ΔR/R=K·ε=2.0×1500×10⁻⁶=0.3%；（3）ΔU=S·ΔR/R=（5V/4）×0.3%=0.00375V=3.75mV。2.（1）UH=KH·I·B=20mV/(mA·T)×5mA×0.3T=30mV；（2）可能故障原因：激励电流不足（如电源电压下降）、磁场实际强度低于0.3T（被测对象偏差）、传感器老化（灵敏度系数KH降低）、线路接触不良（电阻分压导致电压损失）、温度漂移（环境温度超出传感器工作范围）。3.（1）系统组成框图：压力传感器→信号调理电路（放大、滤波）→A/D转换模块→微控制器→显示/报警单元→电源模块。（2）各部分功能：压力传感器：将压力信号转换为电信号（如420mA电流信号）；信号调理电路：放大弱信号，滤除噪声，匹配后续电路输入范围；A/D转换模块：将模拟信号转换为数字信号，供微控制器处理；微控制器：处理数据，