2025年传感器考试题目及答案

2025年传感器考试题目及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.下列关于传感器基本组成的描述中，正确的是（）。A.仅包含敏感元件B.敏感元件与转换元件必须为同一物理结构C.信号调理电路负责将非电信号转换为电信号D.敏感元件负责直接感受被测量并输出与被测量成一定关系的信号2.基于外光电效应的传感器是（）。A.光敏电阻B.光电二极管C.光电倍增管D.光电池3.压阻式传感器的核心原理是（）。A.压电效应B.压阻效应C.应变效应D.热电效应4.热电偶测量温度时，若冷端温度为25℃，显示仪表直接以0℃为参考端，测得热电势为30mV，已知该热电偶在25℃时的热电势为1mV，则实际被测温度对应的热电势为（）。A.29mVB.30mVC.31mVD.无法确定5.下列关于电感式传感器的描述中，错误的是（）。A.变气隙式电感传感器的灵敏度与气隙初始长度成反比B.差动式电感传感器可提高灵敏度并减小非线性误差C.电涡流式传感器可用于非接触式测量D.电感式传感器的输出信号与位移呈严格线性关系6.霍尔传感器的输出电压公式为\(U_H=\frac{K_HIB}{\cos\theta}\)，其中\(K_H\)表示（）。A.霍尔元件的厚度B.霍尔系数与厚度的比值C.霍尔系数与载流子浓度的比值D.霍尔元件的灵敏度系数7.光纤传感器中，利用光纤本身作为敏感元件的类型属于（）。A.功能型（传感型）光纤传感器B.非功能型（传光型）光纤传感器C.强度调制型光纤传感器D.相位调制型光纤传感器8.测量气体压力时，若被测气体具有腐蚀性，应优先选择的压力传感器敏感元件材料是（）。A.普通钢膜片B.陶瓷膜片C.铜合金膜片D.铝合金膜片9.下列不属于数字式传感器的是（）。A.光栅传感器B.磁栅传感器C.电感式传感器D.编码器10.用于人体脉搏测量的传感器，最适合的类型是（）。A.压阻式传感器（接触式）B.超声波传感器（非接触式）C.热电偶（温度测量）D.电容式加速度传感器（振动测量）二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少有2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.下列传感器中，基于应变效应工作的有（）。A.金属电阻应变片B.半导体应变片C.压电陶瓷D.压阻式硅膜片2.热电偶的基本定律包括（）。A.均质导体定律B.中间导体定律C.参考电极定律D.压磁效应定律3.电容式传感器的常见类型有（）。A.变极距型B.变面积型C.变介电常数型D.变磁导率型4.下列关于传感器动态特性的描述中，正确的有（）。A.阶跃响应中，上升时间越短，传感器反应越快B.频率响应中，截止频率越高，传感器可测量的信号频率范围越宽C.动态误差仅由传感器的幅频特性引起D.一阶传感器的时间常数τ越小，响应速度越快5.智能传感器的典型特征包括（）。A.内置微处理器B.自校准与自诊断功能C.仅支持模拟信号输出D.可实现数据存储与通信三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.传感器的静态特性指标主要包括线性度、迟滞、重复性、灵敏度和______。2.压电材料分为压电晶体、压电陶瓷和______三大类。3.热电阻传感器中，Pt100表示______。4.光电效应分为外光电效应、内光电效应和______。5.电感式传感器的转换原理是基于______的变化。6.电容式传感器的寄生电容会导致测量误差，常用的抑制方法有驱动电缆法、______和整体屏蔽法。7.热电偶的热电势由接触电势和______两部分组成。8.超声波传感器的工作原理基于______效应（正、逆）。9.磁敏传感器中，______传感器对磁场的灵敏度远高于霍尔传感器。10.传感器的标定分为______标定和动态标定。四、简答题（共5题，第13题每题6分，第45题每题7分，共32分）1.（封闭型）简述电阻应变片的工作原理，并比较金属应变片与半导体应变片的灵敏度差异及原因。2.（封闭型）说明涡流传感器的工作原理及主要应用场景（至少3类）。3.（封闭型）解释热电偶冷端温度补偿的必要性，并列举两种常用补偿方法。4.（开放型）在智能汽车的自动驾驶系统中，需要同时使用激光雷达、毫米波雷达和摄像头等多种传感器。请从传感器特性（如探测距离、环境适应性、精度）角度，分析这三种传感器的互补性。5.（开放型）设计一个用于测量液体流量的传感器系统，要求：①选择合适的传感器类型（如电磁式、涡街式、超声波式）；②说明其工作原理；③列出需考虑的关键参数（如被测液体导电性、流速范围、温度）。五、应用题（共3题，第1题8分，第2题10分，第3题15分，共33分）1.（计算类）某金属应变片的灵敏度系数\(K=2.0\)，初始电阻\(R_0=120\Omega\)，用于测量机械构件的应变\(\varepsilon=1000\mu\varepsilon\)（\(1\mu\varepsilon=10^{6}\)）。（1）计算应变片的电阻变化量\(\DeltaR\)；（2）若采用单臂电桥测量（电桥电源电压\(U=5V\)），求电桥输出电压\(U_o\)（假设电桥为等臂电桥，忽略非线性误差）。2.（分析类）某压电式加速度传感器的灵敏度为\(S_a=10pC/g\)（\(g=9.8m/s^2\)），配套电荷放大器的灵敏度\(S_c=0.1mV/pC\)。当被测加速度为\(2g\)时：（1）计算传感器输出电荷量\(Q\)；（2）计算电荷放大器的输出电压\(U_o\)；（3）若被测信号频率为1Hz，判断该传感器是否适用于此测量（已知该传感器的工作频率范围为10Hz~10kHz），并说明原因。3.（综合类）某温度控制系统需测量0~500℃的炉温，选用K型热电偶（镍铬镍硅），冷端温度由温度传感器实时测量为30℃。已知K型热电偶的分度表（部分数据）如下：|温度（℃）|0|10|20|30|40|100|200|300|400|500||||||||||||||热电势（mV）|0.00|0.397|0.798|1.203|1.611|4.096|8.137|12.209|16.327|20.480|（1）若实测热电势（已补偿冷端温度）为12.209mV，求实际炉温；（2）若未进行冷端补偿，直接将冷端视为0℃，此时显示仪表的读数会产生多大误差？（3）设计一种冷端补偿电路（画出简化电路图），并说明其工作原理。参考答案一、单项选择题1.D2.C3.B4.C5.D6.D7.A8.B9.C10.A二、多项选择题1.AB2.ABC3.ABC4.ABD5.ABD三、填空题1.分辨力（或阈值）2.高分子压电材料3.0℃时电阻值为100Ω的铂热电阻4.光生伏特效应5.线圈电感量（或磁路磁阻）6.接地屏蔽法7.温差电势（或汤姆逊电势）8.压电（正、逆均可，需对应发射/接收）9.磁阻（或AMR/GMR）10.静态四、简答题1.工作原理：电阻应变片基于应变效应，即导体或半导体材料受机械应变时，其电阻值随几何尺寸（长度、截面积）和电阻率变化而改变。灵敏度差异：半导体应变片的灵敏度（约100~200）远高于金属应变片（约2）。原因：金属应变片的电阻变化主要由几何尺寸变化引起；半导体应变片的电阻变化主要由压阻效应（电阻率变化）引起，其电阻率变化率远大于几何尺寸变化率。2.工作原理：当金属导体靠近通有高频交变电流的线圈时，导体表面会产生涡流，涡流与原磁场相互作用改变线圈的电感量（或阻抗），通过检测电感量变化实现对被测对象（如位移、厚度、裂纹）的测量。应用场景：金属材料的无损探伤、零件厚度测量、轴振动监测、转速测量（如齿轮齿数计数）。3.必要性：热电偶的热电势仅与两端温度差有关，而分度表以冷端0℃为基准。若冷端温度不为0℃，实测热电势需修正，否则会引入测量误差。补偿方法：①冷端恒温法（将冷端置于0℃恒温槽）；②电桥补偿法（利用不平衡电桥产生的电压抵消冷端温度变化的影响）；③软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，利用分度表查表修正）。4.互补性分析：激光雷达：探测精度高（毫米级）、分辨率高，但受雨雾天气影响大（衰减严重），探测距离一般（约200m）。毫米波雷达：穿透性强（雨雾、灰尘影响小），探测距离远（200~300m），但分辨率较低（分米级），难以识别小目标。摄像头：可获取丰富视觉信息（颜色、标识），但依赖光照条件（夜间/强光下失效），测距精度低。三者互补：激光雷达提供高精度三维点云，毫米波雷达保障复杂天气下的远距探测，摄像头补充视觉语义信息，共同实现全天候、多维度的环境感知。5.设计方案（示例）：①传感器类型：选择电磁式流量传感器（适用于导电液体）。②工作原理：基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中流动切割磁感线，产生感应电动势\(E=KBdv\)（\(K\)为常数，\(B\)为磁感应强度，\(d\)为管道内径，\(v\)为流速），通过测量电动势计算流量\(Q=v\cdot\frac{\pid^2}{4}\)。③关键参数：被测液体电导率（需＞5μS/cm）、流速范围（0.5~10m/s）、液体温度（传感器材质需耐温）、管道口径（影响传感器尺寸）。五、应用题1.（1）\(\DeltaR=KR_0\varepsilon=2.0\times120\times1000\times10^{6}=0.24\Omega\)；（2）单臂电桥输出\(U_o=\frac{U}{4}\cdot\frac{\DeltaR}{R_0}=\frac{5}{4}\times\frac{0.24}{120}=0.0025V=2.5mV\)。2.（1）\(Q=S_a\timesa=10pC/g\times2g=20pC\)；（2）\(U_o=Q\timesS_c=20pC\times0.1mV/pC=2mV\)；（3）不适用。被测信号频率（1Hz）低于传感器工作频率下限（10Hz），此时传感器的灵敏度显著下降，无法准确测量低频加速度。3.（1）查表得热电势12.209mV对应温度为300℃（冷端已补偿，直接查表）。（2）未补偿时，冷端温度30℃对应的热电势为1.203mV，实测总热电势为\(E_{热端30℃}=E_{热端0℃}E_{30℃0℃}\)。若仪表误将冷端视为0℃，则显示热电势为\(E_{显示}=E_{热端30℃}=12.209mV\)，查表得显示温度为\(T_{显示}\)满足\(E(T_{显示},0)=12.209mV\)，对应300℃；而实际热端温度\(T_{实际}\)满足\(E(T_{实际},30℃)=12.209mV\)，即\(E(T_{实际},0)=12.209mV+1.203mV=13.412mV\)。查表：300℃对应12.209mV，400℃对应16.327mV，插值计算\(T_{实际}=300+\frac{13.41212.209}{16.32712.209}\times100≈329.2℃\)。误差为\(329.2℃