2025年高职机电一体化(传感器应用)试题及答案

2025年高职机电一体化(传感器应用)试题及答案2025年高职机电一体化专业《传感器应用》试题一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下哪种传感器属于无源传感器？A.热电偶B.压电式加速度传感器C.电阻应变片D.霍尔传感器2.金属电阻应变片的敏感栅材料通常选用：A.铜B.康铜C.镍铬合金D.铂3.电感式传感器中，输出特性线性度最好的是：A.变气隙式B.变面积式C.螺管式D.差动变气隙式4.电容式传感器测量微小位移时，最常用的转换电路是：A.电桥电路B.调频电路C.运算放大器电路D.脉冲调宽电路5.热电偶的热电势大小仅与：A.热电极材料和两端温度有关B.热电极长度和直径有关C.热电极材料和环境湿度有关D.热电极表面氧化程度有关6.以下哪种光电效应对应光敏电阻的工作原理？A.外光电效应B.内光电效应C.光生伏特效应D.光电导效应7.压阻式传感器的核心敏感元件是：A.金属应变片B.半导体应变片C.压电晶体D.电容极板8.测量滚动轴承振动时，最适合的传感器是：A.电感式位移传感器B.压电式加速度传感器C.热电偶D.光电编码器9.为消除热电偶参考端温度变化的影响，工业中常用的方法是：A.补偿导线法B.冰浴法C.计算修正法D.以上均是10.磁电式速度传感器的工作原理基于：A.电磁感应定律B.霍尔效应C.压电效应D.压阻效应11.气敏传感器检测甲烷浓度时，其输出信号通常为：A.电阻变化B.电压变化C.电流变化D.频率变化12.超声波传感器测量距离时，若声速为340m/s，发射到接收的时间差为2ms，则被测距离约为：A.0.34mB.0.68mC.1.36mD.3.4m13.光纤传感器中，用于位移测量的常用调制方式是：A.强度调制B.相位调制C.频率调制D.偏振调制14.数字式传感器的输出信号是：A.连续模拟量B.离散数字量C.脉冲信号D.频率信号15.湿度传感器的主要性能指标不包括：A.测量范围B.响应时间C.线性度D.居里温度二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分，错选、漏选均不得分）1.以下属于能量控制型传感器的有：A.电阻应变片B.电感式传感器C.热电偶D.电容式传感器2.电感式传感器的主要优点包括：A.结构简单B.灵敏度高C.线性范围大D.抗干扰能力强3.电容式传感器可测量的物理量有：A.位移B.压力C.湿度D.温度4.热电偶冷端补偿的常用方法有：A.补偿导线法B.冷端恒温法C.电桥补偿法D.软件修正法5.光电传感器按结构可分为：A.对射式B.反射式C.漫反射式D.光纤式6.压电传感器适用的测量场景包括：A.静态力测量B.动态力测量C.振动测量D.加速度测量7.气敏传感器的敏感材料通常有：A.金属氧化物半导体B.固体电解质C.有机高分子D.石英晶体8.超声波传感器的应用领域包括：A.距离测量B.厚度检测C.液位监测D.流量测量9.传感器静态特性的主要指标有：A.灵敏度B.线性度C.重复性D.固有频率10.数字式传感器的优点包括：A.抗干扰能力强B.便于计算机处理C.精度高D.成本低三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.电阻应变片的灵敏系数K定义为______与______的比值。2.电感式传感器中，差动结构可以提高______并减小______。3.电容式传感器的寄生电容会导致______和______下降。4.热电偶的基本定律包括均质导体定律、中间导体定律和______。5.光敏二极管在工作时通常施加______偏置电压，其反向电流随光照强度______。6.压电传感器的前置放大器有两种类型：______和______。7.霍尔传感器的输出电压与______、______和磁感应强度成正比。8.气敏传感器的“加热清洗”操作是为了______和______。9.超声波在空气中传播时，衰减程度与______和______有关。10.传感器的动态特性通常用______和______来描述。四、简答题（共4题，第12题每题6分，第34题每题8分，共28分）1.（封闭型）简述电感式传感器的工作原理，并说明差动结构的作用。2.（封闭型）比较热电偶与热电阻的异同点（从工作原理、材料、测量范围三方面）。3.（开放型）某工厂需监测液压油缸的活塞杆位移（量程0500mm，精度±0.5mm），请推荐两种适用的传感器，并说明选型依据。4.（开放型）分析光电传感器在自动生产线中常见的故障原因及排查方法。五、应用题（共3题，第1题10分，第2题12分，第3题14分，共36分）1.（计算类）某金属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=1500με时，求应变片的电阻变化量ΔR及相对变化量ΔR/R0。（1με=1×10⁻⁶）2.（分析类）某温度测量系统采用K型热电偶（分度号K，参考端温度T0=25℃），测得热电势E(T,T0)=36.0mV。查K型热电偶分度表（部分数据如下），计算被测温度T。K型热电偶分度表（参考端0℃，单位：mV）|温度(℃)|300|400|500|600|700|800||||||||||E(T,0)|12.207|16.395|20.640|24.905|29.128|33.275||温度(℃)|850|900|950|1000|1050|1100||E(T,0)|35.313|37.326|39.314|41.276|43.211|45.119|3.（综合类）设计一个基于传感器的储液罐液位检测系统（量程03m，液体为水，需输出420mA标准信号）。要求：（1）选择合适的传感器类型并说明理由；（2）画出系统组成框图（包含传感器、信号调理电路、转换电路、输出模块）；（3）简述信号调理的主要步骤（如放大、滤波、线性化等）。2025年高职机电一体化专业《传感器应用》试题答案一、单项选择题1.C2.B3.D4.C5.A6.D7.B8.B9.D10.A11.A12.A13.A14.B15.D二、多项选择题1.ABD2.AB3.ABCD4.ABCD5.ABCD6.BCD7.ABC8.ABCD9.ABC10.ABC三、填空题1.电阻相对变化量（ΔR/R）；应变（ε）2.灵敏度；非线性误差3.灵敏度；测量精度4.中间温度定律5.反向；增大6.电荷放大器；电压放大器7.激励电流；霍尔系数8.去除吸附的干扰气体；恢复灵敏度9.频率；传播距离10.阶跃响应；频率响应四、简答题1.工作原理：电感式传感器利用电磁感应原理，将被测位移等非电量转换为线圈自感或互感的变化，再通过测量电路转换为电信号。差动结构作用：①提高灵敏度（约为单线圈的2倍）；②减小非线性误差（利用特性曲线的对称性抵消二次项）；③抑制温漂等共模干扰。2.异同点：工作原理：热电偶基于塞贝克效应（两种不同材料的热电势）；热电阻基于金属或半导体的电阻随温度变化的特性。材料：热电偶常用材料为铂铑铂、镍铬镍硅等；热电阻常用铂、铜或半导体（如热敏电阻）。测量范围：热电偶适用于高温（200℃~1800℃）；热电阻适用于中低温（200℃~850℃）。3.推荐传感器及依据：①磁致伸缩位移传感器：量程0500mm满足要求，精度可达±0.05%FS（±0.25mm），非接触式测量，抗油污、振动能力强，适合液压油缸环境。②直线位移式电感传感器（LVDT）：量程通常0500mm，精度±0.1%FS（±0.5mm），结构简单，输出线性好，适合静态或低速位移测量。4.常见故障及排查：故障1：无输出信号。原因：电源故障、传感器损坏、光路遮挡（如灰尘、异物）。排查：检查电源电压；用万用表测输出端；清洁发射/接收窗口。故障2：误触发。原因：环境光干扰（如强日光）、背景反射（如高反光物体）。排查：调整传感器灵敏度；添加遮光罩；更换为对射式（替代漫反射式）。故障3：输出不稳定。原因：接线松动、电路干扰（如附近电机）。排查：检查接线端子；增加屏蔽线；远离强电磁设备。五、应用题1.计算过程：ΔR/R0=K·ε=2.0×1500×10⁻⁶=0.003ΔR=R0×(ΔR/R0)=120Ω×0.003=0.36Ω答案：ΔR=0.36Ω，ΔR/R0=0.3%2.温度计算步骤：（1）根据中间温度定律，E(T,0)=E(T,T0)+E(T0,0)。已知T0=25℃，需查E(25℃,0)的值（K型热电偶25℃时E≈1.000mV）。（2）总热电势E(T,0)=36.0mV+1.000mV=37.000mV。（3）查分度表，E=37.326mV对应900℃，E=35.313mV对应850℃。37.000mV介于850℃~900℃之间。（4）线性插值：(37.00035.313)/(37.32635.313)=1.687/2.013≈0.838。（5）被测温度T=850℃+0.838×50℃≈891.9℃（约892℃）。3.系统设计：（1）传感器选型：选择投入式液位传感器（压阻式）。理由：水的密度已知（1000kg/m³），通过测量液体静压力（P=ρgh）可换算液位；量程03m对应压力029.4kPa（P=1000×9.8×3），压阻式传感器精度高（±0.1%FS），输出信号易调理为420mA。（2）系统框图：投入式液位传感器→信号调理电路（放大、滤波）→