2025年传感器试题题库及答案(可下载)

2025年传感器试题题库及答案(可下载)一、单项选择题（每题2分，共30分）1.传感器的核心功能是：A.信号放大B.将非电物理量转换为电信号C.数据存储D.无线传输2.以下哪种效应是电阻应变片工作的物理基础？A.压电效应B.压阻效应C.应变电阻效应D.霍尔效应3.电容式传感器的电容计算公式为\(C=\frac{\varepsilonA}{d}\)，其中\(\varepsilon\)表示：A.极板面积B.极板间距C.介质介电常数D.真空介电常数4.压电式传感器不能用于静态测量的主要原因是：A.压电材料静态下不产生电荷B.电荷易泄漏，无法长期保存C.灵敏度随时间下降D.输出信号频率响应低5.以下哪种材料常用于制作热电阻？A.石英B.铂C.压电陶瓷D.半导体硅6.霍尔传感器的输出电压与以下哪个参数成正比？A.磁场强度B.温度C.光照强度D.压力7.电感式传感器中，变气隙型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8.光电式传感器中，光敏二极管在工作时通常施加：A.正向偏置电压B.反向偏置电压C.零偏置电压D.交流电压9.以下哪项不是传感器静态特性指标？A.线性度B.灵敏度C.固有频率D.迟滞10.压阻式压力传感器的核心元件是：A.金属应变片B.半导体应变薄膜C.电容极板D.压电晶片11.用于测量大位移（如1米以上）的传感器通常选择：A.变气隙型电感传感器B.变面积型电容传感器C.光栅传感器D.压电式传感器12.热电偶的热电势由哪两部分组成？A.接触电势和温差电势B.应变电势和压电势C.霍尔电势和磁阻电势D.光电势和热电势13.以下哪种传感器属于能量控制型（无源型）？A.热电偶B.压电式加速度计C.电感式位移传感器D.光电池14.传感器的分辨率是指：A.输出量的最大值与最小值之比B.能检测到的最小输入变化量C.输出信号的信噪比D.测量范围的上限与下限之差15.气体传感器中，MQ2型传感器主要用于检测：A.氧气B.甲烷C.二氧化碳D.氮气二、多项选择题（每题3分，共30分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于传感器动态特性指标的有：A.上升时间B.幅频特性C.线性度D.相位频特性2.电阻应变片的主要参数包括：A.灵敏系数B.初始电阻值C.工作温度范围D.极板间距3.电容式传感器的优点包括：A.温度稳定性好B.动态响应快C.结构简单D.易受寄生电容干扰4.压电材料可分为：A.压电晶体（如石英）B.压电陶瓷（如PZT）C.半导体压电材料D.高分子压电材料5.热电阻传感器的常见类型有：A.铂热电阻（Pt100）B.铜热电阻（Cu50）C.半导体热敏电阻D.热电偶6.光电式传感器按工作原理可分为：A.光电效应型（如光敏二极管）B.光导型（如光敏电阻）C.光电池型（如硅光电池）D.干涉型（如激光位移传感器）7.电感式传感器的主要类型包括：A.变气隙型B.变面积型C.螺管型D.差动变压器型8.传感器信号调理电路通常包括：A.电桥电路B.放大电路C.滤波电路D.数模转换电路9.以下哪些场景适合使用压电式传感器？A.汽车碰撞加速度测量B.静态称重C.发动机振动监测D.血压测量10.影响传感器精度的因素包括：A.环境温度变化B.电磁干扰C.传感器自身非线性D.被测信号频率三、填空题（每空1分，共20分）1.传感器一般由敏感元件、________和转换电路三部分组成。2.电阻应变片的灵敏系数\(K\)定义为\(K=\frac{\DeltaR/R}{\varepsilon}\)，其中\(\varepsilon\)表示________。3.电容式传感器按参数变化方式可分为变极距型、变面积型和________三种。4.压电效应分为正压电效应和________，前者是机械能转电能，后者是电能转机械能。5.热电阻的测量电路通常采用________电桥，以减小导线电阻的影响。6.霍尔传感器的输出电压公式为\(U_H=\frac{K_HIB}{\cos\theta}\)，其中\(K_H\)是________。7.电感式传感器中，差动变压器型的输出是两个次级线圈的________电压。8.光敏电阻的工作原理基于________效应，光照越强，电阻值越________。9.热电偶的冷端补偿方法包括冰浴法、________和电桥补偿法。10.传感器的静态特性中，________是指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。11.压阻式传感器的工作原理基于半导体的________效应，其灵敏度比金属应变片________（填“高”或“低”）。12.气体传感器中，催化燃烧式传感器主要用于检测________气体（如甲烷、氢气）。13.光栅传感器的测量原理基于________现象，通过计数莫尔条纹的移动数量来确定位移量。14.超声波传感器利用超声波的________特性实现距离测量，常见于倒车雷达。四、简答题（共20分）（一）封闭型简答题（每题4分，共12分）1.简述电感式传感器的工作原理及主要应用场景。2.说明热电偶的工作条件（塞贝克效应的前提）。3.比较变极距型与变面积型电容式传感器的灵敏度和量程特点。（二）开放型简答题（每题8分，共8分）4.某工业场景需要测量010MPa的液压系统压力，可选传感器有应变式压力传感器和压阻式压力传感器。请分析两种传感器的适用性，给出选择建议并说明理由。五、应用题（共30分）（一）计算题（10分）1.某电阻应变片的初始电阻\(R=120\Omega\)，灵敏系数\(K=2.0\)。当被测构件产生\(\varepsilon=500\mu\varepsilon\)（\(1\mu\varepsilon=1\times10^{6}\)）的应变时，求应变片的电阻变化量\(\DeltaR\)。若采用单臂电桥（电源电压\(U=5V\)），求电桥输出电压\(U_o\)（电桥初始平衡，忽略非线性误差）。（二）分析题（10分）2.设计一个基于光电式传感器的自动门控制系统，要求：当有人接近门1米内时，门自动开启；无人时关闭。请画出系统结构框图，并说明各部分的功能及工作流程。（三）综合题（10分）3.某精密机床需要实时监测刀具的微小位移（范围01mm，精度要求±1μm）。现有三种传感器可选：变气隙型电感传感器（量程02mm，精度±5μm）电容式传感器（量程01.5mm，精度±0.5μm）激光位移传感器（量程05mm，精度±0.1μm）请分析三种传感器的适用性，推荐最优方案并说明理由。答案及解析一、单项选择题1.B（传感器的核心是实现非电物理量到电信号的转换）2.C（电阻应变片基于应变引起的电阻变化，即应变电阻效应；压阻效应是半导体的特性）3.C（公式中\(\varepsilon\)为介质介电常数，\(A\)为极板面积，\(d\)为极板间距）4.B（压电式传感器输出为电荷，静态下电荷易通过测量电路泄漏，无法稳定输出）5.B（铂、铜是常用热电阻材料；石英用于压电传感器，半导体硅用于压阻传感器）6.A（霍尔电压\(U_H=K_HIB\)，与磁场强度\(B\)成正比）7.D（变气隙型灵敏度\(K\propto1/d_0^2\)，初始气隙\(d_0\)越小，灵敏度越高）8.B（光敏二极管工作于反向偏置，光照下反向电流增大）9.C（固有频率是动态特性指标；线性度、灵敏度、迟滞是静态特性）10.B（压阻式传感器利用半导体薄膜的压阻效应）11.C（光栅传感器量程大，精度高，适合大位移测量；变气隙型量程小）12.A（热电偶热电势由两种导体的接触电势和同一导体的温差电势组成）13.C（电感式传感器需外部电源激励，属于能量控制型；热电偶、压电式、光电池为能量转换型）14.B（分辨率是能检测的最小输入变化量；测量范围是上限与下限之差）15.B（MQ2主要检测可燃气体，如甲烷、液化气）二、多项选择题1.ABD（线性度是静态特性；上升时间、幅频/相频特性是动态特性）2.ABC（极板间距是电容传感器参数）3.ABC（易受寄生电容干扰是缺点）4.ABD（半导体无压电效应，压电材料主要为晶体、陶瓷、高分子）5.ABC（热电偶是热电式传感器，非热电阻）6.ABCD（干涉型如激光位移传感器也属于光电式）7.ABCD（四种均为电感式传感器类型）8.ABC（数模转换属于信号处理，非调理电路）9.AC（压电式适合动态测量，如碰撞加速度、振动；静态称重需压阻或应变式）10.ABCD（温度、干扰、非线性、频率均会影响精度）三、填空题1.转换元件2.应变（或线应变）3.变介质型4.逆压电效应5.三线制（或恒流源）6.霍尔灵敏度系数7.差动（或差值）8.内光电；小9.补偿导线法（或温度补偿法）10.线性度11.压阻；高12.可燃13.莫尔条纹14.反射四、简答题（一）封闭型1.工作原理：利用电磁感应原理，被测物理量（如位移）引起线圈电感或互感变化，通过测量电感变化量实现检测。应用场景：位移测量（如机床刀具定位）、振动监测（如发动机振动）、尺寸检测（如零件厚度）。2.热电偶工作条件：①由两种不同材料的导体（或半导体）组成闭合回路；②两接点处温度不同（存在温差）；③材料需具有稳定的热电特性。3.变极距型：灵敏度高（\(K\propto1/d_0^2\)），但量程小（\(\Deltad\lld_0\)，通常<10%\(d_0\)）；变面积型：灵敏度较低（\(K\propto1/d_0\)），但量程大（可测较大线位移或角位移）。（二）开放型4.应变式压力传感器：基于金属应变片的应变电阻效应，线性度好（0.1%0.5%FS），抗过载能力强（量程可达几十MPa），适用于中高压测量；但灵敏度较低（约2mV/V），需高精度放大电路。压阻式压力传感器：基于半导体压阻效应，灵敏度高（10100倍于应变式），体积小；但温度漂移大（需温度补偿），量程通常020MPa，适合高精度、小体积场景。选择建议：液压系统压力010MPa，若需高精度（如0.1%FS）且空间有限，选压阻式（需温度补偿）；若环境温度变化大（如40℃~85℃），优先选应变式（温度稳定性更好）。五、应用题（一）计算题1.电阻变化量\(\DeltaR=K\cdotR\cdot\varepsilon=2.0\times120\Omega\times500\times10^{6}=0.12\Omega\)。单臂电桥输出电压\(U_o=\frac{U}{4}\cdot\frac{\DeltaR}{R}=\frac{5V}{4}\times\frac{0.12}{120}=0.00125V=1.25mV\)。（二）分析题2.系统结构框图：光电传感器（发射/接收模块）→信号调理电路（放大、滤波）→控制器（单片机）→驱动电路（电机）→自动门。工作流程：①发射模块发射红外光（或激光），接收模块检测反射光；②当有人接近（距离<1米），反射光强度增强，接收模块输出电信号；③信号调理电路放大并滤波，去除干扰；④控制器判断信号超过阈值后，输出控制指令；⑤驱动电路驱动电机开门，延时后自动关闭（无人