2025电子技术传感器考试题及答案

2025电子技术传感器考试题及答案一、单项选择题（共10题，每题2分，共20分）1.以下传感器中，属于能量转换型（自发电型）的是：A.电阻应变片B.压电式加速度传感器C.电感式位移传感器D.电容式压力传感器2.衡量传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，输出输入特性曲线不一致程度的指标是：A.线性度B.灵敏度C.迟滞D.重复性3.热电偶的热电势大小仅与：A.热端温度有关B.冷端温度有关C.热端和冷端的温度差有关D.热电极的材料长度有关4.压阻式传感器的工作原理基于：A.金属的应变效应B.半导体的压阻效应C.电介质的压电效应D.导体的电感变化效应5.下列哪类传感器最适合测量微小位移（如0.1μm级）？A.电感式变气隙传感器B.电容式变极距传感器C.电阻应变式传感器D.热电偶6.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7.热电阻传感器中，铂电阻（Pt100）的主要优点是：A.价格低廉B.测量范围宽（200℃~850℃）C.非线性严重D.体积大8.涡流式电感传感器利用的物理效应是：A.压电效应B.霍尔效应C.电涡流效应D.光电效应9.为了减小电容式传感器的非线性误差，实际应用中常采用：A.单极式结构B.差动式结构C.变面积式结构D.变介电常数式结构10.以下不属于传感器动态特性指标的是：A.时间常数B.固有频率C.线性度D.超调量二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。错选、漏选均不得分）1.以下属于传感器静态特性指标的有：A.灵敏度B.频率响应C.线性度D.迟滞2.压电式传感器常用的测量电路包括：A.电压放大器B.电荷放大器C.电桥电路D.积分电路3.红外传感器按探测原理可分为：A.光子型B.热释电型C.电容型D.电感型4.电阻应变片的温度误差补偿方法包括：A.电桥补偿法（温度自补偿片）B.应变片线路补偿法（双片并联）C.热敏电阻补偿法D.恒流源供电补偿法5.关于霍尔传感器，以下描述正确的是：A.基于霍尔效应，输出电压与磁感应强度成正比B.可用于测量电流、位移、转速C.需施加恒定电流或电压D.温度稳定性差，需温度补偿三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.传感器一般由______、______和转换电路三部分组成。2.应变片的灵敏度系数K定义为______与______的比值。3.电容式传感器的三种基本类型是______、变面积式和变介电常数式。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.压电材料分为压电晶体（如石英）和______（如PZT陶瓷）两类。6.光电效应分为外光电效应（如光电管）、______（如光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池）。7.热电阻传感器中，铜电阻（Cu50）的测量范围通常为______。8.电感式传感器的主要类型包括变气隙式、______和涡流式。9.为了抑制共模干扰，传感器信号调理电路常采用______放大器。10.传感器的分辨力是指能检测到的______输入量变化。四、简答题（共5题，第13题为封闭型，第45题为开放型，每题8分，共40分）1.简述电感式传感器的工作原理及主要类型。2.为什么压电式传感器通常不适合测量静态或低频信号？3.说明热电偶冷端温度补偿的必要性及常用补偿方法（至少列举3种）。4.设计一个基于光敏电阻的光照强度检测系统，需说明关键部件及信号处理流程（从传感器输出到数字显示）。5.比较电阻应变片（金属）与压阻式传感器（半导体）的优缺点。五、应用题（共3题，第1题为计算题，第2题为分析题，第3题为综合设计题，共25分）1.（计算）某金属应变片的灵敏度系数K=2.0，初始电阻R₀=120Ω，当承受轴向应变为ε=3000με（1με=10⁻⁶）时，求：（1）电阻变化量ΔR；（2）若将该应变片接入单臂电桥（电源电压U=5V，其余桥臂为固定电阻），求电桥输出电压U₀（电桥灵敏度S=U/4R₀）。2.（分析）电容式传感器采用差动结构相比单极式结构有哪些优势？结合公式说明（假设初始电容C₀=εA/d，单极式Δd引起的ΔC₁=C₀(1/(dΔd)1/d)，差动式ΔC₂=C₀(1/(dΔd)1/(d+Δd))）。3.（综合设计）设计一个基于热电偶的高温炉温度控制系统（控制范围800℃~1200℃），要求：（1）选择合适的热电偶类型（需说明分度号及适用温度范围）；（2）设计信号调理电路（包括冷端补偿、放大、滤波）；（3）提出抗干扰措施（至少3项）。2025年电子技术传感器考试答案一、单项选择题1.B（压电式传感器通过机械能→电能转换，无需外部电源）2.C（迟滞描述正反向输入时输出的不一致性）3.C（热电势由热端与冷端的温差决定）4.B（压阻式基于半导体材料的电阻率随应力变化）5.B（电容式变极距传感器灵敏度高，可测微小位移）6.B（光敏二极管反向偏置时，光电流与光照强度成正比）7.B（Pt100测量范围宽，精度高）8.C（涡流式传感器利用金属导体中的电涡流效应）9.B（差动结构可抵消非线性误差，提高灵敏度）10.C（线性度是静态特性指标）二、多项选择题1.ACD（频率响应属于动态特性）2.AB（压电传感器输出电荷或电压，需电荷放大器或电压放大器）3.AB（红外传感器分为光子型和热释电型）4.AC（电桥补偿法和热敏电阻补偿法是常用温度补偿方法）5.ABCD（霍尔传感器需恒流/恒压供电，可测多种参数，需温度补偿）三、填空题1.敏感元件；转换元件2.电阻相对变化（ΔR/R）；应变（ε）3.变极距式4.中间温度定律5.压电陶瓷（或压电半导体）6.内光电效应7.50℃~150℃8.变面积式（或螺管式）9.差动（或仪表）10.最小四、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、压力）转换为电感量或互感量的变化。主要类型：①变气隙式（改变磁路气隙长度）；②变面积式（改变铁芯与线圈的覆盖面积）；③涡流式（利用金属导体的电涡流效应）；④互感式（如差动变压器，输出互感变化）。2.原因：压电式传感器的工作原理基于压电效应（机械能→电能），输出为电荷或电压信号。由于传感器本身存在漏电阻，电荷会通过测量电路缓慢泄漏，导致静态或低频信号（如恒定压力）下电荷无法积累，输出信号逐渐衰减至零，因此无法有效测量静态或低频信号。3.必要性：热电偶的热电势仅与热端和冷端的温差有关，而实际测量中冷端易受环境温度影响（如室温波动），若不补偿，会导致测量结果偏差。常用补偿方法：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集成芯片补偿（如MAX6675直接测量冷端温度并计算热电势）；④软件补偿法（通过温度传感器测量冷端温度，查表修正热电势）。4.关键部件：光敏电阻（如CdS光敏电阻，光照强度变化时电阻变化）、信号调理电路（包括电桥、放大器、A/D转换器）、微控制器（如STM32）、显示模块（LCD或LED）。信号处理流程：①光敏电阻接入电桥，光照变化引起电阻变化，电桥输出微弱电压信号；②电压信号经运算放大器（如OP07）放大至A/D转换器输入范围（如0~5V）；③A/D转换器（如ADC0809）将模拟信号转换为数字信号；④微控制器读取数字信号，通过校准曲线（光照强度与电压的对应关系）计算实际光照强度；⑤结果通过显示模块输出。5.电阻应变片（金属）：优点：温度稳定性好，线性度高，工艺成熟，成本低；缺点：灵敏度低（K≈2），适用于大应变测量（ε>1000με）。压阻式传感器（半导体）：优点：灵敏度高（K≈50~200），适用于微小应变测量（ε<1000με）；缺点：温度系数大（需严格温度补偿），非线性严重（需线性化处理），成本较高。五、应用题1.（1）ΔR=K·R₀·ε=2.0×120Ω×3000×10⁻⁶=0.72Ω；（2）电桥输出电压U₀=S·ΔR=(5V/4×120Ω)×0.72Ω=0.0075V（或7.5mV）。2.优势分析：①灵敏度提升：单极式ΔC₁≈C₀·Δd/d²（Δd<<d时近似），差动式ΔC₂≈2C₀·Δd/d²（Δd<<d时近似），差动结构灵敏度为单极式的2倍；②非线性减小：单极式ΔC/C₀≈Δd/d(Δd/d)²（二次项导致非线性），差动式ΔC/C₀≈2Δd/d（忽略高次项，线性度更好）；③抗干扰能力增强：差动结构可抵消共模干扰（如温度引起的极板膨胀），提高测量稳定性。3.（1）热电偶选型：选择K型（镍铬镍硅）热电偶，分度号K，适用温度范围200℃~1372℃，满足800℃~1200℃的测量需求，且成本低、线性度较好。（2）信号调理电路设计：①冷端补偿：采用MAX6675集成芯片，内部集成温度传感器测量冷端温度，自动计算并输出修正后的热电势；②放大电路：热电偶输出热电势约41μV/℃（K型），800℃~1200℃对应热电势32.8mV~49.2mV，需差分放大器（如AD620）放大至0~5