2025年傳感器考試題庫附答案一、單項選擇題（每題2分，共40分）1.以下關(guān)于傳感器的定義，正確的是（）A.傳感器是將電信號轉(zhuǎn)換為非電信號的裝置B.傳感器是能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置C.傳感器僅用于物理量測量D.傳感器的輸出信號只能是電壓信號答案：B解析：傳感器的核心定義是“能感受被測量（非電或電）并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為可用輸出信號（通常為電信號）的器件或裝置”，A選項方向錯誤，C選項忽略化學(xué)、生物量測量，D選項輸出信號還可以是電流、頻率等。2.電阻應(yīng)變片的工作原理基于（）A.壓電效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)C.應(yīng)變效應(yīng)D.熱電效應(yīng)答案：C解析：電阻應(yīng)變片利用金屬導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”（ΔR/R≈Kε，K為靈敏度系數(shù)，ε為應(yīng)變），壓阻效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的特性（如半導(dǎo)體應(yīng)變片），壓電效應(yīng)對應(yīng)壓電傳感器，熱電效應(yīng)對應(yīng)熱電偶。3.電感式傳感器不能直接測量的物理量是（）A.位移B.振動C.壓力D.溫度答案：D解析：電感式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，通過自感或互感變化測量位移、振動、壓力（通過彈性元件轉(zhuǎn)換為位移），溫度需通過熱電阻或熱電偶測量。4.變極距型電容傳感器的靈敏度與極距（）A.成正比B.成反比C.成平方反比D.無關(guān)答案：C解析：變極距型電容公式C=εA/d，靈敏度S=dC/dd=-εA/d2，與d2成反比，因此靈敏度隨d減小而急劇增加，但線性度變差。5.壓電式傳感器適合測量（）A.靜態(tài)力B.動態(tài)力C.恒定壓力D.直流信號答案：B解析：壓電傳感器利用正壓電效應(yīng)（機(jī)械力→電荷），其等效電路為高內(nèi)阻電壓源+電容，靜態(tài)力會導(dǎo)致電荷泄漏，無法長期保持，因此適合動態(tài)測量（如振動、沖擊）。6.霍爾傳感器的霍爾電壓與（）無關(guān)A.激勵電流B.磁感應(yīng)強(qiáng)度C.載流子濃度D.傳感器厚度答案：D解析：霍爾電壓公式為UH=KHIB（KH=1/(nq)為霍爾系數(shù)，n為載流子濃度，q為電子電荷量），與厚度無關(guān)（若考慮厚度d，公式為UH=IB/(nqd)，此時與d成反比，但題目選項中未明確厚度是否影響，通?；A(chǔ)題中霍爾電壓與厚度無關(guān)）。7.光電效應(yīng)中，外光電效應(yīng)對應(yīng)的器件是（）A.光敏電阻B.光電池C.光電二極管D.光電倍增管答案：D解析：外光電效應(yīng)（光子→電子逸出）對應(yīng)光電管、光電倍增管；內(nèi)光電效應(yīng)（光子→載流子濃度變化）對應(yīng)光敏電阻（光電導(dǎo)效應(yīng)）、光電池和光電二極管（光生伏特效應(yīng)）。8.熱電偶的熱電勢由（）組成A.接觸電勢和溫差電勢B.接觸電勢C.溫差電勢D.感應(yīng)電勢答案：A解析：熱電勢包括兩種：兩種導(dǎo)體接觸產(chǎn)生的接觸電勢（與材料和接點溫度有關(guān)），同一導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的溫差電勢（與材料和溫度梯度有關(guān)）。9.以下傳感器中，屬于數(shù)字式傳感器的是（）A.電阻應(yīng)變片B.編碼器C.熱電偶D.電感式位移傳感器答案：B解析：編碼器直接輸出數(shù)字信號（如脈沖數(shù)或二進(jìn)制碼），其他選項輸出模擬信號（電壓、電阻、熱電勢）。10.傳感器的線性度是指（）A.輸出與輸入之間的實際曲線與理想直線的最大偏差與滿量程輸出的百分比B.傳感器在輸入量變化時輸出的穩(wěn)定程度C.傳感器對輸入量變化的反應(yīng)能力D.傳感器在相同條件下多次測量同一量時輸出的一致程度答案：A解析：線性度（非線性誤差）定義為實際特性曲線與擬合直線的最大偏差ΔLmax與滿量程輸出YFS的百分比：δL=(ΔLmax/YFS)×100%。11.為減小變極距型電容傳感器的非線性誤差，可采取的措施是（）A.增大初始極距B.減小初始極距C.采用差動結(jié)構(gòu)D.增加極板面積答案：C解析：差動結(jié)構(gòu)中，一個電容增大時另一個減小，非線性誤差可降低一個數(shù)量級（原誤差約為Δd/d0的平方項，差動后為Δd/d0的一次項）。12.磁電式傳感器基于（）A.電磁感應(yīng)定律B.霍爾效應(yīng)C.壓電效應(yīng)D.壓阻效應(yīng)答案：A解析：磁電式傳感器利用導(dǎo)體在磁場中運動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（E=Blv），直接應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律。13.以下哪項不是傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)（）A.靈敏度B.頻率響應(yīng)C.重復(fù)性D.遲滯答案：B解析：靜態(tài)特性指標(biāo)包括靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、漂移等；頻率響應(yīng)屬于動態(tài)特性。14.半導(dǎo)體氣敏傳感器的工作原理是（）A.氣體分子吸附改變半導(dǎo)體電導(dǎo)率B.氣體分子與傳感器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電勢C.氣體壓力改變傳感器電容D.氣體溫度改變傳感器電阻答案：A解析：半導(dǎo)體氣敏傳感器（如SnO?）表面吸附氣體分子后，載流子濃度變化，導(dǎo)致電導(dǎo)率改變，屬于表面吸附-電導(dǎo)率調(diào)制機(jī)制。15.光纖傳感器的主要優(yōu)點不包括（）A.抗電磁干擾B.耐高溫C.傳輸距離短D.靈敏度高答案：C解析：光纖傳感器利用光信號傳輸，抗電磁干擾、耐高溫（無金屬）、靈敏度高，且光纖傳輸距離遠(yuǎn)（可達(dá)數(shù)十公里）。16.熱電阻傳感器常用的材料是（）A.銅和鉑B.鎳和金C.銀和鋁D.碳和硅答案：A解析：工業(yè)常用熱電阻為鉑電阻（Pt100、Pt10）和銅電阻（Cu50、Cu100），鉑穩(wěn)定性好，銅成本低但溫度范圍窄（-50~150℃）。17.以下哪種傳感器可用于非接觸式測量（）A.電阻應(yīng)變片B.電渦流傳感器C.電感式位移傳感器D.熱電偶答案：B解析：電渦流傳感器利用金屬導(dǎo)體在交變磁場中的電渦流效應(yīng)，可非接觸測量位移、厚度、振動等；其他選項需接觸被測對象。18.傳感器的分辨率是指（）A.傳感器能檢測到的最小輸入變化量B.傳感器輸出變化量與輸入變化量的比值C.傳感器在滿量程內(nèi)的最大誤差D.傳感器對干擾信號的抑制能力答案：A解析：分辨率是傳感器能檢測到的最小輸入增量，通常用滿量程的百分比表示（如0.1%FS）。19.以下關(guān)于壓阻式傳感器的描述，錯誤的是（）A.基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)B.靈敏度比金屬應(yīng)變片高C.溫度穩(wěn)定性好D.常用于壓力測量答案：C解析：壓阻式傳感器（如硅壓阻式壓力傳感器）靈敏度高（是金屬應(yīng)變片的50~100倍），但溫度系數(shù)大，需溫度補(bǔ)償，因此溫度穩(wěn)定性較差。20.超聲波傳感器的工作頻率通常為（）A.低于20HzB.20Hz~20kHzC.20kHz~10MHzD.高于10GHz答案：C解析：超聲波是頻率高于20kHz的機(jī)械波，工業(yè)用超聲波傳感器頻率多為20kHz~10MHz（高頻用于高精度測量，低頻用于遠(yuǎn)距離檢測）。二、填空題（每空1分，共30分）1.傳感器一般由______、______和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。答案：敏感元件；轉(zhuǎn)換元件2.電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K定義為______，其物理意義是______。答案：單位應(yīng)變引起的電阻相對變化（ΔR/R)/ε；應(yīng)變片對應(yīng)變的敏感程度3.電感式傳感器分為______式、______式和渦流式三種類型。答案：自感（變磁阻）；互感（差動變壓器）4.電容式傳感器的三種基本類型是______、______和變介電常數(shù)型。答案：變極距型；變面積型5.壓電材料分為______、______和高分子壓電材料三類。答案：壓電晶體（如石英）；壓電陶瓷（如PZT）6.霍爾傳感器的誤差主要包括______、______和溫度誤差。答案：不等位電勢；寄生直流電勢7.光電傳感器的組成包括______、______和光電元件三部分。答案：光源；光學(xué)通路8.熱電偶的基本定律包括______、______和中間溫度定律。答案：均質(zhì)導(dǎo)體定律；中間導(dǎo)體定律9.數(shù)字式傳感器的輸出形式主要有______、______和頻率輸出。答案：編碼輸出（如二進(jìn)制碼）；脈沖輸出10.傳感器的動態(tài)特性指標(biāo)包括______、______和相位誤差。答案：上升時間；通頻帶（或固有頻率）11.氣敏傳感器按材料分為______、______和固體電解質(zhì)氣敏傳感器。答案：半導(dǎo)體氣敏傳感器；接觸燃燒式氣敏傳感器12.光纖的結(jié)構(gòu)由______、______和涂覆層組成。答案：纖芯；包層13.熱電阻的測量電路常用______，其作用是______。答案：電橋電路（或三線制/四線制）；減小導(dǎo)線電阻的影響14.電渦流傳感器的工作原理基于______和______效應(yīng)。答案：電磁感應(yīng)；渦流15.濕度傳感器分為______和______兩大類。答案：電阻式；電容式三、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述電阻應(yīng)變片的溫度誤差及其補(bǔ)償方法。答案：溫度誤差是由于環(huán)境溫度變化導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化（熱阻效應(yīng)）和試件與應(yīng)變片熱膨脹系數(shù)不同（熱應(yīng)變）引起的。補(bǔ)償方法：①橋路補(bǔ)償法（采用補(bǔ)償片與工作片接在電橋相鄰臂）；②溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片（通過選擇特定敏感柵材料和熱膨脹系數(shù)匹配的試件）；③電路補(bǔ)償（如在測量電路中加入溫度敏感元件調(diào)節(jié)電橋平衡）。2.比較變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型電容傳感器的優(yōu)缺點。答案：變極距型：靈敏度高（與d2成反比），但線性差（非線性誤差大），適用于小位移測量（Δd/d0<10%）；變面積型：線性好（輸出與位移成線性關(guān)系），但靈敏度較低（與極板長度或角度成正比），適用于較大線位移或角位移；變介電常數(shù)型：靈敏度取決于介電常數(shù)變化，常用于測量液體或氣體的液位、厚度或成分（如油位傳感器）。3.壓電式傳感器為何需要電荷放大器？答案：壓電傳感器的等效輸出為電荷Q=dF（d為壓電常數(shù)，F(xiàn)為力），其內(nèi)阻極高（約1012~101?Ω），若直接接電壓放大器，輸入阻抗低會導(dǎo)致電荷泄漏，輸出電壓迅速衰減。電荷放大器是一種高輸入阻抗的運算放大器電路，其輸出電壓與輸入電荷成正比（UO=-Q/Cf，Cf為反饋電容），可避免電荷泄漏，適合遠(yuǎn)距離傳輸和動態(tài)測量。4.說明霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用原理。答案：在被測旋轉(zhuǎn)體上安裝磁鋼（或齒槽），霍爾傳感器固定在附近。當(dāng)磁鋼隨旋轉(zhuǎn)體經(jīng)過霍爾傳感器時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B周期性變化，霍爾電壓UH=KHIB也隨之周期性變化，輸出方波信號。通過測量方波頻率f，結(jié)合旋轉(zhuǎn)體上的磁鋼數(shù)N，可計算轉(zhuǎn)速n=60f/N（單位：轉(zhuǎn)/分鐘）。5.簡述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)谋匾约俺Ｓ梅椒ā４鸢福簾犭娕嫉臒犭妱輧H與熱端（測量端）和冷端（參考端）的溫差有關(guān)，若冷端溫度不為0℃，需補(bǔ)償以保證測量準(zhǔn)確性。常用方法：①冷端恒溫法（將冷端置于0℃恒溫槽）；②冷端溫度修正法（測量冷端溫度t0，按公式E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)修正）；③補(bǔ)償電橋法（在電橋中接入熱電阻，利用電橋輸出電壓抵消冷端溫度變化的影響）；④集成溫度傳感器補(bǔ)償（如用AD590測量冷端溫度，通過單片機(jī)軟件修正）。6.分析電感式差動變壓器（LVDT）的工作原理及輸出特性。答案：LVDT由初級線圈、兩個次級線圈（反相串聯(lián)）和可動鐵芯組成。初級線圈通交變電流產(chǎn)生交變磁場，鐵芯移動時，兩個次級線圈的互感變化：鐵芯在中間位置（零點）時，兩次級感應(yīng)電勢大小相等、相位相反，輸出電壓為0；鐵芯上移時，上次級互感增大，下次級減小，輸出電壓相位為正；鐵芯下移時，輸出電壓相位為負(fù)。輸出電壓的幅值與鐵芯位移成正比，相位反映位移方向，因此LVDT可實現(xiàn)位移的線性測量（線性范圍約±2.5mm~±500mm）。四、計算題（每題8分，共16分）1.某電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K=2.0，初始電阻R0=120Ω，粘貼在彈性模量E=2×1011Pa的鋼試件上。當(dāng)試件受拉應(yīng)力σ=1×10?Pa時，求應(yīng)變片的電阻變化ΔR及相對變化率ΔR/R。（應(yīng)變ε=σ/E）解：應(yīng)變ε=σ/E=1×10?Pa/2×1011Pa=5×10??（50με）相對電阻變化率ΔR/R=Kε=2.0×5×10??=1×10??（0.01%）電阻變化ΔR=R0×ΔR/R=120Ω×1×10??=0.012Ω答案：ΔR=0.012Ω，ΔR/R=0.01%2.一熱電偶的熱電勢E(100℃,0℃)=4.095mV，E(200℃,0℃)=8.137mV，E(300℃,0℃)=12.209mV。若冷端溫度為50℃，熱端溫度為300℃，求實際測量的熱電勢E(300℃,50℃)。解：根據(jù)中間溫度定律，E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)已知t=300℃，t0=50℃，需先求E(50℃,0℃)。假設(shè)熱電勢與溫度近似線性（實際需查表），但題目未給50℃數(shù)據(jù)，可通過線性插值計算：E(100℃,0℃)=4.095mV，E(0℃,0℃)=0mV，因此每10℃熱電勢約為4.095mV/10=0.4095mV/℃（僅為近似，實際需精確值）。但更準(zhǔn)確的方法是利用已知數(shù)據(jù)：E(300℃,50℃)=E(300℃,0℃)-E(50℃,0℃)假設(shè)E(50℃,0℃)可通過100℃數(shù)據(jù)線性插值：50℃是100℃的一半，故E(50℃,0℃)=4.095mV×0.5=2.0475mV（實際K型熱電偶E(50℃,0℃)=2.023mV，此處按題目數(shù)據(jù)近似）。因此E(300℃,50℃)=12.209mV-2.0475mV≈10.1615mV答案：約10.16mV（注：實際精確值需查表，此處為計算示例）五、綜合分析題（每題12分，共24分）1.設(shè)計一個基于傳感器的汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS），需說明：（1）傳感器類型選擇及理由；（2）信號傳輸與處理方案；（3）關(guān)鍵性能指標(biāo)要求。答案：（1）傳感器類型：選擇壓阻式壓力傳感器（如MEMS硅壓阻傳感器）和溫度傳感器（如集成式PT1000）。理由：壓阻式傳感器體積小、靈敏度高（適合輪胎內(nèi)狹小空間），MEMS工藝成本低；溫度傳感器用于補(bǔ)償壓力測量的溫度誤差（胎壓與溫度正相關(guān)）。（2）信號傳輸與處理：每個輪胎內(nèi)置傳感器模塊（壓力+溫度+加速度計），加速度計檢測輪胎是否轉(zhuǎn)動（區(qū)分靜止和行駛狀態(tài)）。傳感器通過低功耗藍(lán)牙（BLE）或