2025年傳感器考試題庫附答案一、單項(xiàng)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(hào)轉(zhuǎn)換為非電信號(hào)的裝置B.傳感器是能感受被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置C.傳感器僅用于物理量測(cè)量D.傳感器的輸出信號(hào)只能是電壓信號(hào)答案：B解析：傳感器的核心定義是“能感受被測(cè)量（非電或電）并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)（通常為電信號(hào)）的器件或裝置”，A選項(xiàng)方向錯(cuò)誤，C選項(xiàng)忽略化學(xué)、生物量測(cè)量，D選項(xiàng)輸出信號(hào)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(duì)應(yīng)壓電傳感器，熱電效應(yīng)對(duì)應(yīng)熱電偶。3.電感式傳感器不能直接測(cè)量的物理量是（）A.位移B.振動(dòng)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(cè)量位移、振動(dòng)、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(cè)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(cè)量（）A.靜態(tài)力B.動(dòng)態(tài)力C.恒定壓力D.直流信號(hào)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(huì)導(dǎo)致電荷泄漏，無法長(zhǎng)期保持，因此適合動(dòng)態(tài)測(cè)量（如振動(dòng)、沖擊）。6.霍爾傳感器的霍爾電壓與（）無關(guān)A.激勵(lì)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(shí)與d成反比，但題目選項(xiàng)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì)由（）組成A.接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)B.接觸電勢(shì)C.溫差電勢(shì)D.感應(yīng)電勢(shì)答案：A解析：熱電勢(shì)包括兩種：兩種導(dǎo)體接觸產(chǎn)生的接觸電勢(shì)（與材料和接點(diǎn)溫度有關(guān)），同一導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的溫差電勢(shì)（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(hào)（如脈沖數(shù)或二進(jìn)制碼），其他選項(xiàng)輸出模擬信號(hào)（電壓、電阻、熱電勢(shì)）。10.傳感器的線性度是指（）A.輸出與輸入之間的實(shí)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(shí)輸出的穩(wěn)定程度C.傳感器對(duì)輸入量變化的反應(yīng)能力D.傳感器在相同條件下多次測(cè)量同一量時(shí)輸出的一致程度答案：A解析：線性度（非線性誤差）定義為實(shí)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(dòng)結(jié)構(gòu)D.增加極板面積答案：C解析：差動(dòng)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)電容增大時(shí)另一個(gè)減小，非線性誤差可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)（原誤差約為Δd/d0的平方項(xiàng)，差動(dòng)后為Δd/d0的一次項(xiàng)）。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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（E=Blv），直接應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律。13.以下哪項(xiàng)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(dòng)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(shì)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(diǎn)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(hào)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(cè)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(chǎng)中的電渦流效應(yīng)，可非接觸測(cè)量位移、厚度、振動(dòng)等；其他選項(xiàng)需接觸被測(cè)對(duì)象。18.傳感器的分辨率是指（）A.傳感器能檢測(cè)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(duì)干擾信號(hào)的抑制能力答案：A解析：分辨率是傳感器能檢測(cè)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(cuò)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(cè)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(cè)量，低頻用于遠(yuǎn)距離檢測(cè)）。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：?jiǎn)挝粦?yīng)變引起的電阻相對(duì)變化（ΔR/R)/ε；應(yīng)變片對(duì)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(dòng)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(shì)；寄生直流電勢(shì)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(dòng)態(tài)特性指標(biāo)包括______、______和相位誤差。答案：上升時(shí)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(cè)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(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)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(cè)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(diǎn)。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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(huì)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(yùn)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(dòng)態(tài)測(cè)量。4.說明霍爾傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用原理。答案：在被測(cè)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(shí)，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(hào)。通過測(cè)量方波頻率f，結(jié)合旋轉(zhuǎn)體上的磁鋼數(shù)N，可計(jì)算轉(zhuǎn)速n=60f/N（單位：轉(zhuǎn)/分鐘）。5.簡(jiǎn)述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)谋匾约俺Ｓ梅椒?。答案：熱電偶的熱電?shì)僅與熱端（測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量冷端溫度，通過單片機(jī)軟件修正）。6.分析電感式差動(dòng)變壓器（LVDT）的工作原理及輸出特性。答案：LVDT由初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈（反相串聯(lián)）和可動(dòng)鐵芯組成。初級(jí)線圈通交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，鐵芯移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈的互感變化：鐵芯在中間位置（零點(diǎn)）時(shí)，兩次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)大小相等、相位相反，輸出電壓為0；鐵芯上移時(shí)，上次級(jí)互感增大，下次級(jí)減小，輸出電壓相位為正；鐵芯下移時(shí)，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(shí)現(xiàn)位移的線性測(cè)量（線性范圍約±2.5mm~±500mm）。四、計(jì)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(shí)，求應(yīng)變片的電阻變化ΔR及相對(duì)變化率ΔR/R。（應(yīng)變?chǔ)?σ/E）解：應(yīng)變?chǔ)?σ/E=1×10?Pa/2×1011Pa=5×10??（50με）相對(duì)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(shì)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(shí)際測(cè)量的熱電勢(shì)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(shì)與溫度近似線性（實(shí)際需查表），但題目未給50℃數(shù)據(jù)，可通過線性插值計(jì)算：E(100℃,0℃)=4.095mV，E(0℃,0℃)=0mV，因此每10℃熱電勢(shì)約為4.095mV/10=0.4095mV/℃（僅為近似，實(shí)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(shí)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(shí)際精確值需查表，此處為計(jì)算示例）五、綜合分析題（每題12分，共24分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器的汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS），需說明：（1）傳感器類型選擇及理由；（2）信號(hào)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(cè)量的溫度誤差（胎壓與溫度正相關(guān)）。（2）信號(hào)傳輸與處理：每個(gè)輪胎內(nèi)置傳感器模塊（壓力+溫度+加速度計(jì)），加速度計(jì)檢測(cè)輪胎是否轉(zhuǎn)動(dòng)（區(qū)分靜止和行駛狀態(tài)）。傳感器通過低功耗藍(lán)牙（BLE）或