智能檢測(cè)技術(shù)及儀表習(xí)題參考答案-all

智能檢測(cè)技術(shù)及儀表習(xí)題答案1．1什么是測(cè)量的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差被測(cè)量的測(cè)量值x與被測(cè)量的真值A(chǔ)o之間的代數(shù)差A(yù),稱為絕對(duì)誤差（Vx-Ao）。相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差 △與被測(cè)量X百分比。有實(shí)際相對(duì)誤差和公稱相對(duì)誤差兩種表示方式。實(shí)際相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差 △與被測(cè)量的約定真值（實(shí)際值） Xo之比（決=兇XoX100%）公稱相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差 △與儀表公稱值（示值） X之比（2NXX100）引用誤差是指絕對(duì)誤差 △與測(cè)量范圍上限值、量程或表度盤滿刻度 B之比（m=ABX100%）什么是測(cè)量誤差測(cè)量誤差有幾種表示方法他們通常應(yīng)用在什么場(chǎng)合測(cè)量誤差是指被測(cè)量與其真值之間存在的差異。測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差三種表示方法。絕對(duì)誤差通常用于對(duì)單一個(gè)體的單一被測(cè)量的多次測(cè)量分析，相對(duì)誤差通常用于不同個(gè)體的同一被測(cè)量的比較分析，引用誤差用于用具體儀表測(cè)量。1.3用測(cè)量范圍為-50?+150kPa的壓力傳感器車輛140kPa壓力時(shí)，傳感器測(cè)得示值為142kPa求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用誤差。A=142-140=2kPa;銖=2140=%;改=2/142=%;^=2/（50+150）=1%什么是直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量通常測(cè)量?jī)x表已標(biāo)定好，用它對(duì)某個(gè)未知量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，就能直接讀出測(cè)量值稱為直接測(cè)量）首先確定被測(cè)量的函數(shù)關(guān)系式，然后用標(biāo)定好的儀器測(cè)量函數(shù)關(guān)系式中的有關(guān)量，最后代入函數(shù)式中進(jìn)行計(jì)算得到被測(cè)量，稱為將直接測(cè)量。在一個(gè)測(cè)量過程中既有直接測(cè)量又有間接測(cè)量稱為組合測(cè)量。什么是測(cè)量部確定度有哪幾種評(píng)定方法測(cè)量不確定度：表征合理地賦予被測(cè)量真值的分散性與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。通常評(píng)定方法有兩種：A類和B類評(píng)定方法。不確定度的A類評(píng)定：用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來評(píng)定不確定度。不確定度的B類評(píng)定：用不同于對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法來評(píng)定不確定度。檢定一塊精度為級(jí)100mA的電流表，發(fā)現(xiàn)最大誤差在 50mA處為，試判定該表是否合格它實(shí)際的精度等級(jí)是多少解：5m=100=%,它實(shí)際的精度為，低于標(biāo)稱精度等級(jí)所以不合格。1.11某節(jié)流元件（孔板）開孔直徑 d20尺寸進(jìn)行15次測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如下（單位： mm）:,,,,120,43,,,,,,,,,,試檢查其中有無粗大誤差并寫出測(cè)量結(jié)果。解：首先求出測(cè)量烈的算術(shù)平均值：X=根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)差=（2Vi2/（15-1））1/2=3=所以，是壞值，存在粗大誤差。去除壞值后X=, =（2vi2/（14-1））1/2= 3=再無壞值求出算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差x=/（n）1/2==寫出最后結(jié)果：（Pc=,Kt=）±Ktx=±什么是熱電效應(yīng)熱電勢(shì)有哪幾部分組成的熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件是什么在兩種不同金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸的溫度不同時(shí)，回路中就要產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件是：兩種不同金屬和兩個(gè)端點(diǎn)溫度不同。什么是熱電偶的中間溫度定律。說明該定律在熱電偶實(shí)際測(cè)溫中的意義。熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為 T,Tn和Tn、T0時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Eab（T、T0）=Eab（T、Tn）+E\B（TnT0）。這主要用于冷端溫度補(bǔ)償。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是什么選擇使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原則是什么補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是將熱電偶原來的冷接點(diǎn)移到一個(gè)新的位置，它本身并不起冷端溫度補(bǔ)償作用。

使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原則是在冷端可能變化的溫度范圍內(nèi)(0~100使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原則是在冷端可能變化的溫度范圍內(nèi)(0~100C),補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與工作的熱電偶相同。某熱電偶靈敏度為C,把它放在溫度為 1200C的環(huán)境，若以指示表處溫度為 50C為冷端，是求熱電勢(shì)的大小指示的熱電勢(shì)：(1200-50)X=46mV;已知鉑電阻溫度計(jì)，0C時(shí)電阻為100Q,100C時(shí)電阻為139Q,當(dāng)它與熱介質(zhì)接觸時(shí)，電阻值增至 281Q,試確定該介質(zhì)溫度。解：把鉑電阻的溫度響應(yīng)特性看為線性有：(139-100)/(100-0)=(281-100)/(t-0),t=C將一支靈敏度C的熱電偶與電壓表相連，電壓表接線端處溫度為 50C。電壓表上的讀數(shù)為 60mV,求熱電偶熱端溫度解：由EAB(T、T0)=EAB(T、Tn)+EAB(Tn、T0)得60/+50=800C什么是應(yīng)變效應(yīng)利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。一種能將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的物理現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。在測(cè)量時(shí),將金屬電阻應(yīng)變片牢固粘接在被測(cè)試件的表面上,隨著試件受力變形,應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形,從而使其電阻隨之發(fā)生變化,此電阻變化是與試件應(yīng)變成比例的,這樣就可以反映出外界作用力的大小。比較金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。金屬絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點(diǎn)：都是屬于電阻應(yīng)變片,即將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件；金屬絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的不同點(diǎn)：金屬應(yīng)變片是受力變形后改變的是機(jī)械幾何尺寸,從而引起電阻的變化；而半導(dǎo)體應(yīng)變片受力變形后改變的應(yīng)變片的電阻率。金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) K與同類金屬材料的應(yīng)變靈敏度 Ko是否相同為什么不相同。金屬電阻應(yīng)變片利用短路的方法消除橫向效應(yīng)的影響。一應(yīng)變式等強(qiáng)度懸臂梁傳感器如圖圖所示。設(shè)該懸臂梁的熱膨脹系數(shù)與應(yīng)變片中的電阻熱膨脹系數(shù)相等,R1=R2。(1)畫出半橋雙臂電路圖；試證明該傳感器具有溫度補(bǔ)償功能；設(shè)該懸臂梁厚度h=,長(zhǎng)度l=15mm,固定端寬度bo=18mm,材料的彈性模量E=2XTtN/m2,其供電電壓U=2V。輸出電壓Uo=1mV,K=2時(shí)，求作用力。解：(3)由雙臂應(yīng)變片電橋得： Uo=2UK"4,f2Uo/UK又由等強(qiáng)度懸臂梁彈性元件的應(yīng)變公式 g=6FI/(boh2E得F=￡boh2E/(6l)以上兩個(gè)公式等到： F=Uoboh2E/(3lUK)=****2 X5/(130**2*2)=5N如果將100Q的電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，若試件受力橫截面積 S=X1-0m2,彈性模量E=2X1?N/m2，若有F=5X10)N的拉力引起應(yīng)變電阻1Q,試求應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)解：由胡克定律o=E￡；又由產(chǎn)F/S,AR/R=K&得K=ARES/(RF)=1*2 10/(100*5X1=2以測(cè)量吊車起吊重物拉力的傳感器如圖圖所示， R1,R2,R3,R4按要求貼在等載面軸上。已知：等載面軸的面積為，彈性模量E=2X10%肝2,泊松比尸且R仁R2=R3=R4=120K=2所組成的全橋型電路如圖圖所示，供橋電壓U=2V。現(xiàn)測(cè)得輸出電壓Uo=。求：(1)等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌?2)重物F為多少解：(1)電阻應(yīng)變片組成全橋。則電橋輸出 Uo=E(職1-職2+職3-^R4)/4R=EK(J-2+$0)/4應(yīng)變片1和3感受的縱向應(yīng)變，即 2=2=￡；應(yīng)變片2和4感受的橫向應(yīng)變，即 2=^=2代入上式得到：Uo=UK(&dj/2=UK(才卩22=UK&1+卩)/2X10=2*2*2*(1+/2得縱向應(yīng)變2=10-3，橫向應(yīng)變：才=-卩=-3X10由胡克定律得F=dSE=103XX2X=X10N何為電感式傳感器電感式傳感器分哪幾類各有什么特點(diǎn)利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù) L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出,這種裝置稱為電感式傳感器。電感式傳感器主要分為自感式、互感式、電渦流式三種。自感式傳感器利用改變磁路中的磁阻(間歇)從而改變自感系數(shù),該種傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是靈敏度低,線性范圍小，量程有限；互感式傳感器的結(jié)構(gòu)等同變壓器，利用非電量改變互感系數(shù)達(dá)到檢測(cè)的目的，該種傳感器靈敏度較高，檢測(cè)電路比較簡(jiǎn)單，但存在零點(diǎn)殘余誤差；電渦流傳感器是利用渦流效應(yīng)測(cè)量非電量的，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，靈敏度較高，線性度較好，成本較低，應(yīng)用范圍較廣。差動(dòng)變壓器式傳感器的零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么怎樣減少和消除它影響當(dāng)銜鐵處于差動(dòng)變壓器的中間位置時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，無論怎樣調(diào)節(jié)銜鐵的位置均無法使測(cè)量轉(zhuǎn)換電路輸出為零，總有一個(gè)很小的輸出電壓存在，這種銜鐵處于零點(diǎn)附近時(shí)存在的微小誤差電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。產(chǎn)生的原因大致有：（1）差動(dòng)電感線圈的電氣參數(shù)、幾何尺寸或磁路參數(shù)不完全對(duì)稱。（2）存在寄生參數(shù)，如線圈間的寄生電容，引線與外殼間的分布電容。（3）電源電壓含有高次和諧波。（4）磁路的磁化曲線存在非線性等。減少零點(diǎn)殘余電壓的方法：（1）提高框架和線圈的對(duì)稱性；（2）減少電源中的諧波成分；（3）正確選擇磁路材料，同時(shí)適當(dāng)較小線圈的激勵(lì)電流，使鐵芯工作在磁化曲線的線性去；（4）在線圈上并聯(lián)阻容移相網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償相位誤差；（5）采用相敏檢波電路。一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯，平均長(zhǎng)度為 12cm，截面積,平均相對(duì)磁導(dǎo)率u=2000，真空磁導(dǎo)率卩0=4nX-7H/m,求：（1） 在上面均勻繞線500匝時(shí)電感值是多少（2） 匝數(shù)增加一倍時(shí)電感值是多少解：由L=3①兒①=13/Rm,Rm=l得到L=32yyi=5002X200X4nX7X（X-10I2X倍韶;L與32成正比，所匝數(shù)增加一倍電感值是 no已知變氣隙電感傳感器的鐵芯面積S=，磁路長(zhǎng)度L=20cm,相對(duì)磁導(dǎo)率卩1=5000氣隙S0=AS=真空磁導(dǎo)率卩0=4nX7H/m,線圈匝數(shù)3=3000求單端式傳感器的靈敏度AL/A若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化解：由AL/A§0/=Li,L=3①/I, Qn=Rm=l/Ru得到AL/AS2存3/10老0002X5000X4n-7XX-4/（20XIXX-10=X1（H/m）差動(dòng)是單端的2倍,其靈敏度變?yōu)?XX41（H0/m）=X51（H0/m）何謂渦流效應(yīng)怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。理論分析和實(shí)驗(yàn)都已證明，電渦流強(qiáng)度隨距離 x的變化而變化。運(yùn)用這一關(guān)系，將線圈-導(dǎo)體系統(tǒng)運(yùn)用于被測(cè)對(duì)象上，就可測(cè)到兩個(gè)對(duì)象的相對(duì)位移。根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為幾種類型每種類型各有什么特點(diǎn)各適用于什么場(chǎng)合根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為變極距、變面積和變介質(zhì)三種類型。變極距型電容傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低但線性范圍窄，主要用于微位移測(cè)量；變面積型電容傳感器的線性度好 ,主要用于角位移的測(cè)量；變介質(zhì)型電容傳感器結(jié)構(gòu)形式多樣，可用來測(cè)量液位高度，紙張、絕緣薄膜的厚度，也可以用來測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度。已知平板式電容傳感器的極板尺寸阿 a=b=4mm,板間距d0=,極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；若極板沿著平行極板一邊移動(dòng) 2mm,求此時(shí)的電容量。解：由AC/Ax=C0/a,C0=S/d0得到AC/Ax=i）/d0=1X48;移動(dòng)后電容值為： C=S/d=eab/d=1X2/=4pF已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為 10mm,￡=50pF/m，兩極板幾何尺寸一樣，為 30mmX20mmX5mm,在外力作用下，其中動(dòng)極板在原位置向外移動(dòng)了 10mm，試求AC=K=解：C=sS/d得到Co=sab/d0=50x30x20/10=3移動(dòng)后電容C'￡ab/d=50x20x20/1儼(設(shè)定向?qū)挾炔蛔?2^C=C0-C'1pFoK=?C0=1/3什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)某些晶體受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，在它的某些表面上會(huì)出現(xiàn)電荷，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是可逆的，即晶體在外電場(chǎng)作用下，要發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。某壓電晶體的電容為1000pF,Kq=cm,Cc=3000pF示波器的輸入阻抗為1MQ和并聯(lián)電容為50pF求：(1)壓電晶體的電壓靈敏度；(2)測(cè)量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)。解：(1)由Kq=q/P,Ku=Uo/P,Uo=q/Co得Ku=Kq/Co=1000=x-190C/(2)fH=1/(2nR(Cc+Ci+Co))=/(2xx(3000+50+1000))=7=x10有一壓電晶體，其面積S=3cm2,厚度t=,在零度x切型縱向石英晶體壓電系數(shù) d11=xT^C/N。求受到壓力p=10MPa作用產(chǎn)生的電荷q及輸出電壓U0o解：由q=dnF,F=PS得至打q=x102x10x6ix?3x'4=ix10C由U0=q/C0,Cd=S/t,得U0=qt/sS=x1-0xx沖/3x10=x10V什么是光電效應(yīng)光電管、光敏三級(jí)管、光電池分別屬于哪類光電效應(yīng)其中光電池有哪些基本特性怎樣保證光電池輸出電壓是穩(wěn)定的答：當(dāng)采用光照射某一物體時(shí)，該物體就受到一串能量為hf的光子所轟擊，其內(nèi)部電子獲得能量并釋放出來的現(xiàn)象，便稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)常分為三類，光電管屬于外光電效應(yīng)；光敏三極管屬于內(nèi)光電效應(yīng)；光電池屬于阻擋層光電效應(yīng)。光電池有一定的光譜響應(yīng)特性，如硅光電池在 ~范圍；光電池在不同的光照度下有不同的光生伏特和短路電流，短路電流與照度有比較好的線性，而光生伏特與照度為非線性。當(dāng)照度為一定值后，它趨于飽和了。因此，根據(jù)這一特性可知，只要保證足夠的光照度，光電池輸出電壓是穩(wěn)定的。什么是功能型光纖傳感器，什么是非功能型光纖傳感器請(qǐng)分別舉例說明答：功能型光纖傳感器是利用對(duì)外界信息具有敏感能力和檢測(cè)功能的光纖，構(gòu)成“傳”和“感”合為一體的傳感器。例如：光纖微位移傳感器；非功能型光纖傳感器是利用在光纖的端面或在兩根光纖中間放置光學(xué)材料及機(jī)械式或光學(xué)式的敏感元件，感受物理量的變化。非功能型光纖傳感器中，光纖不是敏感元件，即只“傳”不“感” 。例如：雙金屬光纖溫度傳感器。什么是霍爾效應(yīng)霍爾電勢(shì)的大小由哪些因素決定將一塊通有電流I的導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)中，B的方向垂直于I，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的薄片兩側(cè)，產(chǎn)生一個(gè)正比于電流和磁場(chǎng)應(yīng)強(qiáng)度的電勢(shì)，這一物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妱?shì)與磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流強(qiáng)度成正比(UH=KHIB)。什么是霍爾元件的不等位電勢(shì)如何進(jìn)行補(bǔ)償答：根據(jù)Uh=KhIB可知：當(dāng)B=0,Uh=0。然而由于工藝缺陷和材料固有特性導(dǎo)致 Uh不為零。這就是霍爾元件的不等位電勢(shì)。可以采用電橋偏置補(bǔ)償或磁場(chǎng)偏置補(bǔ)償。已知某霍爾元件尺寸為長(zhǎng) L=10mm,寬b=，厚d=1mm。沿方向通以1=，在垂直于bxd兩個(gè)方向上加均勻磁場(chǎng) B=,輸出霍爾電勢(shì)Uh=。求該霍爾元件的靈敏度系數(shù) Kh和載流子濃度n是多少解：由UH=KHIB得KH=UH/IB=1x=AT又由KH=-1/ned得n=-1/KHed=-1/xx"W1x"30x10附加作業(yè)：1、 在工業(yè)測(cè)量中，金屬熱電阻傳感器常采用四線制檢測(cè)電路，試畫出該電路并分析電路的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)。

R2R2熱電阻I川線制連接法測(cè)量電路熱電阻傳感器在工業(yè)環(huán)境中使用，弓I線通常比較長(zhǎng)，弓I線的電阻會(huì)引起電橋的不平衡，同時(shí)將干擾引入測(cè)量電路中，因此采用四線制連接法就保證引線電阻均衡地進(jìn)入電橋電路，保證電橋的平衡，還克服了三線制的可調(diào)電阻的觸點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致的電橋零點(diǎn)變化缺點(diǎn)。2、分析下圖中應(yīng)采用什么類型的熱敏電阻 Rt2、(a)NTC(B)PTC(C)PTC分析差動(dòng)式電容傳感器的雙T電橋檢測(cè)電路。電路的工作原理如下：電壓E為正半周，D1導(dǎo)通，D2截止。此時(shí)電容C1迅速被充電至E,產(chǎn)生電流11。與此同時(shí)，電容C2經(jīng)RL和R2放電(前負(fù)半周已經(jīng) D2充電)，放電電流為I2(t)。流經(jīng)RL的電流為IL(t)=l1-l2(t)。

電源E為負(fù)半周，D1截止，D2導(dǎo)通。此時(shí)電容C2迅速被充電至E,E產(chǎn)生電流1'2,而電容C1經(jīng)RL和R1放電，電流為I1(t)，流經(jīng)RL的電流為l'L(t)=l'2-l1(t)。若二極管D1、D2的特性相同，R仁R2=R且差動(dòng)電容器的6=C2即處于零位。流過RL的電流IL(t)與l'(t)的平均值相等，極性相反，因此RL上無信號(hào)輸出，當(dāng)C1或C2改變時(shí)，IL(t)豐l'L(t)，因而有信號(hào)輸出，Uscm0。4、下圖為自感式差動(dòng)傳感器常用的相敏檢波的電橋電路，分析該電路的工作原理。 .7 工作原理如下：當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，即 dx=O,有Z仁Z2=ZQ由于i1,i2波形大小相等方向相反，則 Usc=i1R1-i2R2=(。當(dāng)銜鐵偏離中間位置，設(shè)下