习题3
3-1 什么叫测量过程？
解 测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程
3-5 某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为：
(2)确定该温度仪表的精度等级；
(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该温度仪表是否符合要求？ 解 (1) 校验数据处理：
由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃； (2)仪表误差：%6.0%1001000
6
max ±=?±
=δ， 仪表的精度等级应定为1.0级；
(3)仪表的基本误差：?m =1000?(±1.0%)=±10℃, 该温度仪表不符合工艺上的误差要求。
(1)求出该压力表的变差；
(2)问该压力表是否符合1.0级精度？ 解 （1）校验数据处理：
由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%； （2）仪表误差：%5.0%10010
005
.0max ±=?±
=δ； 但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。 3-7．什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系？ 解 （1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S （压强）。 （2）绝对压力是指物体所受的实际压力；
表压力=绝对压力-大气压力；
负压力（真空度）=大气压力-绝对压力 3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种？
解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。
3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p 的大小。 （2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。 （3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。
3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？
解 见教材第3章3.2.5节。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。
其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。
3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa ，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？
解 压力表允许的最大绝对误差为 ?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa
在校验点0.5MPa 处，绝对误差为
?=0.5-0.508=-0.008(MPa)
该校验点的测量误差为
%57.1%100508
.0008
.0-=?-=
δ
故该校验点不符合1.0级精度。
3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？
解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。
（2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。
3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。
解 用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?1max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)
该表不符合工艺上的误差要求。
用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?2max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)
该表符合工艺上的误差要求。
3-18 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的±5％，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。
解 空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限p min =1.1MPa ，工作压力上限p max =1.6MPa 。设所选压力表量程为p ，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有
)(4.26.12
3
2332max max MPa p p p p =?=≥
?≤ )(3.31.1333
1min min
MPa p p p p =?=≤?
≥
根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa 的电接点压力表。
根据测量误差要求，测量的最大误差为 ?max ≤1.1?5%=0.055(MPa)
则所选压力表的最大引用误差应满足
%2.2%1000
5.2055
.0max =?-≤
δ
要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。
3-19 某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过0.4MPa ，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。
解 合成塔控制压力14MPa 为高压，设所选压力表的量程为p ，则
)(3.23143
5
MPa p ≈?≥
根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa 的电接点压力表。
根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足
%6.1%10025
4
.0max =?≤
δ 要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。
3-20 现有一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其结果为：
试问这台表合格否？它能否用于某空气贮罐的压力测量（该贮罐工作压力为0.8~1.0MPa ，测量的绝对误差不允许大于0.05MPa ）？
解 压力表的校验
表3-1 压力表的校验数据及其数据处理结果
仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为?m ，求仪表的最大引用误差）
%25.1%1006
.1020
.0%100max ±=?±=??±
=?S F m P δ 所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。
空气贮罐的压力属稳态压力，且p max =1.0MPa <1.6?2/3MPa ；p min =0.8MPa >1.6?1/3MPa ；最大误差?max =1.6?1.5%=0.024MPa <0.05MPa 。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。
3-24．什么叫节流现象？ 流体经节流装置时为什么会产生静压差？
解：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。
流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。
3-28 为什么说转子流量计是定压式流量计？
解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差?p 为一常数，即
()A
g
V p p p f t ρρ-=
-=?21=const.（恒量） 3-32 用转子流量计来测气压为0.65MPa 、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为1.977kg ／m 3）。
解 由题知：p 0=0.101325MPa ，p 1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T 0=293K ， T 1=273+40=313（K ）；ρ0=1.293kg/Nm 3；ρ1=1.977kg/Nm 3，Q 0=50L/s 。则
)/(10550313
101325.0977.1293
751325.0293.101010101s L Q T p T p Q =?????=?????=
ρρ
3-33 用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min ，转子用密度为7920kg ／m 3的
不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg ／L 苯的流量，问测量范围为多少？若这时转子材料改为由密度为2750kg ／m 3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少？
解 由题知ρt =7920kg ／m 3，ρf =0.831kg ／L=831kg ／m 3，ρW =1000／m 3，Q 0=10 L/min
测苯的流量的修正系数为
()()9.01000
)8317920(831
)10007920(≈?-?-=
--=
w
f t
f
w t Q K ρρρ
ρρρ
Q r =Q 0/K Q =10/0.9≈11.1(L/min)
所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min 。
当转子材料改为铝时，ρr =2750kg ／m 3，此时测水的流量的修正系数为
()
()
21000
2750)
10007920(≈--=
--=
w r w t rQ K ρρρρ
Q r0=Q 0/K rQ =10/2=5(L/min)
所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min
测苯的流量的修正系数为
()()87.01000
)8312750(831
)10002750(=?-?-=
--=
w
f r
f
w r fQ K ρρρ
ρρρ
Q r f =Q r0/K f Q =5/0.87=5.75（L/min ）
所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min。
3-36 涡轮流量计的工作原理及特点是什么？
解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。
（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。
3-37电磁流量计的工作原理是什么？它对被测介质有什么要求？
解电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。
3-46 什么是液位测量时的零点迁移问题？怎样进行迁移？其实质是什么？
解（1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差?p≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移，
3-48 测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移？如要迁移，迁移量应如何考虑？
题3-19图高温液体的液位测量
解：差压液位计正压室压力
p1=ρgh1+ ρgH+p0
负压室压力
p2=ρgh2+ p0
正、负压室的压差
?p=p1-p2= ρgH-(h2-h1) ρg
H=0时，?p= -(h2-h1) ρg。
这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，?p=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h2-h1) ρg
3-54什么是热电偶的热电特性？热电偶的热电势由哪两部分组成？
解：（1）将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度(T、T0)不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克（Seebeck）效应。回路中的电势称为热动势，用E AB(T，T0)或E AB(t，t0).
（2）热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。
3-22．常用的热电偶有哪几种？所配用的补偿导线是什么？为什么要使用补偿导线？并说明使用补偿导线时要注意哪几点？
解：（1）常用的热电偶有如下几种：
（2）所配用的补偿导线如下：
（3）用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。
3-56用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？
解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。
（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。
3-57试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表？输入、输出信号各是什么？
解：热电偶温度计由热电偶（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是热电势。
热电阻温度计由热电阻（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是电阻。
3-58 用K型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV，冷端（室温）为25C，求设备的温度？如果改用E型热电偶来测温，在相同的条件下，E热电偶测得的热电势为多少？
解用K型热电偶测温时，设设备的温度为t，则E(t，25)=20mV，查K型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV。根据中间温度定律，
E(t，0)= E(t，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 mV
反查K型热电偶分度表，得t=508.4℃
若改用E型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为
E E(508.4，25)= E K(508.4，0)-E K(25，0)=37678.6-1496.5=36182.1μV≈36.18mV。
3-59 现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对？为什么？正确值为多少度？
解认为换热器内的温度为430℃不对。
设换热器内的温度为t ，实测热电势为E(t ，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E (t ，30)= E (400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E 型）热电偶分度表，有
E (t ，0)= E (t ，30)+ E (30，0)= E (400，0)+ E (30，0)=28943+1801=30744μV 反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得换热器内的温度t =422.5℃
3-60．试述热电阻测温原理？常用测温热电阻有哪几种？热电阻的分度号主要有几种？相应的R 0各为多少？
解：（1）热电阻测温原理：电阻－温度效应，即大多数金属导体的电阻值随温度而变化的现象。
（2）常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。 （3）铂热电阻的分度号主要有： ? Pt100，（R 0=100Ω）； ? Pt50，（R 0=50Ω）；
? Pt1000，（R 0=1000Ω）；等 铜热电阻的分度号主要有： ? Cu100，（R 0=100Ω）；
? Cu50，（R 0=50Ω）；等
3-62 用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少？
解 查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96Ω，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃ 3-63 用分度号为Cu50、百度电阻比W (100)=R 100/R 0=1.42的铜热电阻测某一反应器内温度，当被测温度为50℃时，该热电阻的阻值R 50为多少？ 若测某一环境温度时热电阻的阻值为92Ω，该环境温度为多少？
解 分度号为Cu50、百度电阻比W (100)=1.42的铜热电阻，其R 0=50Ω，R 100=50?1.42=71Ω。则该铜热电阻测温的灵敏度k 为
21.00
10050
71=--=
k (Ω/℃)
被测温度为50℃时，电阻值R 50=50Ω+0.21Ω/℃?50℃=60.5Ω。
当测某一环境温度时，若热电阻的阻值R t =92Ω，则对应的环境温度为 t =(92-50)/0.21=200℃。
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
东北农业大学网络教育学院 检测技术及仪表作业题 作业题（一） 1．什么是自动检测系统?请画出基本结构框图。 自动检测系统是自动测量，自动计量、自动保护、自动诊断自动信号等诸多系统的总称。 2．什么是电量传感器?什么是电参数传感器。 将非电量转变委电量信号如电压等的传感器为电量传感器。如热电耦、磁电传感器、光电传感器、压电传感器等。 将被测量转换为电参数的传感器为电参数传感器。如电阻、电容、电感传感器等。 3．什么是等精度测量? 在同一条件下进行的一系列测量称为等精度测量。 4．什么是测量误差？ 用器具测量时，测量值与实际值之差为～。 5．什么时系统误差？什么是测量的准确度？ 按已知函数规律变化的误差为～。它有恒定系差和变值系差之分，系差越小，测量的准确度越高。6．什么是随机误差？什么是测量精度？ 由很多复杂因素的微小变化引起的偶然误差称为～，随机误差越小，测量精度越高。 7．么是测量的精确度？ 测量精确度是衡量测量过程中系统误差和随机误差大小的一个技术指标，当二者都很小时，则称测量精度高。 8．什么是静态误差，什么是动态误差？ 被测量随时间基本不变或变化缓慢的附加误差为静态误差，测量值随时间变化很快的过程中所产生的附加误差为动态误差。 9．什么是电阻应变传感器，它分为几类？ 将被测量的力（压力、荷重，扭力）通过它所产生的金属变形转换成电阻变化的敏感元件为～、分为电阻丝应变片和半导体应变片两种。 10．差动自感传感器有何特点？ 从理论上清除了起始时的零位输出； 灵敏度提高 线性度得到改善 可以进行温度补偿，减弱或消除温度，电源及外界干扰引起得影响。
11．请说出测量的随机误差有那些统计特点？ （1）集中性：大量重复测量使所得的数值均集中分布在其平均值附近，离越近的值出现的机会越多， 而离越远的值出现的机会越少，称为分布中心。 ∑==n i i x n x 1 1 式中 n 为测量次数； x i 为第 i 次测量值。 （2）对称性：当 n 足够大时，符号相反，绝对值相等的误差出现的机会（或称概率）大致相等。 （3）有限性：绝对值很大的误差出现的机会极少。 （4）抵偿性：当 n →∞时，随机误差的平均值的极限为零 作业题二 1． 热电偶属于什么类型的传感器，它的基本测温原理是什么？ 属于电能量传感器，它是基于热电效应进行测温度的 热电效应是指两种不同的导体或半导体材料A,B 连接成闭合回路。当两端的温度不同时，则该回路就会产生热电动势 2．试述如何应用导线补偿法测量热电偶的回路电势？其理论依据是什么？ 将热电偶的冷端用导线引出，接到测量仪表上，同时应保证两导线的材料相同，以热电偶的连接点的温度相同，与仪表的连接点的温度相同，理论依据是热电偶的中间定律。 3．磁电式传感器的工作原理是什么？请画出其测量加速度的原理图，并说明测量的理论依据。 是发电机工作原理，即绕组中磁通发生变化，则在绕组中产生感应电动势。测量电路如下图，测量依据是磁电传感器输出与速度成正比经微分后输出即为加速度 4．什么是压电效应，影响极化电荷的因素有那些？ 对某些介质，当沿着一定方向对它施加压力时，部产生极化现象，同时在它的两个表面便产生符号相反的极化电荷，当外加力去掉后又重新恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。 极化电荷与压电材料和力的大小及方向有关。 5． 举例说明压电传感的应用实例，并画图说明其工作原理， 教材p145，F5―16。F －15 6．什么是霍尔效应？霍尔元件的电磁特性是怎样的？ 在金属或半导体薄片上，若在他的两端通过控制电流I ，并在薄片垂直方向上施以磁场B ，则在I 和B 的方向上将产生一个大小与控制电流和B 成正比的电动势。这种现象称为霍尔效应。 1．U-I 特性：当磁场与环境一定时，U-I 曲线是线性的 2．U-B 曲线： 当B ≤0.5韦伯/m 2 时，U-B 曲线成线性。否则为非线性。
传感器及检测技术
项目一 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理 1.1.1 测量与测量方法 1.检测 2.测量方法 (1)电测法和非电测法 (2)直接测量和间接测量 (3)静态测量和动态测量 (4)接触性测量和非接触性测量 (5)模拟式测量和数字式测量 1.1.2 测量误差及其表示方法 测量误差：测量值与其真值之间的差值 例：某温度计的量程范围为0-500oC ，校验时该表的最大绝对误差为6oC ，试确定其精度等级？ 查表1.1，精度等级应定为1.5级 任务1： 现有0.5级的0~300oC 和1.0级0~100oC 的两个温度计，欲测量80oC 的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？ 实施： 0.5级的0~300oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： ?? ? ? ? ???? ?引用误差示值（标称）相对误差实际相对误差相对误差绝对误差x γγ%.21%100500 6 %100=?= ??= m m m A x γ5 .1)0300(%5.0111=-?==?m m m A x γ
1.0级的0~100oC 的温度计测量时可能出现的最大绝对误差为： 用其测量80oC 可能出现的最大示值相对误差为： 结论：选用1.0级的0~100oC 的温度计较好。选用仪器时，不能单纯追求精度，而是要兼顾精度和量程 1.1.3 测量误差的分类及来源 1.系统误差 2.随机误差 3.粗大误差（疏忽误差、过失误差) 4.缓变误差 任务2 传感器特性分析与传感器选用 1.2.1 传感器的组成及其分类 1.2.2 传感器的静态特性与指标 传感器的静态特性指标 1.精密度、准确度和精确度 2.稳定性 1 )0100(%.01222=-?==?m m m A x γ%25.1%10080 1 %10022=?= ??= x x m x γ?? ?动态特性 静态特性
1． 属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D 粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A 、接近真值 B 、偏离拟合直线 C 、正反行程不重合 D 、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A 、转换元件 B 、敏感元件 C 、转换电路 D 、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C ） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B ） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D 热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ） A 测量 B 感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C ）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C ）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D 粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按 一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。 （×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度 高的准确度不一定高 （×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n 次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n 。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定 传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足 通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指 当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够 满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输 出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。 当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。 输入 输出 相对真值 测量误差 测量值
读书破万卷下笔如有神 一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性 Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的
第三章 比值控制系统 3.1 比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系？ 答：①比值指工艺流量之比，既： ； 比值系数指主、副流量变送器输出电流信号之比，既： 二者之间的关系由下式决定： （变送器输出与流量成线性关系时） （变送器输出与流量成开平方关系时） 3.2 用除法器进行比值运算时，对输入信号的安排有什么要求？为什么？ 答：应使除法器输出小于1。除法器输出值既仪表比值系数，需要通过副流量调节器的 内给定设置，大于1无法设定、等于1无法现场整定。 3.3 什么是比值控制系统？它有哪几种类型?画出它们的结构原理图。 答：比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系，满足关系式：1 2F F K = 的控制系统。 比值控制系统的类型：单闭环、双闭环、变比值系统比值控制系统。 原理图见教材。 3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处？ 答：① 系统结构不同，实现比值控制的设备不同。 ② 比值系数的设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一个输入端，输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。 3.5 在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？ 答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。 3.6 为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定？ 答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化，始终保持固定的配比关系。出现4：1振荡时，固定配比关系不能保证。 3.7 当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时，能否仍用乘法器组成比值控制？ 为什么？能否改变一下系统结构，仍用乘法器构成比值控制？ 12F F K =min 1min 2I I I I K --='max 2max 1F F K K ='2m ax 2m ax 1)(F F K K ='
习题一概论p16 1.测试系统一般是怎样构成的？ ①传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号； ②信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工； ③显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 2.什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？ 测量误差：人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测量结果只能是真值的近似值，这就不可避免地存在着测量误差。 测量误差有：绝对误差、相对误差、引用误差。 3.测量误差按出现规律可分为几种？它们与准确度与精密度有什么关系？ ①按出现规律可分为：系统误差、随机误差、粗大误差 ②准确度表示测量结果中系统误差的大小。系统误差越小，准确度越高，即真一民实际 值符合的程度越高。 精密度表示测量结果中随机误差大小的程度。随机误差越小，测量值越集中，表示精密度越高。 精确度是测量结果系统误差与随机误差的综合。表示测量结果与真值的一致程度。精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。精确度越高，表示正确度和精密度越高，意味着系统误差和随机误差都小。 4.产生系统误差的常见原因有哪些？常用的减小系统误差的方法有哪些？ ①产生系统误差的主要原因： ●仪器的制造、安装或使用方法不正确； ●环境因素影响（温度、湿度、电源等）； ●测量原理中使用近似计算公式；
●测量人员不良读数习惯 ②减小系统误差的方法： ●发现判断：实验对比、残余误差观察、准则检测 ●减少消除：修正、特殊测量法（替代、差值、误差补偿、对称观察） 5.传感器有哪些几部分组成？ 敏感元件、转换元件、转换电路 6.按传感器的工作机理、能量转换方式、输入量及测量原理四种方法，传感器分别是如何分 类的？ ①按工作机理分： ●电参数式传感器（如电阻式、电感式和电容式）； ●压电式传感器； ●光电式传感器； ●热电式传感器。 ②按能量转换方式分： ●能量控制型传感器（如电阻、电感、电容式） ●能量转换型传感器（如基于压电效应、热电效应传感器） ③按输入量分： 力传感器、位移传感器、温度传感器 ④按测量原理分： ●电路参量式传感器（包括电阻式、电感式、电容式） ●电动势式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、压电式） ●光电式传感器（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式） ●半导体式传感器 习题二温度检测p35 7.温度检测主要有哪几种方法及它们是怎样分类的？ 温度检测方法分为：接触测量法，非接触测量法。 接触式包括：热膨胀式（如水银、双金属、液体或气体压力）； 热电偶； 热电阻（铂电阻、铜电阻、半导体热敏电阻）。
第三章习题 1．在简单控制系统中，调节器为比例动作。广义被控对象的传递函数已知为： （1）s a e s T 1)s (G τ?= （2）5)1(8.0)(Ts s G += 其中τ、T 和的数值已知，单位为s。 a T 2．已知对象控制通道阶跃响应曲线数据如下表所示，调节量阶跃变化5u =Δ。 时间 /min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 被调量 0.65 0.651 0.652 0.6680.7350.8170.8810.979 1.075 1.151 1.213 时间 /min 55 60 65 70 75 80 85 被调 量 1.239 1.262 1.311 1.329 1.338 1.350 1.351 （ 1） 用一阶惯性环节加纯迟延近似对象，求出K 、T 和τ值。 （2） 应用动态特性参数法选择PID 调节器参数 3．对象传递函数1 Ts 8e )s (G s +=?τ，其中3min =τ，6min T =，调节器采用PI 动作。试用稳定边界法估算调节器的整定参数。 4．对图3.1所示的控制系统中的调节器，试用稳定边界法整定参数。 3.1（a ）
3.1 （b ） 5． 换热器温度控制系统采用电动DDZ 比例积分调节器，温度测量仪表量程为。温度对象在输入电流为5mA DC 时，温度为。当输入电流从5mA DC 跃变为6mA DC ，待温度重新稳定时，测得为；同时求得对象时间常数C 100~50o C 85o C 89o 3min .2T =，迟延时间1.2min =τ。试整定PI 调节器的参数。 6．气罐压力控制系统采用比例调节器控制。压力变送器量程为0~2MPa 。已知气压对象控制通道特性为：调节阀开度变化%15=Δμ，压力变化6MPa .0p =Δ；时间常数，迟延时间100s T =10s =τ。试求： （1） 调节器比例带δ的刻度值； （2） 设定值增大0.2MPa 时系统余差； （3） 如果系统在额定工况下运行时调节阀开度为65%，在负荷扰动 下调节阀开度在40%~90%范围内变化，以至气罐允许压力波动为 ，该压力系统能否满足要求？ 1MPa .0±
《传感器与检测技术》总结 ：王婷婷 学号：14032329 班级：14-11
传感器与检测技术 这学期通过学习《传感器与检测技术》，懂得了很多，以下是我对这本书的总结。 第一章 概 述 传感器的作用是：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。 传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器的组成：被测量量---敏感元件---转换元件----基本转换电路----电量输出 传感器的分类：按被测量对象分类（部系统状态的部信息传感器{位置、速度、力、力矩、温度、导演变化}、外部环境状态的外部信息传感器{接触式[触觉、滑动觉、压觉]、非接触式[视觉、超声测距、激光测距）；按工作机理分类（结构型{电容式、电感式}、物性型{霍尔式、压电式}）；按是否有能量转换分类（能量控制型[有源型]、能量转换型[无源型]）；按输出信号的性质分类（开关型[二值型]{接触型[微动、行程、接触开关]、非接触式[光电、接近开关]}、模拟型{电阻型[电位器、电阻应变片]，电压、电流型[热电偶、光电电池]，电感、电容型[电感、电容式位置传感器]}、数字型{计数型[脉冲或方波信号+计数器]、代码型 [回转编码器、磁尺]}）。 传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性；输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，这一关系称为动态特性，这一特性取决于传感器本身及输入信号的形式。可以分为接触式环节（以刚性接触形式传递信息）、模拟环节（多数是非刚性传递信息）、数字环节。动态测量输入信号的形式通常采用正弦周期（在频域）信号和阶跃信号(在时域)。 传感器的静态特性：线性度（以一定的拟合直线作基准与校准曲线比较% 100max ??=Y L L δ）、迟滞、重复性、灵敏度（K0=△Y/△X=输出变化量/输入变化量 =k1k2···kn ）和灵敏度误差（rs=△K0/K0×100%、稳定性、静态测量不确定性、其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。 传感器的动态特性：传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）、过渡函数。 0阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。 传感器的标定：通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系。国家标准测力机允许误差±0.001%，省、部一级计量站允许误差±0.01%，市、企业计量站允许误差±0.1%，三等标准测力机、传感器允许误差±（0.3～0.5）%，工程测试、试验装置、测试用力传感器允许误差±1%。分为静态标定和动态标定。 第二章 位 移 检 测 传 感 器 测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式。参量位移传感器是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等。发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。属于能量转换型传感器，这类传感器有磁电型、压电型等。 电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导塑料（即有机实心电位计）等。电位计结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰。 线性电位计的空载特性：x K x l R R R x == ，KR----电位计的电阻灵敏度（Ω/m ）。电
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路； （2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。反映的是测得的系统误差。
课程掌握要点 第一章绪论 1．过程控制定义？掌握术语，，， 2．常规仪表过程控制系统的组成？ 3．过程控制系统的性能指标。尤其是单项指标。 4．自动化仪表的分类，信号体制：掌握气动仪表之间的联络信号是什么？电动模拟仪表的联络信号是什么？ 5．掌握单元组合仪表中设置活零点有什么好处？ 6．安全火花防爆系统 第二章检测仪表 1．传感器，变送器的作用。检测变送的功能：转化为标准型号：24V 电源供电，4~20 电流信号，1~5V 电压信 号. 气动执行器 20~100 2．掌握仪表的性能指标（误差，精度，特性曲线，零点，量程），掌握精度计算。 3．了解变送器与控制室仪表之间的信号四线制、三线制、二线制传输接线方式？ 4．掌握工业常用热电阻类型，热电阻的测温范围，注意事项及热电阻的接线方式。 5．掌握热电偶测温原理，范围，注意事项及冷端补偿和
补偿导线。 6．掌握热电偶的特点。 7．了解热电偶变送器的作用，组成结构、各部分功能，实现原理。 8．掌握压力测量的弹性元件有哪几种？各种压力之间的关系。 9．掌握流量测量方法有那些，分类？节流式流量计测量流量原理，节流元件起什么作用？ 10．了解靶式流量计和其他流量计的工作原理。 11．掌握转子流量计的工作原理。与差压流量计比较异同！ 涡街流量计测量原理。 12．了解液位测量仪表有哪几种？它们如何实现测量的原理？ 13．掌握利用压力或差压变送器来测量液位的原理？零点迁移。 课后作业答案： 第一章 P15 1.（10）错 （11）对 2. （１） （用下图代替吧，手头无画图工具）其中控制器为，执行器为ＬＶ，检测变送可写为ＬＴ，对象为水槽，被控变量为液位
传感器与检测技术考试试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件
过程控制总复习 绪论 1、简单控制系统有哪几部分组成？简述各个部分的作用。 答：由被控对象、测量变送器、执行机构、控制器组成 作用：被控对象：是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置测量变送器：检测被控变量的数值，并将其转化成一种特定的输出信号送给控制器。 控制器：接受测量装置送来的信号，与给定量进行比较得出偏差，并按一定的运算规律算出结果送往执行器。 执行器：能自动根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控量的目的 2、过程控制的任务、要求是什么？ 要求：安全性、稳定性、经济性。 任务：在了解掌握工艺流程和生产过程的静动态特性的基础上，根据安全性、经济性、稳定性的要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用适宜的技术手段加以实现。 第一章生产过程的动态特性 1、稳态、动态、过度过程、衰减比、衰减率的概念。（第8页） 2、掌握教材第10～15页的内容。 3、工业过程动态特性的特点是什么？ 1 对象的动态特性是不振荡的
2对象的动态特性有迟延 3被控对象本身是稳定的或者中性稳定的 4被控对象往往具有非线性特性 第二章比例积分微分控制及其调节过程 1、简述PID控制的优点。 原理简单、使用方便，适应性强，鲁棒特性强 2、调节器的正、反作用。（第32页） 正作用：是指调节器的输出信号U随被调量Y的增大而增大，称整个调节器的增益为正 反作用：是指调节器的输出信号U随被调量Y的增大而减小，称整个调节器的增益为负 3、什么是调节器的动作规律？ P、I、D控制规律各有何特点？ P调节：有差调节，快速消除干扰 I调节：无差调节，稳定作用比P调节差 D调节：根据被调量的变化速度来调节，具有一定的预见性，提高系统的稳定性 ＰＩ调节：利用Ｐ调节快速抵消干扰的影响，同时利用Ｉ调节消除残差！ 4、掌握教材第33～34页的内容。（第33页） 5、积分饱和现象。（第39页） 具有积分作用的调节器，只要被调量和设定值之间有偏差，其输出就
根据计算可知要使输出电压大于10mV ，则可采用差动全桥方式连接。 （2）有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，R1=R2=R3=100Ω，供电电压 为5V 。 1) 试画出测试电路。 2) 该电阻是何种材料。 3) 0℃时的阻值 4) –40℃及+40℃时的电阻值（查分度表） 5) 计算t=+40℃时电桥的开路输出电压U O （不考虑调零电位器和调满度电位器的影响） 解答：1）测试电路如图2-1所示。 2) 该电阻是铂金属材料。 3）0℃时的阻值为100Ω。 4) –40℃时的电阻值84.27Ω； +40℃时的电阻值115.54Ω 5）t=+40℃时测量臂电阻的变化 电桥的输出： （3） 变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图3-1所示。传感器的起始电 容量C X0=20pF ，定动极板距离d 0=1.5㎜，运算放大器为理想放大器，R f 极大，输入电压u i =5sin ωt （V ）。求当电容传感器动极板上输入一位移量△x=0.15㎜使d 0减少时，电路输出电压u O 为多少？ 解答：由运算放大器工作原理可得 0i x C U U C =- 对于平板式电容器来说， x x A C d ε= ,则00 x A C d ε= 则 000i i x x C C U U U d C A ε=- =- 将00 , 1.65X x A C d d ε==- =代入上式计算得: 00000 205sin 1.65 5.5sin () 20 1.5 i i x x x C C U U U d C C d t t V ωω=- =-?=-?=-? （4）压电式单向脉动力传感器测一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常 数为200x10-12 C/N ，电荷放大器反馈电容C f =2000pF ，测的输出电压u o =5sin ωt （V ）。求：1）该压电传感器产生的电荷Q 为多少？ 2）此时作用在其上的正弦脉动力为多少？ 解答：根据题意压电元件是两片压电陶瓷并联，所以总电荷是单个压电元件电荷的两倍，即XX Q Q 2=, 根据电荷放大器的输出f O C Q U - =，得1285sin 200010110sin ()O f Q U C t t C ωω--=-?=-??=-?， Q F d Q Z ZZ XX 2 1=?=,得压电传感器受到的作用力 8 12 11110sin 25sin ()2220010 Z ZZ F F Q t t N d ωω--?==?=-=-?? （5）如图5-1所示为镍铬—镍硅热电偶测温电路，A ＇、B ＇为补偿导线，Cu 为铜导线，已 知t 1=40℃， t 2=0℃， t 3=40℃。1）当E 3=39.314mV 时计算被测点温度t ；2）如果A ＇、B ＇换成铜导线，此时E 2=37.702mV ，再求被测点温度t 。 3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的什么定律？如果被测液体不是金属，还能用此方法测量吗？为什么？ 图2-1 三线制电桥测量电路 40015.54R R R ?=-=Ω 001115.54 5=194.25V 44100 i R U U R ?= =??（m ）