自动检与转换技术复习题

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第一章 检测技术的基本概念

1.测量是借助专门的技术和仪表设备,采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的过程。

2.绝对误差：被测量值Ax与真值A0之间总是存在着一个差值，这种差值称为绝对误差，用Δ表示： Δ=Ax－Ａ0

3.相对误差及准确度等级

示值相对误差：

引用误差γm（也称满度相对误差）：

准确度等级S

我国的工业模拟仪表有下列常用的7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。

例 某压力表准确度为2.5级,量程为0～1.5MPa，求:

1）可能出现的最大满度相对误差γm。

2）可能出现的最大绝对误差Δm为多少千帕？

3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差γx。

解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即γm＝25%。

2）Δm＝γmAm＝25％1.5MPa＝0.0375MPa＝37.5kPa

3）

测量误差的分类

1.粗大误差：超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。

2.系统误差：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。

凡误差的数值固定或按一定规律变化者，多属于系统误差。

系统误差是有规律性的,因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正,也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除

3.随机误差：测量结果与在重复条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。（增加测量次数）

4.动态误差 ：当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。

传感器的组成：敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

100%xxΔAmm100%ΔA100mmAΔS0.0375100%100%5.36%0.70mxxΔA2

传感器基本特性

1.灵敏度：指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K 来表示：

对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变化。曲线越陡，灵敏度越高

2.分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。

3.分辨率：将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。

第二章 电阻应变传感器

1.导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应

2.电阻应变传感器主要由电阻应变片、弹性元件及测量转换电桥电路等组成。

3.应变片可分为金属应变片及半导体应变片两大类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式等。后者电阻率随应力的变化而变化。

4.电桥平衡的条件是：上下两个桥臂的左右桥臂的电阻比例相等。

例：用某荷重传感器称重。当桥路电压Ui为6V时，测得桥路的输出电压Uo为8mV，求被测荷重为多少吨？F m=100103N，KF= 2mV/V

测温热电阻传感器的分类

金属热电阻（热电阻）和半导体热电阻（热敏电阻）

Pt25:铂热电阻在0度时的阻值25欧。

热敏电阻（NTC负温度系数,PTC正温度系数）

绝对湿度：大气的水气含量通常用大气中水分的密度来表示，

相对湿度：是空气的绝对湿度与同温度下饱和状态空气绝对湿度的比值，能准确说明空气的干湿程度。

陶瓷湿敏电阻应采用交流供电。

3i124o1234() 2-34RURRRURRRRt8.6N1067.666102108101003333iomUUKFFF3

第三章 电感传感器

1.电感传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。

2.自感式传感器（电感传感器）

互感量式传感器（差动变压器传感器）

3.

自感系数常用L来表示，简称自感或电感

自感的单位是亨利,简称亨,符号是H。常用的较小的单位有毫亨(mH)和微亨(μH)

自感传感器的数值多为mH数量级

当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感L及感抗XL 较小，所以电流I 较大。当铁心闭合时，气隙δ变小，磁阻变小，电感L变大，电流I减小。

4.差动电感传感器

5.新的仪表标准规定电流输出为4～20mA；电压输出为1～5V

不让信号占有0～4mA这一范围的原因，一方面是有利于判断线路故障（开路）或仪表故障；另一方面，这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA，因此还能利用0～4mA这一部分“本底电流”为一次仪表的内部电路提供工作电流，使一次仪表有可能成为“两线制仪表”。

6. 二线制仪表

所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多数情况下，其中一根（红色）为+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准“负载电阻”（也称“取样电阻”）接地（也就是电源负极），就能将电流信号转变成电压信号。

202NAL4

第四章 电涡流传感器（非接触式测量）

1.电涡流效应：根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流。这种现象称为电涡流效应。（被测物为导电性能较好的金属导体）

2.集肤效应：当100kHz～2MHz信号源产生的交变电压施加到电感线圈L1上时，就产生一次电流i1 ，在线圈周围产生交变磁场Φ。如果将线圈靠近一块金属导体，金属导体表面就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为趋肤效应。

交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应来控制非电量的检测深度。

高频：反射式100kHz～1MHz

低频：透射式十几钱赫兹到几百赫

3.被测体材料形状和大小对灵敏度的影响

线圈阻抗变化与金属导体的电导率，磁导率有关。对于非磁性材料，被测体的电导率越高，则灵敏度越高，但被测体是磁性材料时，其导磁率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将影响电涡流线圈的Q值。

被测物为圆状物体的平面时，物体的直径应大于线圈直径的2倍以上。

被测物为轴状圆柱体的圆弧表面时，它的直径必须为线圈直径的4倍以上。

一般情况下，只要厚度在0.2mm以上，在测量时，传感器线圈周围除被测导体外，应尽量避开其他导体，以免干扰高频磁场，引起线圈的附加损失。

4.转速测量

若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为r/min）的计算公式为 n=60f/z

镀层厚度测量

由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲线，以便测量时对照。

电涡流表面探伤

5.接近开关

接近开关又称无触点行程开关

自感式，差动变压式 它只对导磁物体起作用。

电涡流式 它只对导电良好的金属起作用。

电容式 它对接地的金属或地电位的导电物体起作用。

霍尔式 它只对磁性物体起作用。

60 fnz5

第五章 电容传感器

1. 电容传感器的工作原理可以用平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，其电容为

式中

A——两极板相互遮盖的有效面积（m2）；

d——两极板间的距离，也称为极距（m）；

ε ——两极板间介质的介电常数（F/m）；

εr——两极板间介质的相对介电常数；

ε0——真空介电常数,ε0=8.8510-12(F/m)

2. a）差动变极距式 b）差动变面积式

1－动极板 2－定极板

差动电容传感器的灵敏度提高近一倍，线性也得到改善。外界的影响诸如温度、激励源电压、频率变化等也基本能相互抵消。电容传感器的非线性误差还可以进一步用计算机来计算修正 。

1-上面的电容特性

2-下面的电容特性

3-差动特性

线性好，灵敏度高

干的纸 2~4 纯净的水 80

3电容测厚仪：差动变极距式电容传感器

电容式油量表

当油箱中无油时，电容传感器的电容Cx 0为最小值。此时应使电桥输出为零。油量表调零过程如下：首先断开减速箱与RP的机械连接，将RP人为地调到零，即：电位器RP的滑动臂位于0点。此时R3=R4。再调节半可变电容C0，使C0=Cx 0，；此时，电桥满足：

0rAACddCx04C03XRXRx004x03012π12πfCCRCRfC