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检测仪表与传感器习题解答

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第3章 检测仪表与传感器

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：

标准表读数/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000

被校表读数/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001

(1)求出该温度仪表的最大绝对误差值；

(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8C，问该温度仪表是否符合要求?

解 (1) 校验数据处理：

标准表读数/℃ 0 200 400 600 700 800 900 1000

被校表读数/℃ 0 201 402 604 706 805 903 1001

绝对误差/℃ 0 +1 +2 +4 +6 +5 +3

+1

由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃；

(2)仪表误差：%6.0%10010006，

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。

3-6 如果有一台压力表，其测量范围为0~10MPa，经校验得出下列数据：

标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10

被校表正行程读数/MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99

被校表反行程读数/MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01

(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：

标准表读数/MPa

0 2 4 6 8 10

被校表正行程读数/MPa 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99

被校表反行程读数/MPa 0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01

压力表的变差/% 0 0.4 0.7 1.2 0.6 0.2

被校表正、行程读数平均值

/MPa 0 2.00 3.995 6.00 8.00 10.00

仪表绝对误差/ MPa 0 0.00 0.005 0.00 0.00 0.00

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%10010005.0；

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P.54~P55。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 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

max=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

max=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pmin=1.1MPa，工作压力上限pmax=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

)(13.26.1343443maxmaxMPapppp

)(3.31.13331minminMPapppp 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%10005.2055.0max 要求，故可选精度等级为2.0级（或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

)(3.231435MPap 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%100254.0max 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：

被校表读数/MPa 0．0 0．4 0．8 1．2 1．6

标准表上行程读数/MPa 0．000 0．385 0．790 1．210 1．595

标准表下行程读数/MPa 0．000 0．405 0．810 1．215 1．595

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

被校表读数/MPa 0.0

0.4 0.8 1.2 1.6 最大误差

标准表上行程读数/MPa 0.000 0.385 0.790 1.210 1.595

标准表下行程读数/MPa 0.000 0.405 0.810 1.215 1.595

升降变差/MPa 0.000 0.020 0.020 0.005 0.000 0.020

标准表上、下行程读数平均值/MPa 0.000 0.395 0.800 1.2125 1.595

绝对误差/MPa 0.000 0.005 0.000 -0.013 0.005 -0.013

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SFmP 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Pmax=1.0MPa1.62/3MPa；Pmin=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 AgVpppft21=const.（恒量）

3-32 用转子流量计来测气压为0.65MPa、温度为40℃的CO2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s，求CO2的真实流量（已知CO2在标准状态时的密度为1.977kg／m3）。

解 由题知：p0=0.MPa，p1=0.65+0.=0.(MPa)；T0=293K，

T1=273+40=313（K）；0=1.293kg/Nm3；1=1.977kg/Nm3，Q0=50L/s。则

)/(10550313101325.0977.1293751325.0293.101010101sLQTpTpQ 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／m3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／m3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t=7920kg／m3，f=0.831kg／L=831kg／m3，W=1000／m3，Q0=10 L/min

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《传感器与检测技术》试题及答案

《传感器与检测技术》试题及答案

《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。

3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。

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）=TBATTBA0d)(NNln)TT(ek0。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）

9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax）来计算，其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）

传感器与检测习题答案

传感器与检测习题答案

3.采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

解：单臂时40UKU，所以应变为1时660102410244UKU/V，应变为1000时应为330102410244UKU/V；双臂时20UKU，所以应变为1时660104210242UKU/V，应变为1000时应为330104210242UKU/V；全桥时UKU0，所以应变为1时60108U/V，应变为1000时应为30108U/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。

3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sinωtV，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm时,电桥输出电压u0。

b1da1Δxb2a2C1C2C1C2uiu0uu 题3图

解：根据测量电路可得

ttuaxuCCuuiisin750sin320500/mV

4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K→∞,Zi→∞),Rf极大,输入电压u1=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压u0为多少?

+-uiu0ＮＣxRfＣ0

解：由测量电路可得

sin45sin515.05.15.120200000000tuxddCCuCCuixix/V

传感器及检测技术复习卷

传感器及检测技术复习卷

《传感器及检测技术》 《传感器与检测技术》期终复习卷

1．评价传感器优良程度的一个指标是（ A ）。

A.精度 B.准确度 C.精密度

2. 在以下几种传感器当中 C 属于自发电型传感器。

A、电容式 B、电阻式 C、压电式 D、电感式

3. 在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入 D ，可测得最大的容量。

A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片

4．差分变压器线圈互感的增量与衔铁位移量之间成( A )关系。

A.正比 B.反比 C.不成比例

5. 将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 C 。

A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应

6．为了充分利用电涡流效应，被测体环的半径应大于线圈半径的（ A ）倍，否则将导致灵敏度降低；被测体为圆柱体时，它的直径必须为线圈直径的（ C ）倍以上，才不影响测量结果。

A.1.8 B.1.5 C.0.8 D.3.5

7. 在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 B 。

A、电容和电感均为变量 B、电容是变量，电感保持不变

C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变

8．防止酒后驾车的酒精检测仪是利用（ B ）制成的。

A. 湿敏传感器 B. 气敏传感器 C. 热电阻传感器 D. 光电式传感器

9. C 的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。

A、热端直径 B、热端和冷端的温度

C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率

10. 当石英晶体受压时，电荷产生在 B 。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上

传感器与测量技术试题(1)卷答案

传感器与测量技术试题(1)卷答案

《传感器与测量技术》试题（1）卷答案

班级_______ 姓名 学号 成绩

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的大小。（2分）

3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电

效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。

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）=TBATTBA0d)(NNln)TT(ek0。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）

9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax