《现代检测技术及仪表》第12章习题解答

第１章绪论1.1检测技术及仪表的地位与作用1.1.1检测仪表的地位与作用一、检测仪表检测――对研究对象进行测量和试验，取得定量信息和定性信息的过程。

检测仪表――专门用于“测试”或“检测”的仪表。

二、地位与作用：１、科学研究的手段诺贝尔物理和化学奖中有1/4是属于测试方法和仪器创新。

２、促进生产的主流环节３、国民经济的“倍增器”４、军事上的战斗力５、现代生活的好帮手６、信息产业的源头1.1.2 检测技术是仪器仪表的技术基础一、非电量的电测法――把非电量转换为电量来测量优越性：１）便于扩展测量的幅值范围(量程)２）便于扩宽的测量的频率范围(频带)３）便于实现远距离的自动测量4) 便于与计算机技术相结合, 实现测量的智能化和网络化二、现代检测技术的组成：电量测量技术、传感器技术非电量电测技术。

三、仪器仪表的理论基础和技术基础――实质就是“检测技术”。

“检测技术”＋“应用要求”＝仪器仪表1.2 传感器概述1.2.1传感器的基本概念一、传感器的定义国家标准定义――“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。

”（当今电信号最易于处理和便于传输）通常定义――“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。

二、敏感器的定义――把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置X=即被测非电量X正是传感器所能接受和转换的非电量(即可用非电１、当Z量)Z时，可直接用传感器将被测非电量X转换成电量Y。

X≠即被测非电量X不是传感器所能接受和转换的非电量(即可用非电２、当Z量)Z时，就需要在传感器前面增加一个敏感器，把被测非电量X转换为该传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)Z。

若敏感器的转换关系为 )(x z φ=传感器的转换关系为 )(z y ϕ=则组成的复合传感器的转换关系为 [])()(x f x y ==φϕ1.2.2传感器的分类和命名法一、传感器的类型二、传感器的分类方法：按照被测的非电量分类，按照输出量的性质分类。

第6章6-1答：有三条码道。

码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。

这两圈码道都等角距地分布着m 个透光与不透光的扇形区，但彼此错开半个扇形区即90°/m 。

所以增量码道产生的增量脉冲与辨向码道产生的辨向脉冲在时间上相差四分之一个周期，即相位上相差90°。

增量码道产生的增量脉冲的个数用于确定码盘的转动角度，辨向脉冲与增量脉冲的相位关系用于确定码盘的转动方向。

6-2答：因为主光栅沿栅线垂直方向(即x 轴方向)移动一个光栅栅距W ，莫尔条纹沿y 轴正好移动一个条纹间距H （H>>W ），光电元件的输出电压变化一个周期，光栅辩向电路产生一个脉冲计数，采用电子细分技术后，主光栅移动一个光栅栅距W ，细分电路将产生m 个计数脉冲，光栅的分辨率即一个脉冲计数代表的位移就从W 变成W/m 。

光栅的栅距一般为0.01～0.1mm ，电子细分数在12～60甚至更多，因此光栅传感器能测量很微小的位移。

光栅传感器中有两个相距四分之一莫尔条纹间距的光电元件，这两个光电元件的输出信号u 1和u 2的相位差正好等于π/2。

当位移反方向时，正向位移时原来相位超前的那个光电元件的输出信号的相位，就从相对超前变为相对迟后，这就会使相关的辨向电路控制计数器从脉冲加计数变成脉冲减计数，因此计数器的计数结果反映位移正负两抵后的净位移。

6-3答：长光栅所允许的移动速度V 受光敏二极管响应时间τ的限制τ≥VW 故s m s m WV /2010501063=⨯=≤--τ 6-4解：六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为： rad 098.06.523606===α。

码盘半径应为： mm mm lR 1.0098.001.0===α 循环码101101的二进制码为110110，十进制数为54；循环码110100的二进制码为100111，十进制数为39。

《现代检测技术及仪表》习题解答第1章1-1答：钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。

信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。

测量技术则是关键和基础”。

如果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。

因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。

仪器工业是信息工业的重要组成部分。

1-2答：同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性：1、便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。

2、电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。

3、把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。

4、把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。

1-3答：各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。

尽管各种仪器仪表的型号、原理和用途不同，但都由三大必要的部分组成：信息获取部分、信息处理部分、信息显示部分。

从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。

从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。

这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。

常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产物。

1-4答：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”叫做传感器。

现代检测技术_武汉理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.当环境温度一定时，霍尔传感器可做成（）。

答案:乘法器2.变面积型电容传感器的电容相对变化量与位移成。

答案:正比3.误差按表示方法分为绝对误差和相对误差，其中示值误差属于（）。

答案:示值相对误差4.差动式电容传感器可以减小误差。

答案:非线性5.下列何种光电器件的光照特性近似线性（）。

答案:光敏二极管6.应变片受恒力作用时，应变电阻值随时间而变化，这种现象称为（）。

答案:蠕变7.人工陶瓷沿Z轴给力时，将产生向压电效应。

答案:纵8.石英晶体的沿X轴产生向压电效应。

答案:纵9.石英晶体中，X轴又称为（）。

答案:电轴10.利用霍尔传感器测位移，是利用了磁感应强度是的函数。

答案:位置11.金属应变片的结构主要有金属丝、金属箔、三种。

答案:金属薄膜12.光电管和光电倍增管都是基于（）效应的。

答案:外光电效应13.半导体应变片的应变效应主要由的变化所引起。

答案:电阻率14.在传感器静态特性指标中，描述传感器在输入量按同一方向行程中连续多次测量所得特性曲线不一致程度的指标是。

答案:重复15.下面那种不是霍尔传感器不等位电势的产生原因（）。

答案:空载电势的存在16.在机器系统和人体系统的对应关系中，下面哪个描述是错误的。

（）答案:由计算机获取外界信息17.霍尔电流传感器是通过霍尔电势表达式中的变化来测量的。

答案:磁场##%_YZPRLFH_%##B##%_YZPRLFH_%##磁场大小18.在下列应变式传感器的测量电路中，哪种电路存在非线性误差（）。

答案:单臂桥19.传感器的国标符号中，三角形表示元件。

答案:敏感D图像传感器按结构可分为帧转移式和转移式。

答案:行间##%_YZPRLFH_%##行21.线阵CCD中，单通道结构比双通道（）。

答案:成本低22.光纤陀螺属于（）。

答案:功能性光纤传感器23.光电效应分为内光电效应和外光电效应两种，其中光敏电阻的光电效应为。

检测技术及仪表习题答案在现代科技高度发达的时代，检测技术及仪表在各行各业中扮演着重要的角色。

无论是医疗领域中的疾病检测，还是工业领域中的质量控制，检测技术及仪表都起到了至关重要的作用。

本文将从不同领域的检测技术及仪表入手，探讨其应用和作用。

首先，我们来看医疗领域中的检测技术及仪表。

在医疗诊断中，各种检测技术及仪表被广泛应用于疾病的早期诊断和治疗过程中。

例如，血液检测仪器可以通过分析血液中的各种指标，如血红蛋白、血糖、血脂等，来评估患者的健康状况。

此外，影像学检测设备，如X射线机、CT机等，能够帮助医生准确诊断疾病，并指导后续的治疗方案。

这些检测技术及仪表的应用不仅提高了医疗诊断的准确性和效率，也为疾病的早期发现和治疗提供了有力的支持。

其次，我们来看工业领域中的检测技术及仪表。

在工业生产中，质量控制是一个至关重要的环节。

各种检测技术及仪表被广泛应用于工业生产线上，以确保产品的质量符合标准。

例如，光谱仪可以用于检测材料的成分和结构，从而判断其质量是否合格。

此外，测量仪器，如温度计、压力计等，可以用于监测生产过程中的各种参数，以确保产品的稳定性和一致性。

这些检测技术及仪表的应用，不仅提高了产品的质量，也降低了生产成本，提高了生产效率。

除了医疗和工业领域，检测技术及仪表还在环境保护、食品安全等领域发挥着重要作用。

例如，空气质量检测仪器可以监测空气中的各种污染物，帮助环保部门及时采取措施减少污染物的排放。

食品安全检测仪器可以检测食品中的有害物质，确保食品的安全和卫生。

这些检测技术及仪表的应用，保护了人们的健康和环境的可持续发展。

然而，尽管检测技术及仪表在各个领域中发挥着重要作用，但仍然存在一些挑战和问题。

首先，检测技术及仪表的精度和准确性需要不断提高，以满足日益复杂和多样化的需求。

其次，检测技术及仪表的成本也是一个问题，对于一些发展中国家和中小型企业来说，高昂的设备费用可能成为限制因素。

此外，检测技术及仪表的标准化和认证也需要进一步完善，以确保其可靠性和可比性。

第 4章１、 为什么线绕式电位器容易实现各种非线性特性而且分辨力比非线绕式电位器低? 答: 线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线, 整齐地绕在一个绝缘 骨架上制成的。

在电阻器与电刷相接触的部分, 导线表面的绝缘层被去掉并抛光, 使两者在 相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。

电刷滑过一匝线圈, 电阻就增加或减小一匝线圈的 电阻值。

因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。

只要按精确设计绝缘骨架尺寸按一定 规律变化, 如图４－1-2(b)所示, 就可使位移－电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。

由 ４－1-2(a)可见, 只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时, 线绕式电位器的电阻才会 变化一个台阶。

而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动, 电阻呈连续变化, 因此线绕式电 位器分辨力比非线绕式电位器低。

２、 电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小吗?为什么?答: 应变片的灵敏系数k 是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应 变之比称为, 而应变电阻材料的应变灵敏系数k 0是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变 电阻材料的应变之比。

实验表明: k ＜k , 究其原因除了黏结层传递应变有损失外, 另一重要原因是存在横向效应的缘故。

应变片的敏感栅一般由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。

当试件承受单向应力时, 其表面 处于平面应变状态, 即轴向拉伸εx 和横向收缩εy 。

粘贴在试件表面的应变片, 其纵栅承 受εx 电阻增加, 而横栅承受εy 电阻却减小。

由于存在这种横向效应, 从而引起总的电阻 变化为⊗RR = k x ∑x + k y ∑ y = k x (1+〈H )∑x ,按照定义, 应变片的灵敏系数为k = ⊗R / R = k (1+〈H ),∑ x x∑ y k y 因〈 = ∑ x < 0, 横向效应系数 H = k x> 0, 故k < k x < k 0。

1、 在热电偶的电极材料选择上为什么要选用电导率高，并且温度系数小的材料？2、常用热电偶（测高温）为什么要使用补偿导线？使用补偿导线时要注意什么？2、 用分度号为E 的热电偶和与其匹配的补偿导线测量温度,但在接线过程中把补偿导线的极性接反了，问仪表的指示如何变化?为什么？4、试述热电阻测温原理？常用热电阻的种类有哪些？R 0各为什么？各有什么特点？5、热电阻测温中有几种连接方法？哪一种测量精确度最高？工程上常用的是哪一种？为什么？6、什么是三线制接法？7、热电偶的结构与热电阻的结构有什么异同之处？8、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？冷端补偿措施可否取代补偿导线的作用？为什么?1、 如果将镍铬-镍硅补偿导线极性接反，当电炉温度控制于800℃，若热电偶接线盒处温度为50℃，仪表接线板处温度为40℃，问测量结果与实际相差多少？ 答：镍铬-镍硅的分度表是K 。

补偿导线极性接正确时测量结果是800℃。

若补偿导线极性接反，则仪表测得的热电势为： 查K 分度表，32455μV 对应的显示仪表显示值（测量结果）为780℃。

所以，在补偿导线极性接反时，测量结果比实际结果低20℃2、分度号为K 的热电偶，误将E 的补偿导线配在K 的电子电位差计上，如图所示。

电子电位差计的读数为650℃，问被测温度实际值为多少？答：设实际温度为t 。

由题意可得：查K 、E 分度表，并计算可得：()()()()()()VE E E E E E K K K K K μ3245540,5020.8000,4040,5050,800=-=+-=再查K分度表，得：t=640℃3用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，测得的热电势为20mA，此时冷端温度为50℃，求实际温度为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在25℃，此时显示仪表的指示值（温度）应为多少？答：没有采取冷端温度补偿，即显示仪表的指示是E(t,t0)，t-热端温度，t0-冷端温度。

《现代检测技术及仪表》习题解答第1章１、为什么说仪器仪表是信息的源头技术。

答：当今世界正在从工业化时代进入信息化时代。

信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。

测量技术则是关键和基础。

仪器的功能在于用物理、化学或生物的方法，获取被检测对象运动或变化的信息。

仪器是一种信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用。

仪器是信息时代的信息获取——处理——传输的链条中的源头技术。

如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。

钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。

”。

现在提到信息技术通常想到的只是计算机技术和通讯技术，而关键的基础性的测量技术却往往被人们忽视了。

从上所述可以看出仪器技术是信息的源头技术。

仪器工业是信息工业的重要组成部分。

２、非电量电测法有哪些优越性。

答：1）便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。

2）电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。

3）把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。

4）把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。

３、各类仪器仪表有哪些共性。

答：从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。

从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。

这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。

分章节知识点C11．开闭环仪表各有何优缺点？P6-72．检测系统的静/动态特性有哪些？P7-103．一阶系统的计算；4．仪表的误差与等级方面的计算。

C21．检测技术的一般原理P29-302．检测仪表的组成与各部分的作用 P2图1。

1或P97图3。

13．检测仪表的设计方法按结构形式来分主要有四类，即简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换 P100-108C3对位移、力与压力、振动、转速、温度、物位、流量、成分等常用工程量作测试，按提出的测试要求，设计测试方案，选传感器，分析方法，测试步骤，预期结果。

参习题C4 虚拟仪器的特点。

一简答题1．测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为几类，各是什么？答：测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为四大类，分别为：1）液柱式压力计；2）弹簧式压力计；3）电器式压力计；4）活塞式压力计。

2．测量的基本方程式是什么？它说明了什么？答：3．测量物位仪表按其工作原理主要有哪些类型？答：1）直读式物位仪表；2）差压式物位仪表；3）浮子式物位仪表；4）电磁式物位仪表；5）和辐射式物位仪表；6）声波式物位仪表；7）光学式物位仪表。

4．什么是温度？温度能够直接测量吗？答：温度是表征物体冷热程度。

温度不能直接测量，只能供助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同变化的特性来加以间接测量。

5．什么是压力式温度计，它是根据什么原理工作的？答：应用压力随温度的变化来测量的仪表叫压力式温度计。

它是根据在密闭系统中的液体。

气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理制作的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。

6．差压变送器的检测元件为什么要做成膜盒结构，用单膜片行不行？答：因为膜盒组件在使用的差压范围内，具有很好的灵敏度和线性，而当差压超过使用范围时，即单向过载时，膜盒不但不坏，而且也极少有影响；由于膜盒内充有硅油，它除了传递压力之外，还有限尼作用，所以仪表输出平稳；由以上可知单膜片不能耐单向过载，尽管它加工方便，灵敏度高，不宜使用。