直接测量的方法有偏差式测量 零位式测量 微差式测量三种方法
- 格式:doc
- 大小:449.32 KB
- 文档页数:10
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40U K U ε=,所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ,应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ;双臂时20U K U ε=,所以应变为1时660104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ,应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ;全桥时U K U ε=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b 1=b 2=b =200mm ,a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ,极间介质为空气,测量电路u 1=3sinωt V ,且u=u 0。
试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0。
b 1d a 1Δxb 2a 2C 1C 2C 1C 2u i u 0u u题3图解:根据测量电路可得 t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV4.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。
C 0=200pF ,传感器的起始电容量C x0=20pF ,定动极板距离d 0=1.5mm ,运算放大器为理想放大器(即K →∞,Z i →∞),R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V 。
求当电容传感动极板上输入一位移量△x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少?+-u i u 0NCx R fC0解:由测量电路可得ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-=t u xd d C C u C C u i x i x/V 1.为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答:因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量,可等效成一定的电容,如被测量为静态时,很难将电荷转换成一定的电压信号输出,故只能用于动态测量。
一、单项选择题1.下列指标中,不能表征测量精度的是(A )A.正确度B.精密度C.准确度D.精确度2.仪表1:量程范围0〜500℃, 1.0级;仪表2:量程范围0〜100℃, 1.0级。
两个仪表的绝对误差的大小是(A )。
A. 1>2B. 1=2C. 1<2D.无法比较3.下列指标中,表征测量仪表对被测量变化的敏感程度的是(A )。
A.灵敏度B.分辨率C.线性度D.变差4. 69X 102有几位有效数字?化)A. 1B. 2C. 3D. 45.在压力测量仪表的量程时,为保证安全性,压力较稳定时,最大工作压力不超过仪表量程的(D )。
A. 1/3B. 1/2C. 2/3D.3/46.热电偶测温的基本原理(A)A.热电效应B. 2热压效应C.热胀效应D. 4冷缩效应7.测量仪表的主要性能指标有(ABD)A.精度B.稳定度C.输入电阻D.灵敏度8.可以表达精度的指标是(ABD)A.精密度B.线性度C.正确度D.准确度9.下列测温方法,属于非接触测温的是(D )A.热电偶测温B.热电阻测温C.膨胀式测温D.光学温度计 10.下列不属于用于测温的热电阻材料该具备的条件的是(A )A.电阻温度系数a应尽可能小B.电阻率大,可以得到小体积元件C.价格便宜,工艺性好D.电阻温度特性尽可能接近线性11.下列哪种流量计属于容积式流量计?(B )A.转子流量计B.椭圆齿轮流量计C.涡轮流量计D.涡街流量计12.下列哪种流量计属于差压式流量计?( A)A.转子流量计B.椭圆齿轮流量计C.涡轮流量计D.涡街流量计二、填空题1.测量方法的分类中,按测量手段分为:直接、间接、组合。
2.测量仪表的三个基本的功能是:物理量变换、信号传输、测量结果显示。
3.随机误差特点:有界性、对称性、抵偿性。
4.热电偶电势由接触电动势和温差电势组成。
5.标准节流装置取压方式中,目前应用最广泛的是:孔板式和文丘里。
6.差压式流量计由节流装置,导压管和差压计三部分组成。
《自动检测技术》习题集及部分参考答案第一章传感器和测量的基本知识§1-1测量的基本概念复习思考题1.测量的定义及其内容是什么?2.直接测量和间接测量的定义是什么?3.直接测量的方法有几种方法?它们各自的定义是什么?4.仪表精度有几个指标?它们各自的定义是什么?(学习指导p1)5.仪表分辨力的定义是什么?作业题1.测量是借助和和,取得被测对象的某个量的大小或符号;或者取得与之间的关系。
(专用技术;设备;实验;计算;一个变量;另一变量)2.测量是将被测量与通过专用的技术和设备进行比表示测量结果时,必须注明(同性质的标准量;比较;标准量倍数;标准量某0的单位)3.直接测量是从事先间的函数关系,先测出,再通过相应的函数关系,被测量的数值。
(分度好的表盘;被测量;某种中间量;中间量;计算出)4.直接测量方法中,又分,和。
(零位法;偏差法;微差法)5.零位法是指在比较仪器中进行,让仪器指零机构,从而确定被测量等于该方法精度(被测量;已知标准量;比较;达到平衡(指零);已知标准量;较高)6.偏差法是指测量仪表用,直接指出被测量的大小。
该法测量精度一般不高。
(指针、表盘上刻度线位移)7.微差法是和的组合。
先将被测量与一个进行用测出。
(零位法;偏差法;已知标准量;比较;偏差法)8.测量仪表指示值程度的量称为精密度。
测量仪表指示值有规律地称为准确度。
(不一致;偏离真值)9.测量仪表的精确度简称,是和以测量误差的来表示。
(精度;精密度;准确度;相对值)10.显示仪表能够监测到被测量(最小变化)§1-2传感器的一般特性复习思考题1.试述传感器的定义及其在检测中的位置。
2.传感器静态特性和动态特性的定义是什么?3.传感器静态特性的技术指标及其各自的定义是什么?作业题1.传感器是与被测对象接触的环节,它将被测量转换成与机构。
它是检测和控制中最关键的部分。
(最初;被测量有确定对应关系;电量)2.通常用传感器的和来描述传感器输出-输入特性。
仪表的测量及误差检测系统检测:检测即测量,是为准确获取表征被测对象特征的某些参数的定量信息,利用专门的技术工具,运用适当的实验方法,将被测量与同种性质的标准量(即单位量)进行比较,确定被测量对标准量的倍数,找到被测量数值大小的过程。
检测的基本方法:检测方法是实现检测过程所采用的具体方法。
根据检测仪表与被测对象的特点,检测方法主要有以下几种: (1)接触式与非接触式; (2)直接、间接与组合测量; (3)偏差式、零位式与微差式测量。
(4)还有其他的分类(如根据物理量、检测原理)。
理想的检测系统:检测系统希望具有良好的频率特性、适当高的灵敏度、快速响应和较小的时间滞后,实现输出波形无失真的复现输入波形。
其中,线性系统最为理想。
检测系统的基本特性:测量系统的基本特性:指测量系统的输出与输入的关系,分为静态特性和动态特性。
测量系统的静态特性:指测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时,测量系统的输入与输出之间的关系。
衡量指标:灵敏度、线性度、滞后度。
1.1 灵敏度和分辨率:灵敏度是检测系统静态特性的一个基本参数。
它表示检测系统对输入信号变化的一种反应能力,其定义是输出增量⊿y 与引起输出增量⊿y 的相应输入增量⊿x 之比。
dy dx1.2 线性度:线性度是度量测试系统输出、输入间线性程度的指标。
测量系统输入和输出之间的关系曲线称为定度曲线。
定度曲线和理想曲线的最大偏差B 与测试系统标称全量程输出范围A 之比称为系统的线性度。
线性度=B/A×100%Y+_图1.5 定度曲线线性度的求取方法:最小二乘直线法、两点连线法、最大偏差比较法。
dxdys x y s =∆∆=或y max max1.3 滞后度:滞后度也称为回程误差或变差,用来评价实际测试系统的特性与理想测试系统特性差别的一项指标。
定义:在全量程范围内,当输入量由小增大和由大减小时,对于同一个输入量所得到的两个数字不同的输出量之差的最大值为滞后量,它与全量程A 的比值称为滞后度。
传感器技术期末考试试卷(A)一、名词解释(每题4分,共20分)1. 传感器:(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、便于应用的另一种量的测量装置)(能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成)2. 电位器式传感器:(是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件,,又可做分压器用的测量装置)3. 电容式传感器:(将被测量(如压力、尺寸等)的变化转换成电容量变化的一种传感器)4. 霍尔传感器:(是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器)5. 测量:(是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较,获得被测量对比该标准量的倍数,从而在量值上给出被测量的大小和符号)二、填空题(每空1分,共20分)1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。
2.压电式传感器元件是力敏元件,它能测量最终能变换为力的那些物理量是:应力、压力、加速度等。
3.压电陶瓷是人工制造的多晶体,由无数细微的电畴组成。
4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。
5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。
6.在光线作用下,半导体的电导率增加的现象称为光电效应。
7.功能型光纤传感器分为:相位调制型传感器、光强调制型传感器和偏振态调制型传感器三种类型。
8.直接测量的方法通常有三种方法,即:偏差法、零位法和微差法。
9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件,又可做分压器用的测量装置三、简答题(每题10分,共30分)1. 按传感器的工作原理分类有哪些?(1)电学式传感器;(2)磁学式传感器;(3)光电式传感器;(4)电势型传感器;(5)电荷式传感器;(6)半导体传感器;(7)谐振式传感器;(8)电化学式传感器等。
2. 应变片有哪几部分组成?其核心部分是什么?电阻应变片的构造一般由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。
1测量1.直接测量方法中,又分,和。
(零位法;偏差法;微差法)2.零位法是指与在比较仪器中进行,让仪器指零机构,从而确定被测量等于。
该方法精度。
(被测量;已知标准量;比较;达到平衡(指零);已知标准量;较高)3.偏差法是指测量仪表用相对于,直接指出被测量的大小。
该法测量精度一般不高。
(指针、表盘上刻度线位移)7.微差法是和的组合。
先将被测量与一个进行,不足部分再用测出。
(零位法;偏差法;已知标准量;比较;偏差法)8.测量仪表指示值程度的量称为精密度。
测量仪表指示值有规律地程度的量称为准确度。
(不一致;偏离真值)9.测量仪表的精确度简称,是和的总和,以测量误差的来表示。
(精度;精密度;准确度;相对值)10.显示仪表能够监测到被测量的能力称分辨力。
(最小变化)11.传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
12.对一台确定的仪表或一个检测系统,最大引用误差是一个定值。
13.测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。
14.某仪表的精度等级为0.1级,是表示在使用时它的最大引用误差不超过±0.1%;即在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的±0.1%。
15.精度等级已知的测量仪表只有在被测量值接近满量程时,才能发挥它的测量精度。
16.静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
静态特性的主要技术指标有:线性度、迟滞特性、重复性、灵敏度、分辨力和阈值、稳定性和温度稳定性、漂移、静态误差等。
17.传感器的动态性能指标主要有:固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。
18.分辨力(分辨率)指传感器能检测到的最小的输入增量,可用绝对值、也可用满量程的百分数表示。
19.阈值:自控系统中能产生一个校正动作的最小输入值。
20.分辨力说明了传感器的最小的可测出的输入变量;阈值说明传感器的最小可测出的输入量。
测量方法的分类测量是以确定量值为目的的一系列操作,采用各种手段将被测量与同类标准量进行比较,从而确定出被测量大小的方法称为测量方法。
测量方法对测量工作是十分重要的,它关系到测量任务是否能完成。
因此要针对不同测量任务的具体情况进行分析后,找出切实可行的测量方法,然后根据测量方法选择合适的检测技术工具,组成测量系统,进行实际测量。
对于测量方法,从不同的角度出发,有不同的分类方法。
按测量手段和获得测量结果的方法不同进行分类,主要有直接测量、间接测量和组合测量三种测量方法。
1. 直接测量、间接测量和组合测量(1)直接测量在使用仪表进行测量时,对仪表读数不需要经过任何运算,就能直接表示测量所需要的结果,称为直接测量。
例如,用磁电式电流表测量电路的支路电流,用弹簧管式压力表测量锅炉压力,汽车油位表、暖气管道的压力表等等就是直接测量。
直接测量的优点是测量过程简单而迅速,测量结果直观,缺点是测量精度不容易做到很高。
这种测量方法是工程上大量采用的方法,如图1-5所示。
图1-5 各种直接测量的实例(a) 各种卡尺;(b) 温度计;(c) 血压计(2)间接测量有的被测量无法或不便于直接测量,但可以根据某些规律找出被测量与其他几个量的函数关系。
这就要求在进行测量时,首先对与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量,然后将测量值代入函数关系式,经过计算得到所需的结果,这种方法称为间接测量。
例如,对生产过程中的纸张或地板革的厚度进行测量时无法直接测量,只得通过测量与厚度有确定函数关系的单位面积重量来间接测量。
因此间接测量比直接测量来得复杂,但是有时可以得到较高的测量精度。
例如:测量一根导体的电阻率,根据公式l R d 4/2πρ ,只需测量导体的直径、长度和阻值,就可以计算出电阻率。
间接测量方法能够获得许多不能通过直接测量的信息,或者通过间接测量方法能够得到比直接测量方法精读更高的结果。
(3)组合测量又称“联立测量”,即被测物理量必须经过求解联立方程组才能导出最后测量结果。
1、测量的概念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实践过程。
2、测量方法的分类(1)根据被测量是否随时间变化,可分为静态测量和动态测量。
(2)根据测量的手段不同,可分为直接测量和间接测量。
(3)根据测量时是否与被测对象接触,可分为接触式测量和非接触式测量。
(4)根据测量的具体手段来分,可分为偏位式测量,零位式测量和微差式测量。
偏位式测量:在测量过程中,被测量作用于仪表内部的比较装置,使该比较装置产生偏移量,直接以仪表的偏移量表示被测量的测量方式称为偏位式测量。
零位式测量:在测量过程中,被测量与仪表内部的标准量相比较,当测量系统达到平衡时,用已知标准量的值决定被测量的值,这种测量方式称为零位式测量。
微差式测量:微差式测量法是综合了偏位式测量法速度快和零位式测量法准确度高的优点的一种测量方法。
3、测量误差的表示方法绝对误差和相对误差相对误差又包括示值(标称)相对误差和引用误差(也叫满度相对误差)4、我国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。
准确度等级对应基本误差:eg:0.1对应±0.1% 5、测量误差的分类粗大误差、系统误差、随机误差、静态误差和动态误差。
静态误差:在被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。
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。
6、随机误差的正态分布曲线的三个规律集中性、对称性、有界性7、不确定度的概念由于测量误差的存在,对被测量值不能肯定的程度,也表明该结果的可信赖程度。
8、测量系统静态误差的合成方法绝对值合成法和方均根合成法9、传感器的定义组合以及每一部分能完成的功能、起到的作用传感器是一种检测装置,能感受规定的被测量,并能将检测感受到的信息,按一定的规律变换成为电信号或其他所需要形式的信息输出。
以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求传感器主要包括敏感元件、传感元件和测量转换电路三个部分敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件,即被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。
检测的基本方法:1接触式与非接触式;2直接、间接与组合测量;3偏差式、零位式与微差式测量..检测仪表的组成:传感器;变送器;显示仪表;传输通道绝对误差Δ:被测量的测量值xi与真值x0之差..即Δ=xi- x0系统误差、随机误差和粗大误差温标三要素:温度计、固定点和内插方程温标不是温度标准;而是温度标尺的简称测温方法及分类:1接触式:测温元件与被测对象接触;依靠传热和对流进行热交换..2非接触式:测温元件不与被测对象接触;而是通过热辐射进行热交换;或测温元件接收被测对象的部分热辐射能;由热辐射能大小推出被测对象的温度..热电偶测温原理两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路;如果两个结合点处的温度不相等;则回路中就会有电流产生;这种现象叫做热电效应..热电势由两部分组成:温差电势和接触电势..热电动势1只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶;且两端温度必须不同;2热电势的大小;只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关;与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关..热电偶的基本定律一均质材料定律二中间导体定律三中间温度定律四参考电极定律热电偶结构:热电极、绝缘套管、保护管和接线盒 S、R、B三种热电偶均由铂和铂铑合金制成;称贵金属热电偶..K、N、T、E、J五种热电偶;是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成;称为廉价金属热电偶热电偶的冷端补偿:冰点法;计算法;冷端补偿器法;补偿导线法可将热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定场合补偿原理:不平衡电动势Uba补偿抵消热电偶因冷端温度波动引起的误差..压力检测方法:1 弹性力平衡法2 重力平衡方法3 机械力平衡方法4物性测量方法弹性元件:弹簧管;弹性膜片;波纹管霍尔压力传感器:属于位移式压力差压传感器..它是利用霍尔效应;把压力作用所产生的弹性元件的位移转变成电势信号;实现压力信号的远传..压电式传感器:是一种典型的发电型传感器..它以某些电介质的压电效应为基础;将被测量转换成电荷和电压;完成由非电量到电量的转换过程..压电效应:压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时;其内部产生极化现象;并在其表面上产生电荷;而且在去掉外力后;它们又重新恢复到原来的不带电状态;这种现象称之为压电效应..热电偶式真空计:利用发热丝周围气体的导热率与气体的稀薄程度真空度间的关系..流量计类型:速度式流量计;容积式流量计节流装置测量原理:当流体连续流过节流孔时;在节流件前后由于压头转换而产生压差..对于不可压缩流体例如水;节流前后流体的密度保持不变.. Q=αA d√(2△p/ρ)标准节流装置:标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里管阿牛巴是一种均速流量探头;配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计;也属于差压式流量测量仪表;用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量电磁流量计原理:被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时;在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex伏;Ex与体积流量Q的关系为: Ex=4B/πDQ×10-8=KQ 利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势;经放大和转换处理后;仪表指示出流量值..自动控制:就是在没有人直接参与的情况下;利用外加的设备或装置控制装置;使机器、设备或生产过程控制对象的某个工作状态或参数被控量按照预定的规律自动地运行过程控制系统:以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统..过程控制系统组成:对象;检测元件及变送器;控制器;执行器过程控制系统的分类:定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统控制系统的品质指标:衰减比n;最大偏差或超调量;余差C;稳定时间;震荡周期或频率自衡的非振荡过程:在阶跃作用下;被控变量无须外加任何控制作用、不经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性质;称自衡的非震荡过程..无自衡非振荡过程:如果不依靠外加控制作用;不能建立起新的物料平衡状态;这种特性称为无自衡..有自衡的振荡过程:在阶跃作用下;被控变量出现衰减振荡过程;最后趋于新的稳态值;称为有自衡的振荡过程..具有反向特性的过程:有少数过程会在阶跃作用下;被控变量先降后升;或先升后降;即起始时的变化方向与最终的变化方向相反..对象特性的参数 :一放大系数K放大系数K是一个静态特性参数;只与被控量的变化过程起点与终点有关;而与被控量的变化过程没有关系..二时间常数 Tc时间常数Tc是说明被控量变化快慢的参数;其值等于系统阻值R与容量C的乘积三滞后时间τ对象在受到扰动作用后;被控量不是立即变化;而是经过一段时间后才开始变化;这个时间就称为滞后时间被控过程的数学模型 :模型分类:动态与静态模型;参数模型与非参数模型..建模方法:机理建模;实验建模变送器在自动检测和控制系统中的作用;是将各种工艺参数转换成统一的标准信号;以供显示、记录或控制之用..温度变送器其作用是将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一的信号;输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制差压变送器用于防止管道中的介质直接进入变送器里;感压膜片与变送器之间靠注满流体的毛细管连接起来..它用于测量液体、气体或蒸汽的液位、流量和压力;然后将其转变成4~20mA DC信号输出..被控量的选择原则:1作为被控量;必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度;滞后要小2必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状;检测点的选取必须合适..3以产品质量指标为被控量4以工艺控制指标为被控量操纵量的选择原则:1控制通道对象放大系数适当地大些;时间常数适中;纯滞后越小越好;2扰动通道对象的放大系数应尽可能小;时间常数应尽可能大;3扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件;增大扰动通道的容量滞后;可减少对被控量的影响; 4操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发;还必需考虑生产工艺的合理性、经济性..前馈控制是指按照扰动产生校正作用的控制方法..基本原理:测取进入过程的扰动量外界扰动和设定值变化;并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量;已抵消补偿扰动对被控量的影响..计算机控制系统的组成:工业控制计算机和生产过程计算机控制系统:1操作指导控制系统2直接数字控制系统3监督控制系统4数据采集与监视控制系统5集散控制系统6现场总线控制系统7计算机集成制造系统可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统;专为在工业环境应用而设计的PLC 的基本特点:1可靠性高、抗干扰能力强;2设计、安装容易;接线简单;维护方便;3编程简单、使用方便;4模块品种丰富、通用性好、功能强;5体积小、重量轻、能耗低;易于实现自动化..集散控制系统DCS 就是以微处理器为基础的集中分散型控制系统..分级:1分散过程控制级2集中操作监控级3综合信息管理级1操作员站2现场控制站3工程师站4服务器和其它功能站DCS 功能特点:1分散控制;集中管理;2硬件积木化;软件模块化;3采用局域网通信技术;4完善的控制功能;5管理能力强;6安全可靠性高;7高性能/价格比..DDZ Ⅱ与III 区别:DDZ-Ⅱ型是分立元件放大器;主输出0~5V;辅助输出0~10mA;这样故障输出0和零点输出0就分辨不出来;Ⅲ型是集成电路放大器;主输出4~20mA;辅助输出1~5V;可以分辨出故障输出0和零位输出0实际输出是1V 或者4mA..而且超量程可以输出3.8mA 和20.8mA..这样仪表检修工容易判断是否故障..PID 参数特点、优点、控制规律:P 灵敏简单;只有一个整定参数但存在误差PI 消除静差灵敏;但对滞后较大对象;调节慢且效果不好PD 增进调节系统的稳定性;调小比例度加快调节过程减小动态偏/静差;系统对高频干扰特别明显;输出易夹杂高频干扰PID 综合了各类调节作用的优点所以有更高的调节质量;对于滞后大;负荷大的对象;用复杂控制系统PID 调节器的参数p K 、I T 、DT 对控制性能各有什么影响 1比例增益p K 反映比例作用的强弱;p K 越大;比例作用越强;反之亦然..比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短;但在过渡过程终了时存在余差2积分时间I T 反映积分作用的强弱;IT 越小;积分作用越强;反之亦然..积分作用会使系统稳定性降低;但在过渡过程结束时无余差;3微分时间DT 反映积分作用的强弱;DT 越大;积分作用越强;反之亦然..微分作用能产生超前的控制作用;可以减少超调;减少调节时间;但对噪声干扰有放大作用..检测仪表的基本技术指标a 绝对误差:检测仪表的指示值X 与被测量真值X t 之间存在的差值称为绝对误差Δ..表示为: Δ= X -X tb又称引用误差或相对百分误差..c 精确度精度为了便于量值传递;国家规定了仪表的精确度精度等级系列.. 如0.5级;1.0级;1.5级等..仪表精度的确定方法:将仪表的基本误差去掉“±”号及“%”号;套入规定的仪表精度等级系列..d 灵敏度和分辨率:灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度;常以仪表输出如指示装置的直线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比表示:S=ΔY/ΔX S -仪表灵敏度;ΔY -仪表指针位移的距离或转角;ΔX -引起ΔY 的被测参数变化量..分辨率表示仪表显示值的精细程度..分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值..e 变差:在外界条件不变的情况下;同一仪表对被测量进行往返测量时正行程和反行程;产生的最大差值与测量范围之比称为变差..造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力; 弹性元件的弹性滞后等..正反行程测量:将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室或定位器;测量各点所对应的行程值;计算出实际"信号-行程"关系同理论关系之间关系f 响应时间:当用仪表对被测量进行测量时;被测量突然变化以后;仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来..这段时间称为响应时间..气开、气关式选择依据:按控制信号中断时;保证生产设备安全的原则确定..调节阀正反作用的选择是在调节阀气开气关确定后;其确定原则是:使整个回路构成负反馈系统..简述“积分饱和现象”产生的内因和外因..什么是积分饱和现象 积分饱和现象如何消除: 内因:控制器包含积分控制作用;外因:控制器长期存在偏差..在偏差长期存在的条件下;控制器输出会不断增加或减小;直到极限值引起积分饱和..积分饱和:具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下;其输出达到输出范围上限值或下限值以后;积分作用将继续进行;从而使控制器脱离正常工作状态..消除: 1采用积分分离的方法;将PID 调解分开执行 2对积分调节器设置输出高低限幅;达到限幅时暂时切除积分作用使其跟踪;待偏差减小后再投入温度传感器①双金属片:用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片..受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲..若将双金属片制成螺旋形;当温度变化时;螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转;带动指针在刻度盘上指示出相应温度值..②压力式:利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温..原理: 封闭容器中的液体气体或低沸点液体的饱和蒸汽;受热后体积膨胀;压力增大..③热电偶:根据热电效应;将两种不同的导体接触并构成回路;若两个接点温度不同;回路中产生热电势..通过测量热电偶输出的热电势测量温度利..④热电阻:利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温..定值、随动、前馈、程序控制系统特点、概念⑴定值: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.. ⑵随动:设定值随时可能变化..变差=量程正反行程最大差值×100%⑶前馈控制的原理:当系统出现扰动时;立即将其测量出来;通过前馈控制器;根据扰动量的大小改变控制变量;以抵消扰动对被控参数的影响..前馈控制的特点:①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的; 称为“扰动补偿”..如果补偿精确;被调变量不会变化;能实现“不变性”控制..②前馈控制是开环控制;控制作用几乎与干扰同步产生;是事先调节;速度快..③前馈控制器的控制规律不是PID 控制;是由对象特性决定的..④前馈控制只对特定的干扰有控制作用;对其它干扰无效..⑷程序:设定值按预定的时间程序变化..过渡过程的品质指标衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n ;4-10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;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;调节时间:从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间;振荡频率:过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期;其倒数称为振荡频率;峰值时间:过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间..现场总线:连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信线路..现场总线;是指将现场设备如数字传感器、变送器执行器等与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络..具有全数字化、分散、双向传输等特点;是工业控制网络向现场级发展的产物..调节阀的流量特性:调节阀的流量特性指介质流过阀门的相对流量与相对开度之间的关系: 为相对流量;即调节阀某一开度的流量与全开流量之比; 为相对开度;即调节阀某一开度的行程与全行程之比..若阀门前后压差保持不变/总是变化理想/工作特性..直线/等百分比对数/快开流量特性过程控制系统各个部分组成作用控制器或调节器的作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较;得出偏差后;按一定的调节规律进行运算;输出控制信号;以推动执行器动作;对生产过程进行自动调节..执行器是自动控制系统中的重要组成部分;作用是将控制器送来的控制信号转换成执行动作;从而操纵进入设备的能量;将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内..检测变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源的转换器..单回路控制系统参数整定步骤方法:Ⅰ、稳定边界法临界比例度法:属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm 和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..置调节器Ti →∞; Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm 和Tm.. 根据Pm 和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值..1.在闭环控制系统里;将控制器置于纯比例作用下i T = ∞;T =0;从小到大逐渐增大控制器的比例增益KC;直到出现等幅振荡曲线为止..2.此时的比例度称为临界比例度cr δ;相邻两个波峰间的时间间隔;称为临界振荡周期T .. 据此确定控制器参数..3.根据cr δ和crT 值;采用经验公式;计算出调节器各个参数..Ⅱ、衰减曲线法 也属于闭环整定方法;但不需要寻找等幅振荡状态;只需寻找最佳衰减振荡状态即可..1把调节器设成比例作用Ti=∞;Td=0置于较大比例度;投入自动运行..2在稳定状态下;阶跃改变给定值通常以5%为宜;观察调节过程曲线..3适当改变比例度;重复上述实验;到出现满意的衰减曲线为止..记下此时的比例度Ps及周期Ts..n=10:1时;记P’s及TsⅣ响应曲线法属于开环整定方法..以被控对象控制通道的阶跃响应为依据;通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值..方法:不加控制作用;作控制通道特性曲线..根据实验所得响应曲线;找出广义对象的特性参数K0、T0、τ0;Ⅴ经验法凭经验凑试.. 其关键是“看曲线;调参数”..在闭环的控制系统中;凭经验先将控制器参数放在一个数值上;通过改变给定值施加干扰;在记录仪上观察过渡过程曲线;根据P、 TI 、TD对过渡过程的影响为指导;对比例度P 、积分时间TI和微分时间TD逐个整定;直到获得满意的曲线为止..经验法的方法简单;但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系..在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时;往往较为费时..串级控制系统:系统有两个闭合回路;形成内外环..主变量是工艺要求控制的变量;副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量..主定值、副随动控制系统调节器是串联工作的;主调节器的输出作为副调节器的给定值..系统通过副调节器输出控制执行器动作;实现对主参数的定值控制.串级控制系统;就是采用两个控制器串联工作;主控制器的输出作为副控制器的设定值;由副控制器的输出去操纵调节阀;从而对主被控变量具有更好的控制效果..建立串级控制数学模型;1.主回路设计:主回路设计与单回路控制系统一样2.副回路的选择:副回路设计中;最重要的是选择副回路的被控参数串级系统的副参数..副参数的选择一般应遵循下面几个原则:①主、副变量有对应关系②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰;并尽可能多包含一些干扰③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配;以防“共振”的发生④应注意工艺上的合理性和经济性3.主、副调节器调节规律的选择:在串级系统中;主参数是系统控制任务;副参数辅助变量..这是选择调节规律的基本出发点..主参数是生产工艺的主要控制指标;工艺上要求比较严格..所以;主调节器通常选用PI调节;或PID调节..控制副参数是为了提高主参数的控制质量;对副参数的要求一般不严格;允许有静差..因此;副调节器一般选P调节就可以了.. 4.主、副调节器正、反作用方式的确定:对串级控制系统来说;主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈..选择时的顺序是:1、根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用;2、按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用;3、依据主回路构成负反馈的原则;确定主调节器的正、反作用..过程控制:指根据工业生产过程的特点;采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具;应用控制理论..设计工业生产过程控制系统;实现工业生产过程自动化..压力容器1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以使容器内压力不至于过高而出事故..2 调节阀应选择气关式;则压力控制器PC应为反作用..当检测到压力增加时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使容器内压力稳定..或:当检测到压力减小时;控制器应增大输出;则调节阀开小;使容器内压力稳定..如图所示的锅炉汽包液位控制系统;为保证锅炉不被烧干:1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以保证锅炉不被烧干..2 调节阀应选择气关式;则液位控制器LC应为正作用..当检测到液位增加时;控制器应加大输出;则调节阀关小;使汽包液位稳定..或:当检测到液位减小时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使汽包液位稳定..。
思考练习题1、按照测量手段进行分类,测量通常分为哪几种类型?1) 直接测量2) 间接测量3) 组合测量2、按照测量方式进行分类,测量通常分为哪几种类型? 1) 偏差式测量2) 零位式测量3) 微差式测量3、测量系统由哪几个环节组成?测量系统由被测对象和测量设备组成,测量设备一般由传感器、变换器、显示装置、传输通道组成。
4、当测量次数N →∞时,测量值的数学期望为什么等于被测量的真值? 当测量次数 ∞→n 时,样本平均值的极限定义为测得值的数学期望。
⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑=∞→ni i n x x nE 11limA x i i -=δ nA xni ini i -=∴∑∑==11δ nAxni ini i -=∴∑∑==11δ根据随机误差的抵偿特性,当 ∞→n 时,01=∑=ni i δ ,即x n i inni i E xA nA x ==→=∑∑==111所以当测量次数 ∞→n 时,样本平均值的极限定义为测得值的数学期望。
5、间接测量的误差分配通常采取什么原则? ①等作用原则,②调整原则。
6、温标的三要素是什么?温度计、固定点和内插方程。
7、热电偶的冷端温度为什么需要进行冷端温度补偿?根据热电偶的测温原理,从 )()(),(00T f T f T T E AB -= 的关系式可以看出,热电偶回路所产生的电势,只有在固定冷端温度T 0时,其输出电势才是热端温度T 的单值函数。
在热电偶的分度表或分度检定时,冷端温度都保持在0℃;在使用时,往往由于现场条件等原因,冷端温度不能维持在0℃,使热电偶输出的电势值产生误差,因此需要对热电偶的冷端温度进行处理。
8、热电阻和半导体热敏电阻的温度电阻特性一致吗? 金属导体电阻温度系数一般为正值;半导体材料的电阻温度系数一般为负值,但阻值与温度的关系呈非线性9、对于露点法,为什么测量干球温度和露点温度可以得到被测空气的相对湿度?%100⨯=bl P P ϕ时的饱和水蒸气压力。
测量定义是:借助专用的技术和设备,通过实验和计算等方法取得被测对象的某个量的大小和符号。
测量目的:从而掌握被测对象的特性,规律或控制某一过程等等。
测量方法:测量分为直接测量和间接测量。
根据测量结果的显示方式:测量分为模拟测量和数字量测量。
按被测量是否随时间变化:测量分为静态测量和动态测量。
根据测量是否与被测量对象接触:测量分为接触式测量和非接触式测量。
常用的具体测量方法:零位法,偏差法,微差法。
零位法是指被测量与已知标准进行比较,使这两种量对仪器的作用抵消为零,从而可以肯定被测量就等于已知标准量。
偏差法是指测量仪器表用指针相对于表盘上分度线的位移来直接表示被测量大小。
微差法是零位法和偏差法的结合。
误差可分系统误差,随机误差,粗大误差系统误差在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。
衡量仪表测量能力的指标,较多的是精确度,简称精度,与精度有关的指标为:精密度,准确度,精确度等级。
精密度是指测量仪表示值不一致程度的量,即对某一稳定的被测量,在相同的工作条件下,由同一测量者使用同一仪表,在相当短的时间内按同一方向连续重复的测量获得测量结果不一致的程度。
准确度是指仪表指示值有规律地偏离真值的程度仪表精确度等级定义:仪表在规定工作条件下,其最大绝对允许误差值对仪表测量范围的百分数绝对值。
随机误差一般具有特征1集中性2对称性3有界性传感器的定义包含几个方面的意思1传感器是一种测量装臵,能完成检测任务2它的输入量是某一被测量3它的输出量是某种物理量4输出输入有对应关系,且应有一定的精确度。
传感器一般由敏感元件转换元件转换电路组成1说明电阻应变片的组成,规格及分类。
答:电阻应变片由引出线,覆盖层,基片和敏感栅等部分组成。
电子测量技术基础课后习题答案-张永瑞(第二版)电子测量技术基础课后习题答案习题一1.1 解释名词:① 测量;② 电子测量。
答:测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。
在这个过程中,人们借助专门的设备,把被测量与标准的同类单位量进行比较,从而确定被测量与单位量之间的数值关系,最后用数值和单位共同表示测量结果。
从广义上说,凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量;从狭义上说,电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。
1.2 叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点,并各举一两个测量实例。
答:直接测量:它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。
如:用电压表测量电阻两端的电压,用电流表测量电阻中的电流。
间接测量:利用直接测量的量与被测量之间的函数关系,间接得到被测量量值的测量方法。
如:用伏安法测量电阻消耗的直流功率P,可以通过直接测量电压U,电流I,而后根据函数关系P=UI,经过计算,间接获得电阻消耗的功耗P;用伏安法测量电阻。
组合测量:当某项测量结果需用多个参数表达时,可通过改变测试条件进行多次测量,根据测量量与参数间的函数关系列出方程组并求解,进而得到未知量,这种测量方法称为组合测量。
例如,电阻器电阻温度系数的测量。
1.3 解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义,并列举测量实例。
答:偏差式测量法:在测量过程中,用仪器仪表指针的位移(偏差)表示被测量大小的测量方法,称为偏差式测量法。
例如使用万用表测量电压、电流等。
零位式测量法:测量时用被测量与标准量相比较,用零示器指示被测量与标准量相等(平衡),从而获得被测量从而获得被测量。
如利用惠斯登电桥测量电阻。
微差式测量法:通过测量待测量与基准量之差来得到待测量量值。
如用微差法测量直流稳压源的稳定度。
1.4 叙述电子测量的主要内容。
答:电子测量内容包括:(1)电能量的测量如:电压,电流电功率等;(2)电信号的特性的测量如:信号的波形和失真度,频率,相位,调制度等;(3)元件和电路参数的测量如:电阻,电容,电感,阻抗,品质因数,电子器件的参数等:(4)电子电路性能的测量如:放大倍数,衰减量,灵敏度,噪声指数,幅频特性,相频特性曲线等。
电工与电子测量的基本方法电工与电子测量的基本方法依据测量手段不同分类,可分为以下3种。
1.直接测量法所谓直接测量法是指通过测量可以直接由电子测量仪器上的指示(或显示)值读得被测量值的一种方法。
例如:采纳示波器测量彩色电视机的调谐、伴音等电路的信号波形;采纳通用电子计数器对频率进行测量等。
直接测量法的最大特点是测量手段简洁、直观、快速、便利,是一种应用非常广泛的较常用的电子测量基本方法。
2.间接测量法所谓间接测量法是指先对一个(或几个)与被测量有已知函数关系的物理量进行直接的测量,然后再利用该函数关系的计算公式计算或表格的查找,来求出被测量的要求值。
例如:假如需要对低频功率放大器负载电阻顺RL上消耗的功率进行测量,可首先用直接测量法测出RL的电阻值及加在其两端的电压值UL,然后代入以下公式,即可求得所需要的功耗值RL=UL/RL式中PL-放大器负载电阻器RL上消耗的功率;UL-测得负载电阻器RL两端的电压。
间接测量方法测量手段简单、不直观、测量时间长,通常是在缺少直接测量仪器、直接测量不便利、直接测量误差较大等状况下才采纳。
3.组合测量法所谓组合测量法是指利用直接测量法与间接测量法测得的数据,通过解一组联立方程来获得被测量值。
这种测量方法虽然测量手段简单、测量时间也长,但却可以获得较精确的数据,故在特别场合及科学试验中应用较多。
加之,对联立方程的求解等运算,可以采纳电子计算机来进行,故组合测量法在一些要求测量精度高的场合应用也非常广泛。
电工与电子测量的基本方法依据测量精确度要求不同分类,可分为以下两种。
1.工程测量工程测量是指对测量精确度要求不是非常严格的一般性测量方法。
这种测量通常是在选用的电子仪器精度等级满意实际测量要求的状况下,一次测量即可得到结果。
2.精密测量精密测量是指在计量室、讨论试验室、精密校准等需要进行深化讨论的测量。
测量的结果是要严格依据误差理论的要求进行数据处理。
电工与电子测量的基本方法依据测量的性质不同分类,可分为以下5种。
1直接测量的方法有偏差式测量 零位式测量 微差式测量三种方法2传感器静态特性的技术指标 线性度 分辨率 灵敏度 迟滞 重复性和漂移3传感器一般由敏感元件、转换元件两部分组成。
.敏感元件:传感器中能直接接受被测量信息的元件转换元件:将敏感元件的感受或响应被测量转换成适于运输和测量的电信号。
感器组成系统灵敏度 计算:dx dy 输入输出=n S4什么叫热电阻效应?将两种不同材料的导体或半导体焊接起来,构成一个闭合回路,当导体的两个连接点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
什么叫应变效应?导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。
概念:金属导体的电阻值随它受外力所产生机械变化的大小而变化的现象称为金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应的原理:当金属丝受外力作用时其长度和面积都会发生变化从s l R ρ=式中很容易看出。
其电阻值即会发生改变。
假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度l 增加,而截面积s 减少。
电阻值便会增加。
同理,当金属丝受外力作用而压缩时,长度减少而截面积增大。
电阻值减少。
只要测出加在电阻的变化即可获得应变电阻丝的应变情况。
5图示为一直流应变电桥。
图中E=4V ,R 1=R 2 =R 3=R 4=120Ω,试求:(1)R 1为金属应变片,其余为外接电阻。
当R 1的增量为∆ R 1 =1. 2 Ω时,电桥输出电压U 0=?(2)R 1,R 2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U 0 = ?(3)题(2)中,如果R2与R1感受应变的极性相反,且∆R1=∆R2=1. 2 Ω,电桥输出电压U 0 = ?答: ① 如题 3-5 图所示图3-51014 1.20.01V 44120R E U R ∆=-⋅=-⨯=- ① 由于R 1, R 2均为应变片,且批号相同,所受应变大小和方向均相同,则R 1=R 2=R , ∆R 1=∆R 2=∆R 。
《电子测量技术》期末复习资料总结第一部分1、什么是测量,什么是电子测量?答:测量是通过实验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程。
电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
2、电子测量的分类。
答:(1)按测量过程分类可分为:直接测量;间接测量;组合测量;(2)按测量方式分类可分为:偏差式测量法;零位式测量法;微差式测量法;(3)按测量性质分类可分为:时域测量;频域测量;数据域测量;随机测量。
3、测量仪器的功能是什么?答:变换功能;传输功能;显示功能。
4、测量仪器的主要性能指标有哪些?答:精度;稳定性;输入阻抗;灵敏度;线性度;动态特性。
5、电子测量的灵敏度是如何定义的?答:灵敏度表示测量仪表对被测量变化的敏感程度,一般定义为测量仪表指示值(指针的偏转角度、数码的变化、位移的大小等)增量∆y 与被测量∆x 之比。
灵敏度的另 一种表述方式叫作分辨力或分辨率,定义为测量仪表所能区分的被测量的最小变化量,在数字式仪表中经常使用。
6、什么是实际相对误差,示值相对误差,满度相对误差? 答:实际相对误差定义为 。
示值相对误差也叫标称相对误差,定义为 。
满度相对误差定义为仪器量程内最大绝对误差与测量仪器满度值(量程上限值 )的百分比值 。
7、如何减少示值相对误差?答:为了减少测量中的示值误差,在进行量程选择时应尽可能使示值接近满意度值,一般以示值不小于满意度的三分之二为宜。
8、仪表的准确度与测量结果的准确度的关系。
答:测量中所用仪表的准确度并不是测量结果的准确度,只有在示值与满度值相同时,二者才相等(不考虑其他因素造成的误差,仅考虑仪器误差),否则测得值的准确度数值:降低于仪表的准确度等级。
9、测量误差的来源—来源于那些误差?答:仪器误差;使用误差;人身误差;影响误差;方法误差。
10、什么是系统误差?系统误差的主要特点是什么?%100⨯=A x A ∆γ%100⨯=xx x ∆γ%100⨯=m m m x x ∆γ答:在多次等精度测量同一量值时,误差的绝对值和符号保持不变,或当条件改变时误差按某种规律变化,这种误差称为系统误差,简称系差。
1直接测量的方法有偏差式测量 零位式测量 微差式测量三种方法2传感器静态特性的技术指标 线性度 分辨率 灵敏度 迟滞 重复性和漂移3传感器一般由敏感元件、转换元件两部分组成。
.敏感元件:传感器中能直接接受被测量信息的元件转换元件:将敏感元件的感受或响应被测量转换成适于运输和测量的电信号。
感器组成系统灵敏度 计算:dx dy 输入输出=n S4什么叫热电阻效应?将两种不同材料的导体或半导体焊接起来,构成一个闭合回路,当导体的两个连接点之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
什么叫应变效应?导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。
概念:金属导体的电阻值随它受外力所产生机械变化的大小而变化的现象称为金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应的原理:当金属丝受外力作用时其长度和面积都会发生变化从s l R ρ=式中很容易看出。
其电阻值即会发生改变。
假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度l 增加,而截面积s 减少。
电阻值便会增加。
同理,当金属丝受外力作用而压缩时,长度减少而截面积增大。
电阻值减少。
只要测出加在电阻的变化即可获得应变电阻丝的应变情况。
5图示为一直流应变电桥。
图中E=4V ,R 1=R 2 =R 3=R 4=120Ω,试求:(1)R 1为金属应变片,其余为外接电阻。
当R 1的增量为∆ R 1 =1. 2 Ω时,电桥输出电压U 0=?(2)R 1,R 2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U 0 = ?(3)题(2)中,如果R2与R1感受应变的极性相反,且∆R1=∆R2=1. 2 Ω,电桥输出电压U 0 = ?答: ① 如题 3-5 图所示图3-51014 1.20.01V 44120R E U R ∆=-⋅=-⨯=- ① 由于R 1, R 2均为应变片,且批号相同,所受应变大小和方向均相同,则R 1=R 2=R , ∆R 1=∆R 2=∆R 。
224401122343411200()()2()2240R R R R R R U E E E R R R R R R R R R R ⎛⎫⎛⎫+∆+∆⎛⎫=-=-=-= ⎪ ⎪ ⎪+∆++∆++∆+⎝⎭⎝⎭⎝⎭③ 根据题意,设R 1=R+∆R 1 ,R 2=R - ∆R 22240112234()()R R R U E R R R R R R ⎛⎫-∆=- ⎪+∆+-∆+⎝⎭则 22420123414 1.2V 0.02V 22120R R R R U E E R R R R R ⎛⎫+∆∆=-=⋅=⋅= ⎪++⎝⎭(符号根据应变片的极性决定)6说明单线圈和差动变隙式传感器的主要组成、工作原理和基本特性差动变隙式传感器结构:如图4-6所示由差动线圈、铁芯、衔铁等组成 工作原理:当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时,两线圈的电感量一个增加,一个减小,形成差动。
若衔铁向上移动△δ时,两线圈电感量发生变化: △L1、△L2,则总的电感变化量为:当δ>>△δ时,忽略△δ2,则:基本特性:差动式与单线圈电感传感器的电感L 和气隙厚度δ之间的关系如图4-7所示。
通过比较可以看出,差动式电感传感器灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。
从图4-7还可看出,差动式电感传感器的线性较好,且输出曲线较陡,灵敏度较高。
采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外,对外界影响,如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以互相抵消,衔铁承受的电磁吸引力也较小,从而减小了测量误差。
灵敏度: 单线圈变隙式传感器 结构:由线圈、铁芯、衔铁等组成。
工作原理:传感器工作时,衔铁与被测体连接。
当被测体产生±δ的位移时,衔铁与其同步移动,引起磁路中气隙的磁阻发生相应的变化。
从而导致线圈电感的变化。
只要测出这种电感量的变化,就能确定衔铁(被测体)位移量的大小和方向。
基本特性:传感器输出电感L 和输入量δ之间的关系,由2020*******)(2)(2δδδδδδ∆•=∆+-∆-=-=∆S u N S u N S u N LL L 00202222δδδδ∆=∆=∆L S u N L 002δδL L K =∆∆=磁路基本知识而知(N —线圈匝数;Rm —磁路总磁阻)。
由于铁芯和衔铁的磁阻远小于气隙磁阻,所以忽略铁芯和衔铁的磁阻。
∴(δ—气隙厚度;S — 气隙截面积;μ—真空磁导率,近似空气。
)∴当匝数N 确定,若保持面积S 为常数,则L 是气隙厚度δ的函数,即L=F (δ)。
如图4-2所示。
电感量L 与气隙厚度δ成正比。
输入与输出是非线性。
灵敏度:K=δδμδ020242L S N d dL -=-= 0001δδ-=∆∆=L L K 可以看出,δ越小,K越高,为保证线性度,只能用于微小位移的测量。
7 何谓零点残余电压?说明该电压的产生原因及消除方法。
答:用两线圈组成电桥,当两线圈的阻抗相等时,输出电压为零。
它的阻抗是一个复合阻抗,有感抗也有阻抗,为了达到平衡,就要求两线圈的电阻R 相等,两线圈的电L 相等。
但这种情况是很难精确达到的,在零点总有一个最小的输出电压。
一般把这个最小的输出电压称为零点残余压1,传感器的两个二次绕组的电气参数与几何尺寸不对称2,由于磁性材料磁化曲线的非线性3,励磁电压本身含高次谐波方法:1尽可能保证传感器的几何尺寸,绕组线圈电气参数和磁路的对称2,采用适当的测量电路8差动变压器的测量电路有几种类型?试述它们的组成和基本原理。
为什么这类电路可以消除零点残余电压?差动变压器的测量电路有变隙式,变面积式,螺线管式。
9什么叫电涡流效应?电涡流的应用包括哪些内容电涡流效应指的是这样的一种现象:根据法拉第电磁感应定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,通过导体的磁通将发生变化,产生感应电动势。
该电动势在导体表面形成电流并自行闭合,状似水中的涡流,称为电涡流。
电涡流只集中在金属导体的表面,这一现象称为趋肤效应。
应用:位移测量,振幅测量,转速测量,无损探伤。
10电容式传感器的工作原理与分类是一种接近式开关。
它的测量头通常是构成电容器的一个极板,而另一个极板是待测物体的本身。
当物体移向接近开关时,物体和接近开关的介电常数发生变化,使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。
变面积型,变介质型,变极距型11什么叫光电效应答:光照射到物体上使物体发射电子,或电导率发生变化,或产生光生电动势,这些因光照引起物体电学特性改变的现象为光电效应12解释热电效应、热电势、接触电势和温差电势答;热电效应:两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起,组成一个闭合回路。
当两接点温度不等时,回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点的温度有关的电动势,从而形成电流。
热电势:因为热而产生的电势差。
接触电势:这种由于两种导体自由电子密度不同,而在其接触形成的电动势称为接触电势 温差电势:对单一金属导体,如果将导体两端分别置于不同的温度场,在导体内部,热端的自由电子仅有较大的动能,将向冷端移动,导致热端失去电子带正电,冷端得到电子带负电,这样在导体两端产生的电位差称为温差电动势13热电偶测温原理及计算热电偶是一种将温度变化转换为电量变化的装置,它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。
通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化,通过适当的测量电路,就可由电压电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。
热电偶的基本定律包括以下三种定律:1)中间导体定律:在热电偶回路中,只要中间导体两端的温度相同,那么接入中间导体后,对热电偶的回路的总电势无影响。
2)参考电极定律:如果导体C 热电极作为参考电极,并已知标准电极与任意导体配对时的热电势,那么在相同结点温度(T,T0)下,任意两导体A 、B 组成的热电偶,其电势可由下式求得000(,)(,)(,)AB AC CB E T T E T T E T T =+3)中间温度定律:在热电偶回路中,两接点温度为T ,T 0时的热电势,等于该热电偶在接点T 、T a 和T a 、T 0时的热电势之和,即00(,)(,)()AB AB a AB a E T T E T T E T T =++14什么叫正、逆压电效应?前置放大器选用,测量动态量正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。
对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象,而使其表面出现电荷集聚的现象,当片状材料的两个电极面上加交流电压,那么压电片将产生机械振动,即压电片在电极方向上产生伸缩变形,压电材料的这种想象称为伸缩效应,也称逆压电效应, 15试述霍尔效应的定义与简单的工作原理?为什么霍尔元件用N 型半导体制作?1)定义:金属或半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称霍尔效应。
工作原理:由于运动电荷受磁场中洛仑兹力作用的结果,设在N 型半导体薄片上通以电流I ,则半导体中的载流子(电子)沿着与电流方向相反运动(速度V ),由于在垂直于半导体薄片平面的方向上施加磁场B ,所以电子受洛仑兹力 的作用,向一边偏转(虚线所示),并使该边形成电子积累,而另一边则为正电荷积累,于是形成电场,该电场阻止运动电子的继续偏转。
当电场作用在运动电子上的力 与洛仑兹力 相等时,电子的积累便达到动态平衡,在薄片两横断面之间建立电场,相应的电势称为霍尔电势2)材料中载流子的迁移率对元件灵敏度也有很大的影响,一般来说电子迁移率远大于空穴的迁移率,所以霍尔元件一般采用N 型半导体材料16.什么叫湿敏电阻,气敏元件的工作原理湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。
1-1什么是传感器?传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。
1-3传感器如何进行分类1按输入量分类,以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、压力传感器、温度传感器等2按输出信号形式分类,以模拟量输出的为模拟式传感器,以数字量输出的为数字式传感器。
3按工作原理分类,以工作原理命名,如应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、热释电传感器、压电式传感器、光电传感器等。
4 按能量关系分类,分为能量转换型和能量控制型传感器。
5按传感器的基本效应进行分类可以分为物理传感器,化学传感器和生物传感器 6按传感器所蕴含的技术特征进行分类可分为普通传感器和新型传感器 2-1什么是传感器的静态特性?描述传感器静态特性的主要指标有哪些?答:静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时,系统的输出与输入之间的关系。