检测技术及仪表作业

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。 基本框图：被检测量 敏感元件 电子电路 输出单元 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。 niixnx1

1

式中 n 为测量次数； xi 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，内部产生极化现象，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/m2时，U-B曲线成线性。否则为非线性。 6．请说出可以测量位移的传感器有哪些？并说出它们的个自特点， 电阻应变片 磁电传感器 压电传感器 电感传感器 电容传感器 涡流传感器 等，只要求说出三种就可以，

作业三 1． 下图是压缩式压电加速度传感器的结构图,测量时通过机座底部的螺孔将传感器与试件刚性的固定在一起,试说明其工作原理. 答: 答：对某些介质，当沿着一定方向对它施加压力时，内部产生极化现象。同时在它的两个表面上，便产生符号相反的电荷。当外力去掉后又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。 测量时通过基座底部的螺孔将传感器于预试件刚性地固定在一起，传感器受与试件相同频率的振动。由于弹簧的刚度很大，因此质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电效应，在压电片2两个表面上就有电荷产生。传感器的输出电荷（或电压）与作用力成正比，即与加速度成正比。

2． 设计一个能反应差动电容器可动电极位移方向的测量电路，并说明其工作原理。

答：答：如图所示（10分）当Q为高电位时,1C经1R充

电，FU上升，而2C因为Q为低电平，将经2VD快速放电，GU下降，OABU 因Q是反相输入端为低电OABU=U1。 平，正向输入端为高电平，而输出为高电平,

Q为低电当iFUU时，1C翻转，有正脉冲输出，

平，Q为高电平，FU快速下降，GU快速上升，此时

OABU为低电平,OABU=－U1,。

由图可见，在初始时，021ddd，则00U. 当可动电极上移时，使C1>C2. OABU的平均值为正，反之为负，这样根据OABU的极性就可判断可动电极的移动方向，根据OABU的绝对值就可判断电极移动的大小 3．请设计一个通过改变介电常数的液位计结构示意图,并说明其测量液位的工作原理(要求在数学上加以证明).

答：如右图所示，液位器为一个空心圆柱形电容器，其内外圆柱间的电容为：rRllCn2

式中 R外电极内半径， r内电极外半径，l 圆柱长度，ε极间介质介电系数。 在液面没有进入电极间时，电极间完全由空气作为介质，电容量为：

rRl

lCn02

当液面进入电极间高度为2ll时，两极间电容为： rRllrRllrRlllrRl

lCnnnnx2)(2)(2202220

或表示为： 100110)(222)(2lrRlrRllrRllrRlllCnnnnx



令 rRllAn02 ， rRlBn)(20 则 1BlACx 即xC与1l成正比，

4．什么是光电效应,请说出光电传感器有那些基本特性. 答：物体吸收光子能量（hw :h普朗克常数，:光子频率）后，产生的电效应称为光电效应。

a. 伏安特性 b. 光照特性 c. 光谱特性 d. 光敏电阻的频率特性[1] e. 光谱温度特性 作业四 1． 电偶的测温原理是什么？人们用mV表接入热电偶回路测量回路电动势，怎样才能保证mV表的串入不影响回路电动势，其原理是什么？ 答：热电偶是根据热电效应来测温的。热电效应是指由两种不同的导体或半导体材料构成的回路，如果他们的接触点位于不同的温度中，则在回路中将有热电动势产生。只要保证mV表两端的温度相同就不会带来误。理论根据是热电偶的中间定律：只要第三种材料两端的温度相同，则第三种材料的引入不会影响热电偶的热电动势。常用方法是冰浴法。 2．请说出磁电传感器的工作原理，磁电传感器可以进行那些测量（说出4种）？下图为一磁电式转速传感器，其中定子和转子都是由铁磁材料构成的，请说出测量轴转速的工作原理。

答：发电机工作原理，即线圈内磁通变化导致线圈感应电动势变化。可以测量位移，速度、加速度、转速，角角速度等 将传感器轴与被测物轴相连接，当被测物带动转子一起转动时，当转子与定子的齿齿相对时，磁路磁阻最小，线圈磁通最大，当齿槽相对时，磁阻最大，磁通最小，这样随着转子的转动，磁通就周期性地变化，从而在线圈中感应出近似正弦的电动势信号。 3．计一个能反应差动传感器中间衔铁位移方向的检测电路，并说明工作原理。

答：工作原理：当衔铁位于中间位置时，0.021UZZ,若衔铁上移，则Z1>Z2,当U为上正下负时，

U1降小于R1上的压降，压降的指示方向与图中的标定方向相反，U0仍为下正上负，电压表仍反指，（电压表的极性为上正下负。 当衔铁下移时，Z1作业五 1． 请画出应用电阻应变片粘贴在柱形弹性元件上构成的测量拉力的传感器示意图，并说明各电阻应变片的作用及画出测量电路，输出电压表达式。

答：图中，R1 R3为工作应变片，R2 R4为温度补偿应变片，圆柱体为弹性元件（应变值EAFll./,

输出电压为 2)1(0UkU 式中 F——被测力，N E——弹性模量,N/m

2

A——柱形截面积，m

2

K——应变系数

1. 画出用光电传感器检测模拟量的检测系统示意图，并说明适用的检测对象。 答： 1） 直射式：被测物是光辐射的光源，用于红外测温，等，图a； 2） 透射式：恒光源透过被检测物，用于液体成分的检测等，图b； 3） 反射式：恒光源经过被测物表面反射到光敏元件上，用于检测被测物的表面状态，图c； 4） 部分遮光式：恒光源的光部分被被测物所遮挡，用于测量位移等，图c。