檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、第一章 檢測技術(shù)的基本概念1、某壓力儀表廠生產(chǎn)的壓力表滿度相對誤差均控制在0.4%0.6%，該壓力表的精度等級應(yīng)定為多少級？答：1 .0 2、某儀器廠需要購買壓力表，希望壓力表的滿度相對誤差小于0.9%，應(yīng)購買精度等級為多少 級的壓力表？ 答：0 .5 a3、對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，誤差的絕對值和符號不可預(yù)知地隨機變化，但總體滿足一定的統(tǒng)計規(guī)律性，該誤差稱為什么誤差？ 答： 隨機誤差4、多次重復(fù)測量時，誤差的大小或符號保持不變，或按一定規(guī)律出現(xiàn)（始終偏大、偏小或周期性變化），該誤差稱為什么誤差？ 答： 系統(tǒng)誤差5、檢測中使用一次儀表，新的國家標準規(guī)定電流輸出和電壓輸出是多少？ 答： 4

2、20mA、 15V 6、檢測中由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸，所以在一次儀表中多采用電流輸出型，新的國家標準規(guī)定電流輸出為多少？ 答： 420mA7、什么是系統(tǒng)誤差？答：在重復(fù)性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差，稱為系統(tǒng)誤差。8、什么是粗大誤差？答：超出在規(guī)定條件下預(yù)計的誤差，或明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差、疏忽誤差或粗差，應(yīng)予以剔除。9、什么是測量答：測量過程實質(zhì)上是一個比較的過程，即將被測量與一個同性質(zhì)的、作為測量單位的標準量進行比較，從而確定被測量是標準量的若干倍或幾分之幾的比較過程。10、什么是測量結(jié)果？答：測量結(jié)果可以表

3、現(xiàn)為一定的數(shù)字，也可表現(xiàn)為一條曲線，或者顯示成某種圖形等，測量結(jié)果包含數(shù)值（大小和符號）以及單位。有時還要給出誤差范圍11、什么是靜態(tài)測量？什么是動態(tài)測量？答：在檢測技術(shù)中，對緩慢變化的對象所進行的測量，亦屬于靜態(tài)測量。工程中，有時可認為幾十赫茲以上的測量稱為動態(tài)測量。12、傳感器有哪三部分組成？答：傳感器由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。13、某數(shù)字表滿量程為99.9A，該表的分辨力和分辨率為多少？答：數(shù)字表滿量程為99.9A，該表的分辨力=0.1A，分辨率=0.1A÷99.90.1%14、測量結(jié)果的正態(tài)分布的規(guī)律是怎樣的？測量結(jié)果的正態(tài)分布的規(guī)律有：（1）集中性、（2

4、）對稱性、（）有界性15、用核輻射式測厚儀對鋼板的厚度進行6次等精度測量，所得數(shù)據(jù)為2.04mm、2.02mm、1.96mm、0.99mm、3.33mm、1.98mm，為粗大誤差的值是什么？，在剔除粗大誤差后，用算術(shù)平均值公式計算鋼板厚度等于多少？答：為粗大誤差的值是0.99和3.33mm，在剔除粗大誤差后，用算術(shù)平均值公式計算鋼板厚度=2.00mm。 16、磁柵傳感器重復(fù)6次測量兩個標志位置之間的長度，得到6個不同的測量值為：7.2000、7.2001、7.2002、7.1999、7.1998、7.9000，6個測量值中，哪個值明顯是“壞值”，給予剔除，將剩下5個帶有隨機誤差的測量值求算術(shù)平

5、均值x=？ 。答：6個測量值中，7.90m明顯是“壞值”，給予剔除，將剩下5個帶有隨機誤差的測量值求算術(shù)平均值x=7.2000m 。17、傳感器按測量原理和輸出信號的性質(zhì)分類各是怎樣的？答： 1）按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。2）按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類：可分為輸出為開關(guān)量（“1”和“0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器。輸出為模擬量的模擬型傳感器。輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。18、什么是傳感器？答：傳感器是一種檢測裝置。能感受規(guī)定的被測量，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。以滿足信息的

6、傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求. 它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，有時也可以稱為換能器、檢測器、探頭等。19、已知被測電壓的準確值為240V，某電壓表上的準確度等級S2.5級、滿度值A(chǔ)m300V、示值A(chǔ)x245V。 （1）求最大絕對誤差m、與240V正確值的誤差、示值相對誤差gx以及引用誤差gm，判斷是否符合出廠時給定的精確度？（2）在儀表絕對誤差不變的情況下，被測電壓降為24V，示值相對誤差gx將如何變化？從而得到什么結(jié)論？ 解：準確度等級S2.5級，滿度值A(chǔ)m300V，最大絕對誤差：m300V×2.5÷1007.5V 示值A(chǔ)x245V，用更高級別的檢驗儀

7、表測得精確被測電壓=240V與示值值的誤差245V-240V=5V 示值相對誤差gx(5/245)*100%=2.04% 引用誤差gm（5/300）×100%1.67% 小于出廠時所標定的2.5%，符合出廠時給定的精確度。 2. 若絕對誤差D 仍為5V，當示值A(chǔ)x為24V示值相對誤差gx（5/24）×100%=20.83% 結(jié)論：示值相對誤差大的多，應(yīng)該采用示值在滿度的2/3左右的儀表。20、已知被測電壓的準確值為350V，某電壓表上的準確度等級S5.0級、滿度值A(chǔ)m500V、示值A(chǔ)x365V。 （1）求最大絕對誤差m、與350V正確值的誤差、示值相對誤差gx以及引用誤差g

8、m，判斷是否符合出廠時給定的精確度？（2）在儀表絕對誤差不變的情況下，被測電壓降為35V，示值相對誤差gx將如何變化？從而得到什么結(jié)論？ 解：（1）準確度等級S5.0級，滿度值A(chǔ)m500V，最大絕對誤差：m500V×5.0÷10025V 示值A(chǔ)x365V，用更高級別的檢驗儀表測得精確被測電壓=350V與示值值的誤差365V-360V=15V 示值相對誤差gx(15/365)*100%=4.11%。引用誤差gm（15/500）×100%3.00% 小于出廠時所標定（2） 若絕對誤差D 仍為15V，當示值A(chǔ)x為39V示值相對誤差gx（15/39）×100%=

9、38.46% 結(jié)論：示值相對誤差大的多，應(yīng)該采用示值在滿度的2/3左右的儀表。第二章 電阻傳感器1、CO、N2、氣體打火機車間的有害氣體、鍋爐煙道中剩余的氧氣 ，MQN氣敏電阻可測量哪種氣體的濃度？答： 氣體打火機車間的有害氣體 2、 CO、N2、氣體打火機車間的有害氣體、鍋爐煙道中剩余的氧氣 ， TiO2氣敏電阻可測量哪種氣體的濃度？ 答： 鍋爐煙道中剩余的氧氣 3、金屬絲式 、金屬箔式 、電阻應(yīng)變儀、固態(tài)壓阻式傳感器 ，電子秤中所使用的應(yīng)變片應(yīng)選擇 哪種應(yīng)變片？ 答：金屬箔式 4、金屬絲式 、金屬箔式 、電阻應(yīng)變儀、固態(tài)壓阻式傳感器，一次性、幾百個應(yīng)力試驗測點應(yīng)選擇哪種應(yīng)變片？ 答：金屬絲

10、式 第三章 電感傳感器1. 希望線性范圍為±1mm，應(yīng)選擇線圈骨架長度為多長左右的螺線管式自感傳感器或差動變壓器。 答： 20mm 2、螺線管式自感傳感器采用差動結(jié)構(gòu)是為了什么？ 答： 提高靈敏度，減小溫漂 第四章 電渦流傳感器1、常用的接近開關(guān)有哪些？答：常用的接近開關(guān)有電渦流式、電容式、超聲波式、霍爾式、光電式、磁性干簧開關(guān)、微波式等。2、電渦流傳感器的應(yīng)用包括有哪些？答：電渦流傳感器的應(yīng)用包括有： （1）、位移測量（2）、振動測量（3）、轉(zhuǎn)速測量 （4）、鍍層厚度測量 （5）、電渦流式通道安全檢查門 第五章 電容傳感器1、在電容傳感器中，若采用調(diào)頻法測量轉(zhuǎn)換電路，則電路中電容和

11、電感是什么關(guān)系？ 答：電容是變量，電感保持不變 2、在兩片間隙為1mm的兩塊平行極板的間隙中插入什么物質(zhì)可測得最大的電容量。 答： 云母片 3、什么是電容傳感器？答：電容傳感器以各種類型的電容器作為傳感器元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再經(jīng)測量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率。4、三種類型的電容傳感器是哪三種？答：三種類型的電容傳感器是：變面積式電容傳感器、變極距式電容傳感器 、變介電常數(shù)式電容傳感器。第六章 壓電傳感器1、將超聲波（機械振動波）轉(zhuǎn)換成電信號是利用壓電材料的什么特性？ 答：利用壓電材料的壓電效應(yīng) 2、蜂鳴器中發(fā)出“嘀嘀”聲的壓電片發(fā)聲原理是利用壓電材料的什么特性？ 答：利用

12、壓電材料的逆壓電效應(yīng) 3、某兩線制電流輸出型溫度變送器的產(chǎn)品說明書注明其量程范圍為01500，對應(yīng)輸出電流為420mA。求：當測得輸出電流I=15mA時的被測溫度t。(設(shè)輸出電流與溫度之間為線性關(guān)系)解: 輸出電流與溫度之間為線性關(guān)系，即I與t的數(shù)學關(guān)系為一次方程，所以：I =a0+a1t 當t =0時，I =4mA，所以a0=4mA ，當t =1500時，I=20mA有：20=4+a1×1500 可得：a1=0.01067mA/ 所以該壓力變送器的輸入/輸出方程為：I =4mA+0.01067( mA/)t 將I=15mA代入I =a0+a1t ，得： p =(-4mA)/a1=(

13、15-4)/0.01067=1031 。 4、某壓電元件用于測量振動，靈敏度d11=100×10-12C/N，電荷放大器的反饋電容Cf=1000pF，Rf=10M，測得A1的輸出電壓Uo=0.2V，求:1）壓電元件的輸出電荷量Q的有效值為多少庫倫？2）被測振動力F 的有效值為多少？3）電荷放大器的靈敏度KQ為多少mV/pC？4）該電荷放大器的下限截止頻率為多少赫？解： 1）壓電元件的輸出電荷量Q的有效值 Q=C fUo=(1000×10-12F×0.2V)=200pC 2）被測振動力F=Q/d11=（200×10-12C）/(100×10-12

14、C/N)=2N 3）靈敏度KQ=U/Q=（200mv）/（200×10-12C）= 1mv/pC 4）下限頻率：fL = 1/(2RfCf)=1/(2×3.14×10×106×1000×10-12) =16HZ 第七章 超聲波傳感器1、超聲波測距是怎么實現(xiàn)的？答：超聲波測距測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。 2、什么是超聲波？有何特點？答：頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例

15、如鋼板與空氣的交界面）時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象。第八章 霍爾傳感器1、某型號霍爾電流傳感器的額定匝數(shù)比NP/NS=1/1500，標準額定電流值IPN=300A，二次側(cè)的負載電阻RS=50，當測得二次側(cè)電流IS=0.2A，求輸出電壓和被測電流。答：輸出電壓US=RS×IS=50×0.2A=10V 被測電流Ip=NS/NP=1500×0.2A=300A2、開關(guān)型霍爾集成電路是如何工作的？答：開關(guān)型霍爾集成電路當外加磁場強度超過規(guī)定的工作點時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖剑划斖饧哟艌鰪姸鹊陀卺尫劈c時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。第九章 熱電偶傳

16、感器1、在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補償導(dǎo)線的最主要的目的是什么？ 答： 將熱電偶冷端延長到遠離高溫區(qū)的地方 2、在實驗室中測量金屬的熔點時，冷端溫度補償采用何種方式可減小測量誤差。 答： 冰浴法 3、集成溫度傳感器、熱電偶、熱敏電阻、鉑熱電阻，現(xiàn)欲測量1000左右的溫度，應(yīng)選用什么傳感器？ 答：熱電偶4、集成溫度傳感器、熱電偶、熱敏電阻、鉑熱電阻，現(xiàn)欲測量-20+100左右的溫度，并輸出數(shù)字信號，應(yīng)選用什么傳感器？ 答：集成溫度傳感器 5、熱電偶測溫的主要優(yōu)點是什么？答：熱電偶測溫的主要優(yōu)點有：（1）屬于自發(fā)電型傳感器： （2）測溫范圍廣：下限可達-270 ，上限可達1800以上；（3）各溫區(qū)

17、中的各種熱電偶的熱電動勢均符合國際計量委員會的標準6、熱電偶的冷端溫度補償?shù)姆椒ㄊ窃鯓拥模看穑簾犭娕嫉睦涠藴囟妊a償?shù)姆椒ǎ豪涠撕銣胤?、計算修正?、儀表機械零點調(diào)整法等 。第十章 光電傳感器1、光控繼電器電路如下圖 （1)分析工作過程；（2)若VCC=24V，中間繼電器KA的驅(qū)動線圈阻值RKA=200，額定動作電流為80mA。設(shè)V2的足夠大，求：在強光照時，流過中間繼電器KA的電流，以及繼電器的狀態(tài)。（3） 二極管VD在電路中有何作用？ 解： （1）當無光照時，V1截止，IB=0，V2也截止，繼電器KA處于失電（釋放）狀態(tài)。當有強光照時，V1產(chǎn)生較大的光電流I，I一部分流過下偏流電阻RB2（起

18、穩(wěn)定工作點作用），另一部分流經(jīng)RB1及V2的發(fā)射結(jié)。當IB>IBS(IBS=ICS/)時，V2飽和，產(chǎn)生較大的集電極飽和電流ICS（與IB基本無關(guān)），ICS=(VCC0.3V)/RKA。若ICS大于繼電器KA的額定動作距離，則KA吸合。（2）由于足夠大，在強光照時，I較大，流過V2集電極的電流與以及基極電流IB基本無關(guān)，ICES(24-0.3V)/0.2k=119mAKA的動作電流（80mA），所以KA可靠動作（吸合）。（3）晶體管V2截止的瞬間，會產(chǎn)生較高的反生電勢，此時二極管VD導(dǎo)通，有電流通過反向接法的“續(xù)流二極管”VD，減小了V2的對地過電壓，從而保護了V2不會被較高的反生電勢擊

19、穿損壞。2、NPN常開型接近開關(guān)光耦電路如下圖所示。請分析：（1）當金屬板靠近接近開關(guān)至額定動作距離時，發(fā)光二極管V2的狀態(tài)。（2）光耦在電路中的作用。（3）GND1與GND2是否可以連接在一起，為什么？答：（1）當金屬板靠近接近開關(guān)至額定動作距離時，接近開關(guān)的輸出OC門跳變?yōu)榈碗娖剑琕CC1經(jīng)R1、VL1至OC門回到GND1構(gòu)成回路。所以VL 1發(fā)射紅外光，使V1飽和，c為低電平，經(jīng)IC1反相 ，o變?yōu)楦唠娖?。該高電平?jīng)R3、VL2到GND2構(gòu)成回路，所以VL2亮。（2）光耦不但隔離了傳輸線上的共模干擾，而且隔離了傳感器的+24V和計算機的5V兩個不同電平的回路，所以光耦在此又起到電平轉(zhuǎn)換作

20、用。（3）GND1與GND2不應(yīng)接在一起，否則就失去了使用光耦的抗干擾作用，VCC2也不能從VCC1分壓而來。3、什么是光纖傳感器？答：光纖傳感器就是將光纖自身作為敏感元件，直接接收外界的被測量。光纖傳感器多用于高電壓、易爆等場合，不易產(chǎn)生電火花。4、什么是熱釋電紅外傳感器？熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射出的紅外線，而輸出電壓信號的傳感器?？梢杂糜跇堑雷詣娱_關(guān)、防盜報警、人體檢測等。第十一章 數(shù)字式位置傳感器1、有一只2048p/r增量式角編碼器，光敏元件在20秒內(nèi)連續(xù)輸出了102400個脈沖。則該編碼器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為多少？答： 150 r/min 2、有一只2048p/r增量式角編碼

21、器，光敏元件在20秒內(nèi)連續(xù)輸出了102400個脈沖。則該編碼器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為多少？答： 150 r/min 3、絕對式位置傳感器輸出的信號是什么？ 答：絕對式位置傳感器輸出的信號是二進制格雷碼 4、增量式位置傳感器輸出的信號是什么信號？答：脈沖信號5、絕對式光電編碼器當碼道n=7時，其最小能分辨的角度為多少？ 答：當碼道n=7時，其最小能分辨的角度為： 360°/128 6、絕對式光電編碼器當碼道n=10時，其最小能分辨的角度為多少？ 答：當碼道n=10時，其最小能分辨的角度為360°/10247、什么是接近開關(guān)？答：接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十

22、毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設(shè)定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號。 8、什么是角編碼器？答：角編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器，它的轉(zhuǎn)軸通常與被測旋轉(zhuǎn)軸連接，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動。角編碼器能將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換成二進制編碼或一連串脈沖。9、某角編碼器的技術(shù)指標為1024個脈沖/r（即N1024P/r =1K），在0.1s時間內(nèi)，測得120個脈沖，即ts=0.1s，m=120，求：1）轉(zhuǎn)速n；2）±1誤差引起的轉(zhuǎn)速測量誤差為多少r/min。3）如果將ts延長到1s，求±1誤差引起的轉(zhuǎn)速測量誤差為多少r/min。4）ts延長到1s后對±1誤差引起的轉(zhuǎn)速測量誤差有什

23、么結(jié)論？解： 1）角編碼器軸的轉(zhuǎn)速n為 n=60×m1/(ts×N)=60×120/(0.1×1024)r/min=70.31 r/min 2）由于±1誤差，在ts時間段里，計數(shù)得到的脈沖數(shù)m=120±1個脈沖，則 n=60×（120±1）/(0.1×1024)r/min=（70.31±0.59） r/min 3）如果將ts延長到1s，m必然增加到1200，則 n=60×（1200±1）/(1×1024)r/min=（70.31±0.06） r/min 4

24、)結(jié)論：采樣時間為1s時計算得到的轉(zhuǎn)速，與在0.1s時間內(nèi)測得的轉(zhuǎn)速相同，但±1個脈沖引起的誤差顯然縮小,所以應(yīng)盡量增加采樣時間。10、設(shè)齒輪的分度圓直徑為240mm ,齒數(shù)z=120,傳感器測得齒輪轉(zhuǎn)過了=180度。求：1）所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)N；2）齒條的齒距t；3)齒條所移動的距離 x。4）根據(jù)傳感器測得齒輪角位移可以實現(xiàn)什么測量？解： 1）所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)：N=(z÷360º) × =(120/360º)×180º =60 2）齒條的齒距： t=D/z=3.14×240mm/120=6.28mm；3）齒條所移動的距離x

25、=N t=60×6.28mm=376.8mm. 4）測出齒輪的角位移,就可測得齒條的直線位移，用于直線位移測量。（第十二章 檢測系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)1、RC濾波器為：=RC，當R=100，C=0.1F，造成的信號延時使反應(yīng)變慢為多少？答：0.01ms2、RC濾波器造成的信號延時為：=RC，當R=100，C=1F，則反應(yīng)變慢為多少？答：0.1ms 3、發(fā)現(xiàn)某檢測緩變信號的儀表輸入端存在50Hz差模干擾，應(yīng)采取什么措施？ 答： 在輸入端串接低通濾波器 4、檢測儀表附近存在一個漏感很大的50Hz電源變壓器（例如電焊機變壓器）時，該儀表的機箱和信號線必須采用什么方法處理？答：低頻磁屏蔽5、什么是光耦合器？有何用