《傳感器與智能檢測(cè)技術(shù)》習(xí)題答案 沈燕卿

項(xiàng)目一 傳感器與智能檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)一、選擇題1~6：CBDCDA； 7: AC，B，D；8~10DDD。6分析：題7分析：屬于系統(tǒng)誤差的選項(xiàng)：A.儀表未調(diào)零所引起的誤差：這是典型的系統(tǒng)誤差，因?yàn)閮x表未調(diào)零會(huì)導(dǎo)致所有測(cè)量結(jié)果偏離真實(shí)值一個(gè)固定的量。C.測(cè)頻時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差：這是標(biāo)準(zhǔn)頻率本身存在的偏差，影響所有測(cè)量結(jié)果，因此屬于系統(tǒng)誤差。屬于隨機(jī)誤差的選項(xiàng)：測(cè)頻時(shí)的量化誤差：這是由于測(cè)量?jī)x器的有限分辨率引起的誤差，表現(xiàn)為測(cè)量值的隨機(jī)波動(dòng)，因此屬于隨機(jī)誤差。屬于粗大誤差的選項(xiàng)：讀數(shù)錯(cuò)誤：這是由于人為操作失誤（如錯(cuò)誤讀數(shù)、記錄錯(cuò)誤）引起的誤差，屬于粗大誤差。題9分析：（Dynamic（如高頻信號(hào)在這個(gè)案例中，萬用表的交流電壓檔頻率上限為5kHz，而當(dāng)前要測(cè)量的是100kHz的高頻電壓。這遠(yuǎn)超過了萬用表的頻率響應(yīng)范圍，因此萬用表無法準(zhǔn)確測(cè)量這種高頻信號(hào)。結(jié)果是萬用表對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)大大減弱，導(dǎo)致示值遠(yuǎn)低于實(shí)際值。二、填空題1、0.25；2、2r/min，0.01%；3、答：乙；精度等級(jí)表示的是儀表在滿量程情況下的誤差百分比。例如，0.5級(jí)意味著0.51.5級(jí)意味著在滿量程下最大誤差為滿1.5%。甲表的誤差計(jì)算：甲表的滿量程是400mA，精度等級(jí)為0.5級(jí)，所以其最大誤差為滿量程的0.5%：最大誤差=0.5%×400mA=2mA乙表的誤差計(jì)算：乙表的滿量程是100mA，精度等級(jí)為1.5級(jí)，所以其最大誤差為滿量程的1.5%：最大誤差=1.5%×100mA=1.5mA因此，當(dāng)測(cè)量100mA時(shí)，乙表的誤差是mA。結(jié)論：用乙表（1.5級(jí)，測(cè)量范圍0~100mA）測(cè)量誤差較小。思考的待測(cè)電流剛好在乙表的滿量程上，這樣是不推薦的，因?yàn)闆]有留下足夠的裕量。0~400mA）測(cè)量誤差較小且更可行。4、標(biāo)準(zhǔn)差，精密度；5、準(zhǔn)確度，系統(tǒng)；6、I=8p+4，8mA，250Ω，0.125MPa；三、簡(jiǎn)答題|r|re100%2.5%e2.5%50012.5(xAx|xemaxSPAN|10012.51001.56251.5級(jí)8001、解：2、答：（1）不正確；（2）計(jì)算出兩種準(zhǔn)確度等級(jí)的壓力傳感器測(cè)量時(shí)的最大絕對(duì)誤差；0.1|e

|=*SPAN=0.120=0.2

kPa）max1

100 1000.05|e

|=*SPAN=0.0300=0.5

kPa）max2

100 100（3）比較并得出結(jié)果：0.1級(jí)的壓力傳感器測(cè)量產(chǎn)生的誤差較小。3、答：儀表A的誤差計(jì)算誤差=0.5%×500N=0.005×500=2.5N儀表B的誤差計(jì)算誤差=1.0%×100N=0.01×100=1.0N相對(duì)誤差是指儀表的誤差與待測(cè)量值的比率，用于衡量測(cè)量值的準(zhǔn)確性。儀表A的相對(duì)誤差≈3.57%，儀表B的相對(duì)誤差≈1.43%較好70N時(shí)相對(duì)誤差較小，測(cè)量結(jié)果更為精確。4、解：1）該儀表的分辨力為0.1℃。2）最大絕對(duì)誤差：emax＝(±0.5%)×Am＝（±0.5%）×199.9℃＝±0.9995℃≈±1℃最大滿度相對(duì)誤差：γm＝emax／Am×100%＝1℃／199.9℃×100%≈0.5%3）被測(cè)溫度的示值為180.6℃。4）示值相對(duì)誤差：γx≤emax／Ax×100%＝1℃／180.6℃×100%≈0.55%5）被測(cè)溫度的實(shí)際值上限為181.6℃，下限為179.6℃。5、答：步驟1：計(jì)算均值和標(biāo)準(zhǔn)差步驟2：剔除粗大誤差數(shù)據(jù)6G(n,0.99)=1.94，15-10.67=4.33>1.95*2.05=3.9975因此剔除15厘米的值。步驟3：重新計(jì)算均值和標(biāo)準(zhǔn)差步驟4：確定估計(jì)范圍_xxG(5,0.99)s10.01.750.15810.00.276510.00.3(厘米)所以對(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估計(jì)區(qū)間為[9.7,10.3]厘米。項(xiàng)目二 熱學(xué)量傳感器一、選擇題1：C; 2C,A; 3~7:CABCC。二、填空題1、溫度，電阻；2、171，-11.97；3、800℃；4、50，3.66×106；三、計(jì)算分析題1、解：2.答：（1）NTCCTR型式熱敏電阻。熱敏電阻的典型轉(zhuǎn)換電路為串聯(lián)R=U/Iab段及其附近范圍內(nèi)，熱敏電阻兩端的電壓與電流cd段及其附近范圍內(nèi)，隨著溫度增加，通過熱敏電阻的電流增加，其阻值迅速降低；（2）測(cè)量溫度時(shí)，希望熱敏工作于線性區(qū)域，故采用ab段及其附近區(qū)域；（3）測(cè)量風(fēng)速或流量時(shí)，一般來說需要考慮到環(huán)境條件和流體的影響，通cd段。3.答：1000℃溫度測(cè)量1000℃的高溫測(cè)量，一般建議使用熱電偶（Thermocouple）。熱電偶因其穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、適應(yīng)廣泛的溫度范圍（包括高溫環(huán)境），是測(cè)量高溫的常見選擇。常見的熱電偶類型包括K型、N型等，它們能夠在1000℃左右提供穩(wěn)定和精確的測(cè)量。20溫度測(cè)量20TemperatureRTD在常溫下具有較高的精度和穩(wěn)1500℃左右的高溫測(cè)量：對(duì)于1500℃殊和高級(jí)的傳感器，如下列幾種傳感器。熱電偶（TypeS、TypeR等）：這些熱電偶類型具有更高的溫度測(cè)量能力，TypeSTypeR1500℃良好的穩(wěn)定性和精度。紅外測(cè)溫儀（InfraredPyrometer）：紅外測(cè)溫儀能夠非接觸地測(cè)量物體表面的溫度，適用于高溫測(cè)量，包括1500℃以上的溫度。它們通過測(cè)量物體輻射的紅外輻射能量來確定表面溫度，操作簡(jiǎn)便且精確度較高。4.答：30℃900℃K型熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)為約36.126mV。5、答：一樣。由于被測(cè)對(duì)象為金屬導(dǎo)體，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，只要保證對(duì)（第三種導(dǎo)體6、答：BBAtA,0)BtB,0)AtA,0)A0,0]BtB,0)B0,0]AtA,0)BtB,0)]B0,0)A0,0]、BK型熱電偶，故Bt0,0),0)，

AtA,0)BtB,0),所以，AB

AtA,t0)BtB,t0AtA,0)BtB,0) ，與冷端參考溫度t0無關(guān)，儀表指示值為200℃。7、答：1）遵循熱電效應(yīng)；被測(cè)對(duì)象為熔融金屬，可視為第三種導(dǎo)體，熱電注意極性，不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差；3延AB與鋼水的接觸點(diǎn)溫度必須相同。利用了熱電偶的中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律；3）不行；因?yàn)樗芰喜皇菍?dǎo)體，不符合中間導(dǎo)體定律的使用要求。項(xiàng)目三 光、磁與電學(xué)量傳感器一、選擇題1~4：BCCAA； 6~7:B，C； 8:A、AB。二、填空題1.增大，0.075,0.3,0.045，高，0.03,300，機(jī)械振動(dòng)；2.（1）電渦流，非接觸，不能；（2）光耦，傳輸，隔離；VL1，紅外，飽和，高，暗，亮；3.（1）磁鐵，開關(guān)；（2）水平，電動(dòng)機(jī)，卸料；（3）光電，非接觸，光；三、計(jì)算分析題1、答：參考答案（智能紙張“白度”檢測(cè)儀設(shè)計(jì)）1）紙張“白度”測(cè)試儀的特性參數(shù)一種常用的紙張“白度”測(cè)試儀是PCE-WSB1白度計(jì)，其主要特性參數(shù)包括：測(cè)量范圍：0-100.0（199.9）分辨率：0.1重復(fù)精度：±0.1符合標(biāo)準(zhǔn)：ISO2470ISO3688AD65測(cè)量光學(xué)條件：45/0顯示屏：液晶顯示（LCD）這種儀器用于測(cè)量藍(lán)光白度（Wb=R457），并配有黑色、白色和亮度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行DIY校準(zhǔn)，以確保準(zhǔn)確且可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。2）測(cè)試儀的工作原理3）光路簡(jiǎn)圖光源——>分光器——>樣品——>反射光——>探測(cè)器| || ||——>參比通道——>探測(cè)器——>電路處理4）測(cè)量電路原理框圖[光源]——>[樣品]——>[探測(cè)器]——>[信號(hào)處理器]——>[顯示單元]||[參比通道]5）工作過程照明和反射：光源發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)光束，經(jīng)過分光器后，一部分光照射到樣品上，另一部分光進(jìn)入?yún)⒈韧ǖ?。樣品反射光線通過光路到達(dá)探測(cè)器。信號(hào)轉(zhuǎn)換：探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度與樣品的反射率成比例。信號(hào)處理：信號(hào)處理器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出樣品的白度值，同時(shí)通過參比通道校正環(huán)境光和儀器誤差，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。以提高產(chǎn)品的質(zhì)量控制。2、答：查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成；3、答：查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成；4、答：查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成；項(xiàng)目四 位移傳感器與物位傳感器一、選擇題1~5：CBCDC； 6~10:DCB，A、C，D；11~15：BADC，A、C。二、計(jì)算分析題1.答：1.6mm；50Hz；2.5mm1）振動(dòng)的位移峰峰值xPP等于測(cè)量得到的電壓峰峰值Upp除以靈敏度，即：xPP=Upp/K=80mV÷(25mV/mm)=3.2mm。振幅是指振動(dòng)的最大值。如果振動(dòng)是“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”，則振幅A是振動(dòng)的“峰峰值”的一半，即：A=xPP/2=3.2÷2=1.6mm。2）主軸振動(dòng)的基頻f=1/T=1÷20ms=50Hz。3）為了得到較好的線性度與最大的測(cè)量范圍，傳感器與被測(cè)金屬的安裝距離l為線性范圍的一半：l=5mm÷2=2.5mm。2.答：當(dāng)油箱中無油時(shí)，電容傳感器的電容量Cx=Cxo，調(diào)節(jié)匹配電容使Co=Cxo，R4=R3RP0RP0。此時(shí)，Cx／Co=R4／R3hCxhUo后帶動(dòng)指針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)，從而使RP阻值增大，Rcd=R3＋RPRPUo=0，于是伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在轉(zhuǎn)角為θ處。答：請(qǐng)查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成裝置設(shè)計(jì)。答：請(qǐng)查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成裝置設(shè)計(jì)。5.答：極距；電；3%；0.25m；25分析：1）由于水是導(dǎo)電的，相當(dāng)于接地的電極。當(dāng)水位升高到不銹鋼金屬2）由于不銹鋼金屬環(huán)必須通過玻璃管中的水與大地之間形成電容器，所以被測(cè)液體應(yīng)該是導(dǎo)電液體。3）設(shè)n=32，分該液位計(jì)的分辨率=1/n=1÷32≈3%。4）分辨力Δ=h2/n=8m÷32=0.25m。若想提高此類傳感器的分辨率，必須增加不銹鋼圓環(huán)的數(shù)量。5）設(shè)當(dāng)液體上升到第32個(gè)不銹鋼圓環(huán)的高度時(shí)，101線LED光柱全亮，則當(dāng)液體上升到m=8個(gè)不銹鋼圓環(huán)的高度時(shí)，共有(m/n)×108=(8/32)×100=25線LED被點(diǎn)亮。如果計(jì)算結(jié)果不是整數(shù)，更高一位的LED有可能跳動(dòng)閃亮。（采用變介電常數(shù)式電容傳感器等）。答：請(qǐng)查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)完成裝置設(shè)計(jì)（如電渦流式、超聲波式等）。項(xiàng)目五 力學(xué)量傳感器一、選擇題1：C，D； 2~7：BCBDDC；8:B，D；9:D，C，B；10：B，A； 11：B，A。二、計(jì)算分析題1.FR1R4R2并接成差動(dòng)電橋，則電橋輸出電壓UOF成正比。等強(qiáng)度懸臂梁的應(yīng)變06Flbh2E0

不隨應(yīng)變片粘貼位置變化。1）懸臂梁上布片如圖a所示。接橋方式如圖b所示。這樣當(dāng)梁上受力時(shí)，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受壓，阻值減小，使差動(dòng)輸出電壓成倍變化，可提高靈敏度。2）當(dāng)輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時(shí)的稱重量為：F＝33.3N；3.4Kg。2.答：1）5.29A，產(chǎn)生一個(gè)較矮的尖脈沖。然L=2m距離的時(shí)間，t前輪=2.4格×25ms/格=60ms=0.06s。每秒的車速v=L/t前輪=(2m÷0.06s)=33.3m/s2）每小時(shí)的車速v=L/t前輪=(2m÷0.06s)×3600÷1000=120km/h。d較矮的脈沖較高的脈沖t前后輪=4.2格×25ms/格=105ms=0.105s。汽車前后輪間的軸距d等于前后輪壓過電纜A的時(shí)間差乘以每秒的車速，即：d=t前后輪v=0.105s×(33.3m/s)=3.5m。汽車的載重量m越重，以及車速v越快，壓電電纜輸出信號(hào)波形的幅度就越高。車速v越快，A、B壓電電纜的脈沖時(shí)間間隔就越短。輪距越大，A壓電電纜的較矮的脈沖與較高的脈沖之間時(shí)間間隔就越長(zhǎng)。項(xiàng)目六 化學(xué)傳感器與生物傳感器一、選擇題1~4：BDCC； 5：D，A，B； 6~10：BCBDA。題5分析：6.141、2接線端應(yīng)該接到安全區(qū)的二次儀表。所謂3、4接線端是“本質(zhì)安全”的，3030m。所以經(jīng)過安全柵的隔離后，可以將信號(hào)線接到危險(xiǎn)區(qū)的一次儀表。如果將安全柵置于在危險(xiǎn)區(qū)域（本題中的液化氣灌裝區(qū)），當(dāng)熔斷器熔斷的瞬間，產(chǎn)生電火花時(shí)，電火花可能點(diǎn)燃危險(xiǎn)區(qū)（液化氣灌裝區(qū)）的可燃性氣體，所以應(yīng)該將安全柵至于危險(xiǎn)區(qū)的外面（灌裝區(qū)的外墻），但應(yīng)緊靠危險(xiǎn)區(qū)區(qū)。二、簡(jiǎn)答題1.答：選擇氣體傳感器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵條件，以確保其滿足特定應(yīng)用需求：（1）檢測(cè)氣體種類和濃度范圍檢測(cè)氣體種類：傳感器應(yīng)能夠檢測(cè)目標(biāo)氣體的存在，如氧氣、二氧化碳、甲烷、一氧化碳等。濃度范圍：傳感器的檢測(cè)范圍應(yīng)覆蓋目標(biāo)氣體的預(yù)期濃度區(qū)間。不同傳感器的靈敏度和精度可能不同，需要根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的濃度范圍。（2）靈敏度和響應(yīng)時(shí)間靈敏度：傳感器應(yīng)具備足夠的靈敏度，以便能夠檢測(cè)到氣體的微小變化?；＿@在安全監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)檢測(cè)中尤為重要。（3）選擇性選擇性：傳感器應(yīng)能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)目標(biāo)氣體，而不會(huì)受到其他氣體的干擾。高選擇性有助于減少誤報(bào)和提高測(cè)量準(zhǔn)確性。工作環(huán)境條件溫度和濕度：傳感器應(yīng)能在預(yù)期的溫度和濕度范圍內(nèi)正常工作。壓力和流量：傳感器應(yīng)能在特定的氣壓和氣流條件下運(yùn)行，尤其是在工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。壽命和穩(wěn)定性使用壽命：傳感器應(yīng)具有較長(zhǎng)的使用壽命，以減少更換頻率和維護(hù)成本。穩(wěn)定性：傳感器應(yīng)在長(zhǎng)期使用中保持穩(wěn)定的性能，不會(huì)因環(huán)境變化而失準(zhǔn)。（6）尺寸和安裝要求尺寸：傳感器的物理尺寸應(yīng)適合安裝位置。安裝要求：傳感器應(yīng)易于安裝和維護(hù)，適合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的安裝方式。（7）輸出信號(hào)類型輸出信號(hào)：傳感器的輸出信號(hào)類型應(yīng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或控制系統(tǒng)兼容，常見的輸出信號(hào)類型包括模擬電壓、電流輸出、數(shù)字信號(hào)等。（8）電源需求電源：傳感器的電源要求應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)電