《天線與電波傳播》材料成形測試技術（宋美娟）（習題參考答案）

第2章習題1.傳感器一般由那幾部分組成？傳感器的類型有哪些？答：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路和其他輔助元件組成。按被測量分類：熱工量傳感器、機械量傳感器、狀態(tài)傳感器、物性傳感器和成分量傳感器按傳感器的原理分類：物理型傳感器、化學傳感器、生物傳感器；按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類：開關型傳感器、模擬型傳感器、數(shù)字型傳感器；按構成原理分類：結構性傳感器、物性傳感器；按其構成分類：基本型傳感器、組合型傳感器、應用型傳感器。2.金屬絲電阻應變片與半導體應變片的工作原理有什么區(qū)別？答：金屬電阻絲應變片與半導體應變片在工作原理上的不同在于電阻變化的原因不同。金屬電阻絲應變片是導體的形狀變化從而引起阻值相應的變化。半導體應變片是半導體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應力時，半導體的電阻率發(fā)生變化從而引起電阻相應的變化。3.常用電阻式傳感器有幾大主要類型？答：電阻應變片：電阻應變片是利用電阻應變效應原理制成的，應用最為廣泛的電阻式傳感器，主要用于機械量的檢測中，如力、壓力等物理量的檢測。熱電阻：熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的，是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。光敏電阻：光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內(nèi)光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導效應。氣敏電阻：氣敏電阻傳感器就是一種將檢測到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，他是一種半導體敏感器件，利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發(fā)生變化這一機理來進行檢測的。4.簡述電阻應變片的粘貼工藝及步驟。答：（1）應變片的檢查與選擇首先要對采用的應變片進行外觀檢查，觀察應變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑以及短路和折彎等現(xiàn)象。其次要對選用的應變片的阻值進行測量，阻值選取合適將對傳感器的平衡調(diào)整帶來方便。如有需要，還要對應變片的長度和寬度進行修正。（2）試件的表面處理采用砂紙打磨或無油噴砂法等清除試件表面雜質(zhì)、油污及疏松層等，用化學清洗劑如氯化碳、丙酮、甲苯等進行反復清洗，或采用超聲波清洗后，盡快粘貼，防止氧化。（3）底層處理為了保證應變片能牢固地貼在試件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，可在粘貼位置涂上一層底膠。（4）貼片應變片洗凈后，試件表面和應變片底面各涂上一層薄而均勻的粘合劑，待稍干后，將應變片對準劃線位置迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠錕加壓，擠出氣泡及多余的膠水，保證膠層盡可能薄而均勻。（5）固化固化后的應變片上應涂上稀釋的粘合膠防潮保護層。（6）粘貼質(zhì)量檢查首先是從外觀上檢查粘貼位置是否正確，粘合層是否有氣泡、漏粘、破損等。然后是測量應變片敏感柵是否有斷路或短路現(xiàn)象以及測量敏感柵的絕緣電阻。（7）引線焊接與組橋連線引出導線，加以固定，應變片間用漆包線連接組成橋路。（8）應變片的防潮處理如在應變片上涂一層中性凡士林或者2mm厚石蠟。5.試述電容式傳感器的工作原理及優(yōu)缺點。答：工作原理：根據(jù)電容公式當被測量δ、S或ε發(fā)生變化時引起電容的變化，保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。主要優(yōu)點是輸入能量小而靈敏度高，電參量相對變化大，動態(tài)特性好，能量損耗小，結構簡單，測量為非接觸型適應性好。缺點：主要缺點是非線性大，電纜分布電容影響大。6.電感式傳感器的工作原理是什么？有哪些類型？答：電感式傳感器的工作原理是利用電磁感應原理，將被測量的變化轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感（系數(shù)）變化，然后由轉(zhuǎn)換電路把自感或互感系數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種。7.試述壓磁式傳感器的工作原理及應用。答：壓磁式傳感器工作原理是由于壓磁效應，在外力的作用下，鐵磁材料的導磁率發(fā)生變化，當鐵磁材料上同時繞有激勵繞組和測量繞組時，導磁率的變化將導致繞組間耦合系數(shù)的變化，從而使輸出電勢發(fā)生變化。通過測量電動勢e來衡量外力的作用。8.熱電偶式傳感器的工作原理是什么？簡述熱電偶式傳感器的應用。答：熱電偶測溫的工作原理是基于熱電效應，即兩種不同溫度的金屬線在接點連接起來構成一閉合電路，兩接點溫度不同，就會產(chǎn)生熱電勢，其數(shù)值等于兩接點的接觸電勢之差，從而把熱參量轉(zhuǎn)換成電量的方式。應用：鉑-銠熱電偶，由貴金屬制成，長時間使用可測量到1600℃，短時間可測量到1800℃，熱電勢小。鉻鎳合金-鋁鎳合金，也稱為鉻鋁熱電偶，長時間使用溫度上限為900℃，短時間為1100℃，熱電勢較大。鉻鎳合金-考銅熱電偶，長時間使用可測600℃，短時間可測到800℃，其熱電勢也較大。9.試述激光式傳感器的工作原理及應用。答：先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉(zhuǎn)化為相應的電信號。

應用：常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。10.試述CCD圖像傳感器的工作原理及應用。答：工作原理：一種密排的MOS電容器，能夠存儲由入射光在CCD像敏單元激發(fā)出的光信息電荷，并能在適當相序的時鐘脈沖驅(qū)動下，把存儲的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)自掃描，完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。應用：CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應用于數(shù)碼相機外，還廣泛應用于攝像機、掃描儀，以及工業(yè)領域等。此外，在醫(yī)學中為診斷疾病或進行顯微手術等而對人體內(nèi)部進行的拍攝中，也大量應用了CCD圖像傳感器及相關設備。第3章習題試述傳感器的接口電路在傳感器和檢測系統(tǒng)中的作用。答：傳感器的接口電路對于傳感器和檢測系統(tǒng)是一個非常重要的連接環(huán)節(jié)，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的測量精度和靈敏度。在實際應用中，傳感器接口電路位于傳感器和檢測電路之間，起著信號處理與連接作用。傳感器的輸出信號有哪些特點？傳感器信號的處理方法有哪些？答：由于傳感器種類繁多，傳感器的輸出形式也多種多樣；傳感器的輸出信號一般比較微弱，有的傳感器輸出電壓最小僅有0.1uV；傳感器的輸出阻抗都比較高，這樣就會使傳感器信號輸入到測量電路時，會產(chǎn)生較大的信號衰減；傳感器的動態(tài)范圍很寬；傳感器的輸出隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關系不一定是線性比例關系。傳感器的輸出量會受溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。直流電橋在應用中常出現(xiàn)誤差，通常采用哪些方法消除誤差？答：消除誤差通常采用補償法，其中包括零點平衡補償、溫度補償和非線性補償?shù)?。放大電路的作用是什么？答：放大電路主要用來將傳感器輸出的直流信號或交流信號進行放大處理，為檢測系統(tǒng)提供高精度的模擬輸入信號，它對檢測系統(tǒng)的精度起著關鍵作用。簡述反相放大器、同相放大器、差動放大器和電荷放大器的工作原理。答：（1）反相放大器：輸入電壓Uin通過電阻Ri加到反相輸入端，其同相端接地，而輸出端電壓UOUT通過電阻RF反饋到反相輸入端。反相放大器的輸出電壓，可由下式確定，（2）同相放大器：是同相放大器的基本電路。輸入電壓Uin直接從同相輸入端加入，而輸出端電壓UOUT通過RF反饋到反相輸入端。（3）差動放大器：兩個輸入信號U1和U2分別經(jīng)R1和R2輸入到運算器放大器的反相輸入端和同相輸入端，輸出電壓則經(jīng)RF反饋到反相輸入端。（4）電荷放大器：圖中K為運算放大器開環(huán)差模放大倍數(shù)，Cf為反饋電容，RF為反饋電阻，Ca為壓電傳感器等效電容，Co為電纜分布電容，Ra為壓電傳感器的等效電阻，Ci為電荷放大器的輸入電容。如果忽略較高的輸入電阻后，電荷放大器的輸出電壓可由下式表達，即：在傳感器的信號處理中為什么要采用噪聲抑制？答：在非電量的檢測及控制中，往往混入一些干擾的噪聲信號，它們會使測量結果產(chǎn)生很大的誤差，這些誤差將導致控制程序的紊亂，從而造成控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構產(chǎn)生誤動作。因此在傳感信號的處理中，噪聲的抑制是非常重要的。噪聲抑制也是傳感器信號處理的重要內(nèi)容之一。試述噪聲產(chǎn)生的原因及噪聲抑制的方法。答：內(nèi)部噪聲是由傳感器或檢測電路元件內(nèi)部帶電微粒的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。外部噪聲是由傳感器檢測系統(tǒng)外部人為或自然干擾造成的。噪聲的抑制方法主要有以下幾種：（1）、選用質(zhì)量好的元器件。（2）、屏蔽：屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料將元件、傳輸導線、電路及組合件包圍起來，以隔離內(nèi)外電磁或電場的相互干擾。（3）、接地：指的是一個等電位點，與基準電位點相連接，就是接地。（4）、隔離：當電路信號在兩端接地時容易形成環(huán)路電流，引起噪聲干擾。這時，常采用隔離的方法，把電路兩端從電路上隔開。（5）、濾波：傳感器接口電路還經(jīng)常設置濾波電路，對由外界干擾引入的噪音信號加以濾除。檢測信號輸入微機前作了哪些必要的處理？答：（1）接點開關型傳感器：這類傳感器的輸出信號是由開關接點的通、斷形成的，要注意信號的抖動現(xiàn)象，通常要采用硬件處理或軟件處理來消除抖動。（2）無接點開關型傳感器：在微型計算機的輸入電路中設置比較器，根據(jù)傳感器輸出與基準比較電平相比較的結果，來判斷開關狀態(tài)，然后將比較結果通過輸入口輸給微型機計算機。（3）模擬輸出型傳感器：輸出的是模擬信號，微型計算機是無法進行處理的，必須把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給計算機，由計算機對信號進行分析處理。9.簡述傳感器與微機連接的重要性。答：（1）促進自動化水平的提高由于傳感器和微型計算機的結合，使自動化儀表實現(xiàn)智能化，形成以智能化儀表為核心的工業(yè)檢測與控制系統(tǒng)。從而使自動化水平得到不斷提高。；（2）有利于新產(chǎn)品的開發(fā)在新產(chǎn)品的開發(fā)中，首先要考慮的是如何應用傳感器及微型計算機，它有利于開發(fā)出前所未有的高性能產(chǎn)品；（3）提高企業(yè)管理水平由于微型計算機和傳感器的結合，使得數(shù)據(jù)的檢測、處理和統(tǒng)計更為準確、迅速，而且可進行過程的控制。這將使企業(yè)的生產(chǎn)技術的發(fā)展、產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)、節(jié)約人力和降低成本等許多方面實現(xiàn)科學管理，為企業(yè)增添活力；（4）為技術改造開辟新的領域把傳感器和微型計算機結合起來在技術改造中應用，就會為各種舊設備的智能化開拓出極其廣闊的領域，讓它們發(fā)揮更大的作用。第4章習題什么是應力？應力的測量方法有哪些？答：應力是一個重要的機械量，它表征了構件的受載情況、負荷水平和強度能力，應力測量也是其它力能參數(shù)測量的基礎。應力測量的方法很多，如機械測法、電測法、光測法等，目前以電阻應變測法應用最廣泛。簡述電阻應變測量的基本方法。答：電阻應變測量的基本方法是根據(jù)測量的目的選擇測點、貼電阻應變片、組成測量電橋、連接電阻應變儀、測量構件受力后表面各點應變，然后再根據(jù)應力和應變的關系計算出各點的應力。畫出在單向拉伸應變測量中，單臂半橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-5測拉應變的布片與組半橋圖(a)有補償塊(b)無補償塊(c)組橋方式取阻值和靈敏系數(shù)均相同的二枚應變片，將（工作片）沿受力方向粘貼在被測構件上，將（補償片）貼在補償塊上，置于同一環(huán)境溫度中，組成半橋，如圖4-5（a）、(c)所示。和由于受力變形及溫度變化引起阻值變化分別為式中——由P力引起的電阻變化率、——由溫度變化引起的、電阻變化率，且兩者大小相等；、——分別表示力和環(huán)境溫度變化引起構件的應變。則電橋輸出電壓為：橋臂系數(shù)=1畫出在單向拉伸應變測量中，全橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-6測拉應變的布片與組全橋圖貼片方法(b)組橋方式采用四枚、相同的應變組全橋，其中、為工作片，、為補償片，其貼片與組橋如圖4-6，當受拉力與溫度變化時，各應變片阻值變化分別為則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)。畫出在彎曲應變測量中，半橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-7測彎曲應變的布片與組半橋圖則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)。畫出在彎曲應變測量中，全橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-8測彎曲應變的布片與組全橋圖則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)。畫出在扭轉(zhuǎn)應變測量中，半橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-9測扭轉(zhuǎn)應變的布圖和組橋圖(a)貼片方法(b)半橋連接則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)。畫出在扭轉(zhuǎn)應變測量中，全橋測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-9測扭轉(zhuǎn)應變的布圖和組橋圖(a)貼片方法(c)全橋連接則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)畫出在復合變形時，測拉消彎測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-11只測拉應變的布片與組橋圖則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)。畫出在復合變形時，測彎消拉測量法的布片與組橋圖，并計算輸出電壓值和橋臂系數(shù)。解：圖4-12只測彎曲應變的布片與組橋圖則電橋輸出電壓為橋臂系數(shù)什么是軋制壓力？試述測量軋制壓力的方法。答：軋制壓力即金屬在軋制過程中作用在軋輥上的壓力。目前廣泛采用兩種測量軋制壓力的方法。第一種是通過測量機架立柱的拉伸應變測量軋制壓力，又稱應力測量法；第二種是用專門設計的測力傳感器直接測量軋制壓力。簡述電阻應變式傳感器的設計內(nèi)容。答：在軋鋼中，測力傳感器也叫做測壓頭，簡稱為壓頭。在軋鋼設備中，由于軋制力大，工作條件差，安裝傳感器的位置也受到限制，因此不能應用出售的標準成品傳感器，必須根據(jù)每套軋機的具體條件自行設計和制造。電阻應變式傳感器的設計包括外殼結構的設計、彈性元件的設計、應變片的連接與組橋、傳感器的標定和精度檢驗。試述金屬塑性變形抗力的測量方法。答：金屬塑性變形抗力的測量方法有拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)等三種，其中使用最廣的是壓縮法，它能得到較大的變形程度。熱變形抗力測量：常用的試驗設備為凸輪式高速形變機，其主要特點是在壓縮過程中，保持變形速度恒定，因此，只要記錄變形過程中，力與變形的變化規(guī)律，便可知各種變形條件下的變形抗力。冷變形抗力測量：冷變形抗力的測量方法是采用平面應變壓縮試驗。何為集電裝置？常用形式有哪些？對集電裝置的技術要求有哪些？答：因粘貼在旋轉(zhuǎn)軸上的應變片和導線將隨著軸一起轉(zhuǎn)動，而測量儀器是固定的，因此需要一種專門的裝置把應變信號從旋轉(zhuǎn)軸上引出傳送給固定的測量儀器，供放大、顯示或記錄。這種裝置叫做集電裝置。旋轉(zhuǎn)式集電裝置可分為三種：接線式、電刷式和水銀式滿足下列技術要求：（1）滑環(huán)各滑道與電刷（接線）之間的接觸電阻應盡量小。因為接觸電阻大，其結果是降低了供橋電壓，并加大了輸出電表內(nèi)阻，使輸出電流減小，降低了靈敏度。（2）接觸電阻應盡量保持穩(wěn)定，即其變化應盡量小，否則將使電橋輸出值波動。接觸電阻的劇烈變化將會使測量儀表的指針明顯擺動或在波形曲線上出現(xiàn)毛刺。（3）滑環(huán)各滑道與旋轉(zhuǎn)軸之間要有良好的絕緣，其絕緣電阻不得小于20MΩ。（4）滑道與電刷的摩擦溫升要小，以免在線路中產(chǎn)生熱電勢，造成測量誤差并降低絕緣電阻。（5）結構簡單，制造和安裝方便。15.何為標定？試述扭矩的標定方法和內(nèi)容。答：標定：扭矩的標定就是在所測軸上施加已知標準力矩，以求得電橋輸出與力矩之間的關系，稱標定方程或標定曲線。標定方法：直接標定與間接標定兩類。內(nèi)容：(1)直接標定在現(xiàn)場對所測軸施加已知力矩，對于小軸，可把接軸一端卡住，另一端固定一根杠桿，在杠桿端部逐漸加砝碼。對于大軸，可用吊車來盤軸，在吊車提升機械上安裝一個測力計，以得到所施加的力矩值。(2)間接標定法有模擬小軸法和電標定法（并聯(lián)電阻法及應變儀給定應變法）。標定小軸法做一個直徑為實測軸直徑直，材質(zhì)相同的小軸。在小軸上貼片，要求應變片性能、貼片工藝、組橋方法、測量儀器以及導線均與實測軸的條件完全一樣。然后將小軸放在扭轉(zhuǎn)試驗機上或加載支架上，加載并做出標定曲線。關聯(lián)電阻法在選定的某橋臂上并聯(lián)一個固定電阻，其值是按給定應變計算的。關聯(lián)后測出相應的光點高度，它即代表給定的應變值曲線。應變儀給定應變法凡是帶有標定裝置的應變儀都可使用此法。此法與關聯(lián)電阻法原理相同，也是用一臂標定，為使其與四臂工作時等效，當全橋時必須取。并用相同方法計算。簡述測量軋件張力的方法及意義。答：方法：張力測量首先是通過張力輥和導向輥將張力轉(zhuǎn)換成張力輥的壓力，然后由張力傳感器測出，最后按力三角形計算出張力大小意義：由于張力對穩(wěn)定軋制過程有利。但軋制時應注意嚴格地保持張力恒定，否則，由于張力的變化將引起軋制力發(fā)生相應的波動，使軋件產(chǎn)生縱向厚度不均。因此精確測量張力是保證板帶軋制合理操作的一個重要基礎。也是軋機實現(xiàn)自動控制的一個前提。第5章習題簡述電機電流、電壓、功率等電參數(shù)的測量特點。答：在電機控制系統(tǒng)使用中，不僅需要了解電機穩(wěn)態(tài)運行時電流或電壓的波形、幅值、有效值或平均值的情況，還常常需要了解電機電流、電壓隨時間變化的動態(tài)過程。這些情況下的測量工作，一般電工測量儀表是難以勝任的，此時可采用示波器、變送器或新型傳感器進行測量。由于直流電參數(shù)不能采取變壓器原理進行電位隔離，所以在直流電參數(shù)測定中，應該在測量儀器與供電系統(tǒng)之間設置某種隔離環(huán)節(jié)，將直流高電位予以隔離。各類直流電壓、電流變送器就是用于供電系統(tǒng)中，隔離輸入與輸出的中間環(huán)節(jié)。由于交流電信號是隨時間周期變化的電量，在采用智能數(shù)字儀表測量或電機自動測試系統(tǒng)中，需要將被測電壓、電流等變換成與其成正比的標準直流電流（或電壓）信號。試述直流電機電壓和電流的示波器振子測量法及適用范圍。答：電壓的測量：電壓信號由電樞C、D兩端引出，其測量電路如圖5-2(a)所示，電阻R1為振子限流電阻，R2為附加限流電阻。(a)振子記錄直流電壓原理圖(b)直流電壓標定原理圖圖5-2直流電動機電壓測量原理圖測量線路需通過標定才能確定其標定特性曲線。圖5-2(b)為電壓標定方法，即原測定線路輸入端并接一只0.5級的電壓表讀取U標值。標定時給某一組穩(wěn)定電壓作為U標，同時記錄的光點的相應偏移量Y標，于是可得到電壓比例系數(shù)：伏/毫米(5-2)再把實測時從示波器圖上得到的振子光點高度乘以，即可得到所測電壓值U測，即(5-3)電流的測量：由于主機容量一般都比較大，因而常采用分流器（FL）來測量較大的直流電流。分流器的電流端串接到被測線路中，電壓端接一只磁電毫伏表，當有電流流過時，兩端產(chǎn)生電位差，該電位差值與流過其中的電流值成正比。因此可以說，電流的測量被轉(zhuǎn)化為分流器兩端電位差的測量。(a)分流器(b)振子記錄電流電路圖圖5-4直流電動機電流測量原理圖測量信號由分流器A、B點引出，其測量線路如圖5-4(b)所示。顯然，振子光點的偏轉(zhuǎn)量與分流器兩端電位差成正比。由于分流器的輸出信號比較弱，故限流電阻很小，甚至可以省略，一般為幾十歐。為了確定其標定特性曲線，多采用圖5-5所示的電流標定線路。標定時，將測量回路A、B兩點從分流器上脫開，按圖5-5接入由電源E、可變電阻、組成的模擬分流器的、兩點。由零至75毫伏給定一組毫伏數(shù)，并同時記錄振子相應偏轉(zhuǎn)量，可得標定曲線斜率。圖5-5電流標定電路圖，毫伏/毫米(5-4)設分流器特性，安/毫伏(5-5)則試述直流電機電壓和電流的變送器測量法及適用范圍。答：直流電壓變送器是將直流電壓分壓，取出部分經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后輸入放大器。調(diào)制器將輸入的直流電壓調(diào)制為交流信號，以便進行交流放大。放大器工作原理基于自激振蕩式調(diào)制放大器，將放大后的交流信號經(jīng)隔離變壓器輸入檢波器，再經(jīng)電容濾波還原成輸入信號波形。直流電流變送器是由一臺直流毫伏變送器將分流器上引出的微弱信號放大到伏特級，然后用一臺直流電壓變送器進行電隔離輸出。由于采用了電位隔離，減少了干擾，又對小信號（如毫伏等信號）可放大而得到了普遍的應用簡述交流電機電壓和電流的測量方法及適用范圍。答：交流電壓變送器是被測交流電壓信號通過電壓互感器降壓后，采用橋式電路進行全波整流，由濾波電容C濾去輸出中交流成分，由輸出端輸出1毫安的電流信號及5伏的電壓信號。交流電流變送器中電流互感器的鐵芯是由硅鋼片制成的。在磁化的起始部分有非線性區(qū)。因此當被測交流信號較小時，互感器次級繞組感應的交流電流將是非線性的。為了減少由此產(chǎn)生的誤差，采用了由四個二極管及電阻組成的補償電路。在二極管兩端電壓較低時，它的伏安特性曲線呈非線性，其內(nèi)阻與外加電壓成反比。這樣，在低電壓時分流作用弱，在高電壓時分流作用強。利用二極管的特性就可補償硅鋼的非線性誤差。常用的電機轉(zhuǎn)速測量方法有哪幾種？答：日光燈法、閃頻法、光電數(shù)字測速、電容式瞬時轉(zhuǎn)速測量法、示波器轉(zhuǎn)速測量法。簡述電機轉(zhuǎn)速測量方法中日光燈法測速原理。答：日光燈是一種閃光燈，將其接入50Hz電源時，日光燈的實際閃光頻率為每秒100次，閃頻周期為10m。如果電動機略低于同步轉(zhuǎn)速運行，則眼睛看到的軸端標記將逆電機轉(zhuǎn)向緩慢旋轉(zhuǎn)，用秒表測定每分鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，即為電動機轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差，則電動機轉(zhuǎn)差率為：（5-8）若軸端標記順電動機轉(zhuǎn)向緩慢旋轉(zhuǎn)，則電動機轉(zhuǎn)速將略大于同步速。這時式（5-8）的轉(zhuǎn)差率為負值。轉(zhuǎn)差率測定后可按下式計算出電動機轉(zhuǎn)速：（5-9）簡述電機轉(zhuǎn)速測量方法中光電數(shù)字測速原理。答：在被測試的電動機軸上安裝一測試盤（齒圓盤或孔圓盤），圓盤上有Z個均勻齒槽或圓孔，一般Z為60或60的整數(shù)倍。當光束通過槽部或小孔時，投射到光敏二極管上產(chǎn)生電信號，當光束被齒部或無孔部分遮住時，光敏二極管無信號。光敏二極管產(chǎn)生的脈沖信號頻率正比于電動機轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代電機測試技術有哪些特點？答：（1）新理論、新技術、新材料的應用；（2）測試系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化與智能化；（3）測試具有高精度、速應性、實時性和高抗干擾能力。簡述傳感器技術在電機測試中的應用。答：（1）霍爾電流傳感器當電流通過一長直導線時，在導線周圍將產(chǎn)生磁場，磁場的大小與被測電流成正比。一種實用的霍爾電流傳感器由一次電路、聚磁環(huán)、霍爾元件、二次線圈以及放大電路等組成。該傳感器基于磁勢平衡原理，由二次電流所產(chǎn)生的磁動勢與一次電流磁動勢處于動態(tài)平衡狀態(tài)，使霍爾元件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。該傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，二次電流忠實反映一次電流的波形，工作頻帶為0~100kHZ，準確度為1%，測量電流范圍可達，電壓可達。（2）霍爾功率傳感器霍爾電動勢與控制電流和磁感應強度的乘積成正比，如果使控制電流與電網(wǎng)相電壓成正比（可將霍爾元件控制極通過降壓電阻并聯(lián)到電網(wǎng)相電壓上），用相電流流過鐵心線圈產(chǎn)生與成正比的磁場，就可以導出霍爾電動勢的平均值與交流有功功率成正比的關系式：式中，、、分別為相電壓、相電流的有效值及其功率因數(shù)角；為比例常數(shù)。第6章習題1.簡述常用測溫方法、類型及特點。常用測溫方法、類型及特點測溫方法溫度計及傳感器類型測溫范圍（℃）精度（％）特點接觸式熱膨脹式水銀-500～6500.1～1簡單方便；易損壞（水銀污染）；感溫部大雙金屬結構緊湊、牢固可靠壓力液-30～600-20～3501耐振、堅固、價廉；感溫部大氣熱電偶鉑銠-鉑其他0～1600-200～11000.2～0.50.4～1.0種類多、適應性強，結構簡單，經(jīng)，濟，方便，應用研究廣泛。須注意寄生熱電勢及動圈式儀表電阻對測量結果的影響熱電阻鉑鎳銅-260～600-50～3000～1800.1～0.30.2～0.50.1～0.3精度及靈敏度均較好，感溫部大，須注意環(huán)境溫度的影響熱敏電阻-50～3500.3～1.5體積小，響應快，靈敏度高；線性差，須注意環(huán)境溫度的影響非接觸式輻射溫度計光纖溫度計800～3500700～300011非接觸式測溫，不干擾被測溫度場，輻射率影響小，應用簡便，不能用于低溫熱電探測器熱敏電阻探測器光子探測器200～2000-50～32000～3500111非接觸式測溫，不干擾被測溫度場，響應快，測溫范圍大，適于測量溫度分布，易受外界干擾，定標困難其他示溫材料碘化銀，二碘化汞，氯化鐵，液晶等-35～2000<1測溫范圍大，經(jīng)濟方便，特別適于大面積連續(xù)運轉(zhuǎn)零件上的測溫，精度低，人為誤差大2.簡述電阻溫度計的測溫原理、測溫范圍及應用條件。答：測溫原理：基于導體和半導體材料的電阻值隨溫度的變化而變化，再用顯示儀表測量得出與電阻值相對應的溫度值。測溫范圍：中低溫。應用條件：用于測量液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)及固體表面。3.簡述熱電偶溫度計的測溫原理、測溫范圍及應用條件。答：熱電偶測溫原理：熱電偶是基于熱電效應而工作的。實際上熱電偶是將熱能轉(zhuǎn)換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換型傳感器。（當兩種不同導體的端點結合成一封閉回路時，如兩結合點的溫度不同，則在回路中產(chǎn)生熱電勢，此現(xiàn)象學稱為熱電效應。）兩根不同導體A和B構成的熱電偶，其工作端（熱端，溫度T）插入被測介質(zhì)中，與導線連接的另一端（冷端，溫度）為自由端。若保持不變，則熱電勢隨溫度而變化。測溫范圍：0～1800℃溫度范圍內(nèi)。應用條件：用于測量液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)及固體表面。4.將一只靈敏度為0.08mV的熱電偶與電壓表相連，電壓表冷端為50℃，若電位計上度數(shù)為60mV，求熱電偶熱端的溫度。解：u=0.08△t所以△t=60/0.08=750℃又△t=t-50℃所以t=750+50=800℃所以熱電偶熱端的溫度為800℃5.用手動電位差計測得某熱電偶的熱電勢為E，從相應的毫伏--溫度對照表中查出其所對應的溫度為600℃（當冷端為0℃），此時熱電偶冷端所處的溫度為20℃，試問若該熱電偶毫伏-溫度關系式線性的，被測實際溫度為多少？解：△t=600℃又△t=t-20℃所以t=600+20=620℃6.與熱電偶測溫傳感器相比，輻射測溫的特點是什么？目前采用的輻射式測溫儀有哪幾種？答：輻射測溫的特點：是利用物體輻射能與本身溫度有一定函數(shù)關系的原理進行的測量．這種測溫方法的熱交換以輻射方式進行。它是一種非接觸式測溫方式，不會干擾被測對象的溫度場，測溫上限高，動態(tài)性能好，靈敏度高，可測量運動狀態(tài)對象的溫度。常用的輻射溫度計：有光學高溫計、光電比色高溫計、紅外溫度計和光導纖維溫度計等。7.簡述輻射溫度計的測溫原理、測溫范圍及應用條件。答：測溫原理：輻射溫度計是依據(jù)熱輻射原理來檢測溫度。基于四次方定律而工作的。由于實際物體的吸收能力小于絕對黑體，即ε<1，因此用全輻射高溫計測得的溫度總是低于物體的溫度。如果已知物體的黑度ε，則可根據(jù)下式求得物體的真實溫度。式中T0為黑體全輻射所具有的溫度；T為被測物體的真實溫度。測溫范圍為400~3000℃。應用條件：適用于遠距離、不能直接接觸的高溫物體8.簡述紅外溫度計的測溫原理、測溫范圍及應用條件。答：測溫原理：波長在0.8～400μm的紅外光譜,其輻射強度與溫度及波長之間的關系,仍然可由普朗克定律確定,因此可以通過測量一定波長下的紅外輻射強度來確定物體的溫度。測溫范圍：低溫區(qū)已至-10℃,高溫區(qū)達3000℃。應用條件：適用于較遠距離、不能直接接觸的高溫物體。9.何為物性型光導纖維溫度計？簡述其工作原理及特點。答：物性型光導纖維溫度計是通過光纖把輸入物理量變換為調(diào)制的光信號。工作原理：是基于光纖的光調(diào)制效應，即改變纖維環(huán)境，如應變、壓力、溫度等，就可以改變光傳播中的相位與光強。因此，如能測出通過光纖的光相位或光強變化，就可以測得未知物理量的變化。特點：最大優(yōu)點是靈敏度高，分辨率好，響應速度快、可靠性高、處理能力強大、連接測點多和兼容性強等眾多優(yōu)點，可以實現(xiàn)對被測對象進行快速實時、可靠穩(wěn)定長期監(jiān)控，但結構較為復雜。10.何為結構型光導纖維溫度計？簡述其工作原理及特點。答：結構型光導纖維溫度計是由光檢測元件和光纖傳輸回路組成的測量系統(tǒng)，光纖僅起傳輸光通路的作用，所以又稱之為傳光型或非功能型光纖傳感器。工作原理：結構型光纖溫度計通常由前置敏感元件感測溫度，再將溫度量變成光信號。在這一類傳感器中，最典型的是位移型前置敏感元件。光源通過入射光纖將光束射到前置敏感元件的反射面上，接收光纖將反射光傳輸?shù)教綔y器上。如果溫度變化，前置敏感元件將發(fā)生位移，于是溫度變化通過位移的變化使接收光纖獲得反射光強的變化。用探測器檢出光強變化，并轉(zhuǎn)換為電壓變化量，然后再作信號分析處理。結構型光纖溫度傳感器工作原理圖特點：靈敏度高、抗干擾性強、能進行動態(tài)非接觸測量以及適應寬范圍，結構比較簡單。第7章習題簡述軋制生產(chǎn)過程在線檢測的重要性。答：在現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)過程中，在線檢測不僅關系到產(chǎn)品質(zhì)量，也關系到技術經(jīng)濟指標的提高。例如有了在線自動測厚，就能大大提高板帶生產(chǎn)的成品率，并為自動厚度控制提供條件。因此，在線檢測已成為重要的工藝參數(shù)測量任務。試述射線式測厚儀的工作原理及主要特點。答：工作原理：由于原子核的不穩(wěn)定性，能自發(fā)地放射出射線，射線，射線；而且具有不受外界作用能連續(xù)放射射線的能力，這些射線能穿透物質(zhì)使其電離。如果放射源的半期衰減期足夠長，那么，在單位時間內(nèi)放射出來的放射數(shù)量是一定的。當射線、射線、射線、X射線穿透物質(zhì)時它的強度會逐漸減弱，這是由于鋼板吸收了射線的能量。被吸收的數(shù)量取決于被測物質(zhì)的厚度。因此，如果能測得被吸收后射線的強度，就可以知道被測物質(zhì)的厚度。特點：(1)可進行連續(xù)和不接觸地測量；(2)測量精度較高；(3)反應速度較快；(4)能夠給出供顯示、記錄與控制的電信號，易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。簡述光電測寬儀的工作原理，測寬儀的進一步發(fā)展應考慮哪些方面？答：在鋼板上方裝設檢測部分，它內(nèi)部裝有兩組掃描器，掃描器的間隔根據(jù)鋼板寬度預先設定。連續(xù)地掃描測定鋼板兩側(cè)的邊部位置。為使鋼板邊部有強烈反差，在下方裝設光源，即采用背影光源方式。通過光學系統(tǒng)、在旋轉(zhuǎn)狹縫上形成鋼板邊部的象，通過旋轉(zhuǎn)狹縫變換成與時間對應的信號。通過旋轉(zhuǎn)狹縫的光在光電倍增管內(nèi)變換成電脈沖信號，并在脈沖信號上施加基準時鐘信號，根據(jù)這個數(shù)字測定值和寬度設定值，求出寬度偏差和板材中心的橫向擺動。測寬儀的進一步發(fā)展需要考慮：板型惡劣時寬度檢測的精確；對被測鋼板的跳動、傾斜、側(cè)偏、板型、邊浪的有效識別；測量精度的穩(wěn)定性；操作簡單等。激光測長儀的常用方法有哪些？簡述其結構和原理。答：激光測長儀的常用方法有干涉法和差分多普勒法。激光測長儀由激光器、檢測器、電子部件和顯示器等組成。干涉法激光測長儀：激光器射出的光用透鏡把激光束變成一狹長光束，其方向是沿待測物的運動方向。由于光的干涉現(xiàn)象使反射光呈現(xiàn)出一種強變化的光斑。如果物體在運動，那么干涉圖形也會運動，因此在光柵后面的電光接受器上就會產(chǎn)生一種與物體運動速度成比例的光頻率信號。差分多普勒法：它由激光器發(fā)射光經(jīng)過分光鏡變成兩條激光束，從運動方向不同的夾角射到物體上。根據(jù)多普勒反應，反射光相對于入射光要發(fā)生平移，如果這兩束光正好射在物體同一位置上，則將兩個已平移的反射光重疊而形成一個較低頻率的差頻，它和兩束光的入射角之差與物體運動速度成正比。帶鋼板形缺陷的種類有哪些？分析其產(chǎn)生的主要原因。答：（1）邊浪。帶鋼邊部的厚度減薄量大于中部，從而引起邊部的延伸量大于中部而出現(xiàn)邊浪。邊浪又有單邊浪、雙邊浪和不對稱雙邊浪3種。產(chǎn)生邊浪的主要原因是總軋制力過高，投人錯誤的工作輥彎輥，負彎輥量過大，而且沒有切換到正彎輥，工作輥凸度過平或工作輥溫度邊部高于中部。（2）中浪。帶鋼中部的厚度減薄量大于邊部，從而引起中部的延伸量大于邊部而出現(xiàn)中浪。產(chǎn)生中浪的主要原因是總軋制力太小，工作輥的正彎輥力過大，沒有切換到負彎輥，工作輥凸度過大或軋輥中部熱膨脹過大。（3）1／4浪。波浪出現(xiàn)在中部和邊部之間、板寬的1／4處。這主要是由于連續(xù)較長時間軋制后，輥中部與邊部產(chǎn)生較大溫度差，同時輥中部又受到大水量冷卻，因而在與板寬l／4處相對應的地方輥溫偏高，這種局部的熱膨脹是產(chǎn)生l／4浪的來源。此外，采用小輥徑工作輥的六輥軋機，由于軋輥的剛性較小，工作輥的彎輥效果不能深入到板寬的中心，不當?shù)膹澼伭υO置可能會導致1／4浪。試述ABB帶鋼板形檢測儀的基本原理。答：在軋制過程中，帶鋼與ABB測量輥相接觸，由于帶鋼是張緊的，因而在ABB測量輥上產(chǎn)生張應力。當測量輥轉(zhuǎn)動，電磁傳感器與帶鋼接觸時，產(chǎn)生激磁并輸出相應的電磁信號，該電磁信號的大小反映了帶鋼在ABB輥子上產(chǎn)生的張應力的大小。電磁傳感器的工作頻率為2000Hz。所測得的電信號經(jīng)過相應的線路傳送給ABB信號處理電路。在ABB信號處理電路中，來自各測量通道的模擬信號經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器和A／D轉(zhuǎn)換器送至算術運算單元，在此把ABB輥環(huán)每轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的四個電磁信號，即四次測量輥環(huán)的徑向力值累加后除以4，便求得其平均徑向力值，作為ABB輥每轉(zhuǎn)一圈測得的每個測量段上徑向力值。ABB帶鋼板形檢測儀測量系統(tǒng)的組成有哪些？答：存儲緩沖單元、壓力測量功能模塊、通用計算模塊、系統(tǒng)診斷模塊、人機對話模塊、外部通訊模塊、板形控制模塊、冷卻計算模塊、板形計算模塊、板形誤差計算模塊、測量補償模塊、帶鋼應力計算模塊等。SGF型輥縫測量儀的組成有哪幾部分？簡述其工作原理。答：SGF型輥縫測量儀由光電式角度位移脈沖轉(zhuǎn)換器、主機(測量儀表)和外顯示器三部分組成。工作原理：一般軋機的輥縫變化是通過壓下螺絲的位置來實現(xiàn)的。壓下電機的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過蝸桿蝸輪傳動，帶動壓下螺絲上下移動，使輥縫值改變。這樣，輥縫值可經(jīng)過機械傳動，轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角位移。故輥縫測量不必直接去測量兩輥之間的間隙，而可直接測量其角位移。只要將角位移轉(zhuǎn)換成脈沖信號，測定出脈沖數(shù)，就可確定輥縫值。試述熱金屬檢測器和冷金屬檢測器的作用。答：熱金屬檢測器是通過檢測熱軋件的紅外線來檢測軋件存在或邊部位置的監(jiān)測器。它是熱軋自動運行不可缺少的傳感器。冷金屬檢測器用于冷軋的生產(chǎn)過程和熱軋的較后工序，它用來檢測板坯等金屬材料的存在性和通過位置。簡述激光掃描器和CCD攝像掃描器在帶鋼表面缺陷檢測中的應用。答：激光掃描器是按照連續(xù)生產(chǎn)的帶鋼表面檢查的要求而設計的。為可靠測定缺陷，應確定以下兩個準則，即：掃描線上每個光點的幾何尺寸要恒定，掃描光點在物體表面上的速度要恒定。激光掃描器多半使用低功率的HeNe激光（633nm)。為了檢查材料表面難于檢測的那些缺陷，必要時，亦可使用同類功率的另一種光源，例如IR激光（780nm）。這樣也可使用兩個不同波長的光源，它們可以組合或單獨工作。表面自動檢測用的CCD攝像掃描器是激光掃描器在邏輯上的附加物，其應用范圍很廣，從動態(tài)針孔缺陷檢測器到整個表面的檢測系統(tǒng)。在寬廣的波長范圍內(nèi)可使用各種類型的光源是攝像掃描器的一個明顯優(yōu)點。根據(jù)帶鋼寬度和檢測缺陷要求的分辨率，最多可串連8個CCD行攝像機。這樣，即使帶鋼運行速度很高，攝像掃描器也能用于表面和針孔缺陷檢測。這種很寬波長范圍使攝像掃描器適用于各種用途。型鋼生產(chǎn)中常見的自動檢測技術有哪些？答：（1）軋件尺寸的在線檢測，包括線棒材測徑儀、型鋼寬度和厚度測量、軋件長度的檢測；（2）軋件位置檢測。第8章習題1.簡述射線探傷原理，并說明射線探傷的分類有哪些。答：原理：當射線透過被檢物體時，在有、無缺陷部位對射線的衰減不同，從而造成兩個部位透過射線的強度存在差異，因此可通過檢測透過被檢物體后的射線強度的不同來判斷被檢物體中是否存在缺陷。分類：（1）根據(jù)所使用射線源種類的不同，可將其分為X射線探傷、γ射線探傷和高能射線探傷等；（2）根據(jù)顯示缺陷的方法不同，可將其分為射線照相法探傷、射線實時成像探傷法和射線計算機斷層掃描技術(CT)等。2.簡述超聲波檢測的基本原理，以及在鑄鐵件超聲波探傷中的應用。答：原理：脈沖反射法是超聲波探傷中應用最廣泛的一種方法，其基本原理是將一定頻率間斷發(fā)射的超聲波通過耦合劑的耦合傳入工件，當遇到異質(zhì)界面時，超聲波將產(chǎn)生反射回波，反射回波被超聲波探傷儀接收，并以電脈沖信號在顯示屏上顯示出來，以此來判斷缺陷的有無。應用：鑄件晶粒較粗，與鍛件相比對超聲波的衰減亦大。超聲波在粗大晶粒的界面上發(fā)生雜亂的晶界反射，超聲頻率越高，衰減越厲害，雜波干擾也越嚴重。因此，對鑄鐵探傷只能使用較低頻率的探頭，探頭頻率一般常采用0.5-2MHz，因其檢測靈敏度低，只能發(fā)現(xiàn)較大尺寸的缺陷。而鑄鋼件晶粒稍細，其穿透性比鑄鐵好，探頭頻率可使用2-5MHz。鑄件中的缺陷大多屬于體積型缺陷，主要缺陷有縮孔、縮