《航空工程检测技术》辅导提纲要点

1、航空工程检测技术课程辅导提纲军区空军自考办第一章 检测与转换技术的理论基础一、内容提要1 1、检测与转换技术的概念： 是指自动检测技术和自动装换技术的总称， 是研究 工程检测技术中信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术。信息提取是指从自然界众多的被检查与测量量中提取有用的信息。 信息转换是将所提取的有用的信息进行电量转换。信息处理是将变换后的电信号进行变换处理以获得最终的检测结果。2 2、自动检测系统的概念： 是指自动测量、 自动诊断、自动计量以及信号自动处 理等多单元的总称。包括被测物理量、敏感元件、电子测量电路、及其输出单元。3 3、传感器的概念：从被测参量中提取有价值信号的专用器件。

2、4 4、传感器的类型：A A 型结构 电量传感器；B B 型结构 电参数传感器；C C 型结构 电参数传感器；D D 型结构 差动结构型传感器。5 5、差动结构型传感器与简单结构型传感器的区别：差动电路所接受的信号是取 + + y y和- - y y之差。(2)(2)灵敏度高 , ,抗干扰能力强 , ,线性度好。6 6、误差的基本概念(1)(1)等精度测量 所谓等精度测量，是指在同一条件下所进行的一系列的重复测量。这里强调的 是二点，一是同一条件，二是不只一次的测量。(2)(2)非等精度测量 与等精度测量相比，所谓非等精度的测量，指的是在检测过程中，其客观条件 不能维持不变，使得多次测量的结果

3、有较大的差异，影响了测量的精度。(3)(3)真值 真值指被测量的本身所具有的真正值。这种量具有时间和空间的含义，比如行 星之间的相对运动等。(4)(4)实际值 实际值是为了区别于真值、算术平均值的近似值而命名的。工程上常把挡次更 高的标准量器具所测得的值， 当作“真值”。为了使大家都明白这种值并非是真正的 “真值” , ,所以给它命名为实际值。7 7、示值由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。8 8、测量误差 测量误差是指被测量的实际值与用测量器具所测出来的数值之差，其大小与测 量器具的精度等级有关。9 9、误差的分类(1)(1)按表示法分类 绝对误差：绝对误差实际上就是示值和被测量真值

4、的差值。修正值：绝对值与 X X 大小相等但符号与恰好相反的值，称其为修正值。相对误差：实际相对误差 Y是用绝对误差X X与被测量的实际值。示值相对误差 Y是用绝对误差 X X与量器具的示值 X X的百分比值来定义的。 引用误差：是用绝对误差 x x与量器具的满度值 X Xm百分比值来定义的。 容许误差：某一具体的量器具的误差值所不应超过的最大范围。(2)(2)按误差出现的规律分类 系统误差：包括恒定系差和变值系差。变值系差包括：累进性的系差、周期性 的系差、按复杂规律变化的系差。系统误差产生原因：材料属性, ,零部件及其加工工艺有缺陷；环境温度、湿度或压力参数不恒定；外界干扰；观测者技术不熟

5、练或有 孤僻动作。随机误差：是指在同一条件下若进行多次测量，发现测量结果的绝对值及其符 号以不能预见的方式发生变化。粗大误差：有时即使测试条件一定 , ,但测量结果却会显著地偏离其实际值, ,这种显著偏离后所造成的误差 , ,简称粗差。粗大误差产生的主要原因是：测量方法不妥当; ;随机因素的影响 ; ;测量人员粗心1010、随机误差(1)(1) 随机误差的分布规律的特点：集中性；对称性；有限性；抵偿性。(2)(2) 随机误差的评定指标：算术平均值 X X；均方根误差 6算术平均值X X的均方根误差 6。1111、系统误差(1)(1) 系统误差的削弱或消除方法：引入修正值法；零位式测量法；替换法

6、；补偿 法；对照法。(2)(2) 系统有无误差的判断及其检查的方法：恒定系差的检查；校准和比对；改进 测量条件；理论计算及分析。(3)(3)变值系差的检查方法：累进性系差的检查；周期性系差的检查。二、重点内容检测与转换技术、自动检测系统、传感器、误差的基本概念，误差的分类、评定、判断及其检查的方法。三、典型例题1 1、 填空题（1 1）检测与转换技术是研究工程检测技术中 _、_以及_的理论和技术。答案：信息提取信息转换信息处理（2 2）传感器的概念是指： _。答案：从被测参量中提取有价值信号的专用器件（3 3） _误差按误差出现的规律分类可分为 、和 _。答案：系统误差随机误差粗大误差（4 4

7、）_变值系差的检查包括 _和。答案：累进性系差的检查周期性系差的检查2 2、 选择题（1 1）传感器类型中的 D D型结构是指（）。A A ）电量传感器B B）电参数传感器C C）差动结构型传感器D D）非电参数传感器答案：C C（2 2）按（）来分，误差可分为基本误差、附加误差。A A ）误差的来源B B）被测量随时间的变化速度C C）使用条件D D）误差与被测量的关系答案：C C下列哪种（）方法属于系统误差的削弱或消除的一种方法？A A）理论计算及分析B B）校准和比对C C）改进测量条件D D）补偿法答案：D D（4 4）下列哪种（）方法属于系统有无误差的判断及其检查方法的一种方法？A

8、A ）理论计算及分析B B）零位式测量法C C）替换法D D）补偿法答案：A A3 3、 简答题（1 1）简述自动检测系统的概念。答案：自动检测系统的概念是自动测量、自动诊断、自动计量以及信号自动处理等多单元的总称。包括被测物理量、敏感元件、电子测量电路、及其输出单元。(2)(2)简述系统误差的削弱或消除方法。答案：引入修正值法、零位式测量法、替换法、补偿法、对照法。简述随机误差的分布规律的特点。答案：集中性、对称性、有限性、抵偿性。(4)(4) 什么是等精度测量？答案：同一条件下所进行的一系列的重复测量。(5)(5) 自动检测系统由哪几部分组成 ？答案：敏感元件、测量电路、输出单元或显示部分

9、。4 4、计算题已知：测量标称值为 15.015.0 mmmm的圆棒直径d d,直径独立进行了 n n=15=15次测量，结果如 下：试计算其算术平均值 X X及算术平均值X X的均方根误差x x。测量测量结果测量测量结果序号di / mm序号di /mm1 115.01415.014111114.99914.9992 215.00415.004121215.00415.0043 314.99714.997131315.00215.0024 415.00815.008141414.99414.9945 514.99314.993151515.01915.0196 614.99914.99916

10、1614.99314.9937 715.01315.013171715.00915.0098 815.00915.009181814.98314.9839 914.98914.989191915.00315.003101015.00115.001202015.00715.007答案：I I 解：先计算算数平均值:乂 =(15.014 15.004 14.997 15.008 14.99314.99915.013 15.00914.989 15.00114.99915.004 15.00214.994 15.019114.99315.009 14.98315.00315.007) 20=15.0

11、02mm由算数平均值可以得到残差为:=0.009 mmmm测量测量结果测量测量结果序号di /mm序号dj /mm1 10.0120.0121111-0.003-0.0032 20.0020.00212120.0020.0023 3-0.005-0.00513130 04 40.0060.0061414-0.008-0.0085 5-0.009-0.00915150.0170.0176 6-0.003-0.0031616-0.009-0.0097 70.0110.01117170.0070.0078 80.0070.0071818-0.019-0.0199 9-0.013-0.01319190

12、.0010.0011010-0.001-0.00120200.0050.005四、思考题1 1、 等精度测量和非等精度测量的异同点是什么？答案：等精度测量和非等精度测量的相同点在于：一是两者都是测量；二是都属于多次测量。等精度测量和非等精度测量的不同点在于：等精度测量是在同一条件下所进行的一系列的重复测量，而非等精度测量在检测过 程中，其客观条件不能维持不变，使得多次测量的结果有较大的差异，影响了测量 的精度。2 2、 随机误差的评定指标有哪些？答案：随机误差的评定指标有：算术平均值X X、均方根误差o、术平均值X X的均方根误差奂。3 3、 差动结构型传感器与简单结构型传感器的区别？答案：差

13、动结构型传感器与简单结构型传感器的区别：差动电路所接受的信号是取 + + y y和- -y y之差；(2)(2)灵敏度高，抗干扰能力强，线性度好。4 4、 系统误差的判断及其检查的方法有哪些？答案：系统有无误差的判断及其检查的方法：根据贝塞尔公式恒定系差的检查；校准和比对；改进测量条件；理论计算及分析。第二章特殊传感器一、内容提要1 1霍尔效应：若静止载流体位于磁场中，当电流 I I的方向与磁场强度 H H的方 向有一夹角a时，则在平行于 H H、I I方向的载体两侧面之间产生电动势。一块长为I I，宽为b b，厚度为d d的半导体，置于磁感应强度为B B的外磁场中，当有电流I I流过时，半导

14、体中电子所受到的洛仑兹力为：F=evBsinF=evBsin a式中 v v-半导体中电子运动的速度；B B磁场的磁感应强度；19e e电子的电荷量，e=1.602e=1.602x 1010- C C。2 2、霍尔兀件的材料主要有：硅、砷化铟、锑化铟3 3、霍尔兀件的符号：LJCp卜4 4、霍尔元件的电路连接方法：串联：在直流激励情况下，为了获得较大的霍尔电势，可以将几块霍尔元件串 联，正确的连接方法是：将霍尔元件的激励电极并联，霍尔电极串联。在交流激励 情况下，为了获得较大的霍尔电势，可采用下图的连接方法：还可以采用差分放大电路:5 5、霍尔元件主要技术指标：(1) 输入、输出电阻；(2)

15、额定激励电流和最大允许激励电流;(3) 不等位电势与不等位电阻；(4) 霍尔电势温度系数。6 6、磁敏二极管和磁敏三极管是磁电转换元件。7 7、 磁敏二极管结构：包括 P P+区、r r区、N N+区和I I区。 结构图如下：表示符号为：8 8、磁敏二极管的工作原理是：当磁敏二极管没有受到外加磁场作用时：由于有外加有正向偏压，所以大量的 空穴从P P区通过I I区进入N N区，大部分电子通过 I I区进入P P区，从而形成电流。这 时，只有很少的电子空穴对在 I I区复合掉。当磁敏二极管受到外界磁场 H H+作用时：电子和空穴都受洛仑兹力的作用而向r r区偏移。在r r区，电子和空穴高速复合，

16、因此在这种情况下，电子空穴对的复合率显然 比没有磁场作用时要大的多，导致I I区的载流子密度减小，使通过二极管的电流减小。当磁敏二极管受到反向磁场 H H-作用时：电子和空穴受到洛仑兹力使电子和空穴 都向I I区偏移，即载流子在I I区停留时间变长，由于I I区的复合率很小，所以电子空 穴对在I I区复合的机会很少，同时载流子继续注入 I I区，I I区载流子的密度增加， 使二极管的电流增大。9 9、磁敏三极管结构：表示符号为：1010、磁敏三极管的工作原理是：当磁敏三极管不受磁场作用时：由于基区的宽度大于载流子有效扩散长度，所 以注入的载流子只有很少数会扩散到集电极，大部分的载流子都会通过流

17、到基极， 形成基极电流。这样由于基极电流大于集电极电流，所以电流放大系数3=l=lc/i/ibi10103kg/mkg/m3的水银柱所产生的压力。工程大气压（atat）:一平方厘米的面积上均匀作用有一公斤力时所产生的压力。1at=1kgf/cm2 =9.80665 104 Pa（2 2）毫米液柱以液柱如水银、水或其它液体的高度来表示压力的大小。常用的有毫米汞柱（mmHgmmHg ）和毫米水柱（mmHmmH?。）。1 1毫米汞柱压力又称为1 1托（1Torr1Torr）。在标准情况下，即在温度为 0 0C、密度为13.595113.5951 X10X103kg/mkg/m3，重力加速度为 9.8

18、0665m/s9.80665m/s2时1mmHg =1Torr = 1/ 760atm =133.322Pa而对于水柱来说，在其标准情况下，即温度为4 4C、密度为1000kg/m1000kg/m3、重力加 速度为9.8069.806 65m/s65m/s2时1mmH20 =9.80665Pa(3)CGS(3)CGS 制单位(barbar):一平方厘米的面积上均匀作用有10106达因力时所产生的压力，单位是巴。6251bar=10dyn/cm =10 Pa巴是厘米 克秒制中的压力单位，曾常用于气象学和航空测量技术中，它的千 分之一是 mbarmbar或mbmb。国际单位制(PaPa):每平方米

19、的面积上作用有一牛顿的力，即帕斯卡。它是国际单位制(SISI)中规定的压力单位，也是我国国标中规定的压力单位。1Pa=1N/m24 4、压力测量方法：液体压力平衡法；机械力平衡法；弹性力平衡法。5 5、 液柱式压力计分类：U U型管式压力计；单管式压力计；斜管式微压计。6 6、力平衡式压力送变器7 7、弹性压力计分类：电阻式压力计；电感和感应式压力计；电容式压力传感 器；压力式压力计。8 8、蠕变：将感压弹性元件在有限压力下保持一定的时间，此元件慢慢地增加 变形的现象即弹性元件弹性力减弱的现象。9 9、在使用压力计过程中应注意两个问题：一是应根据工作目的选择合适的压 力计；二是不管是在管道上还

20、是在容器上测压，原则上都应该在管道或容器的上方 取压。二、重点内容压力的定义、单位、测压的方法三、典型例题1 1、填空题(1)(1) 在工程技术中流体压力又分为 _、 _禾口 _。答案：表压力绝对压力差压总压是指流体运动方向垂直面上的压力，为 _、_之和。答案：静压动压(3)(3) 1 1毫米汞柱压力又称为 1 1 _。答案：托(4)(4) 国际单位制中规定的压力单位是 _。答案：帕斯卡2 2、选择题（1 1）单管式压力计属于（） 。A A ）液柱式压力计B B）力平衡式压力送变器C C）弹性压力计D D）气体压力计答案： A A（2 2）巴是（ ）压力单位。A A ）工程大气压B B ）水柱

21、及其水银柱的高度C C） CGSCGS制单位 D D）国际单位制答案： C C（3 3）国际单位制中规定的压力单位是（）。A A ）巴 B B）托 C C）帕斯卡 D D）达因答案： C C3 3、简答题（1 1）简述压力的定义。 答案：在物理学中，将流体介质垂直作用于单位面积的力称为压强，而在工程上把 它称为压力，经常以符号 P P 表示。（2 2）什么是绝对压力？ 答案：绝对压力是指相对于零压力（即绝对真空）所测得的压力，它是表压力和大 气压力之和。（3 3）什么是表压力 答案：表压力就是相对压力，它是指当绝对压力大于大气压时，该绝对压力与大气 压之差。（4 4）什么是蠕变？ 答案：蠕变是

22、将感压弹性元件在有限压力下保持一定的时间，此元件慢慢地增加变 形的现象即弹性元件弹性力减弱的现象。四、思考题1 1、“压力是一种力”这种说法对不对？为什么？ 答案：不对，因为压力是工程上的一种称谓，事实上，在物理学中压力称为压强， 它的定义是流体介质垂直作用于单位面积的力。2 2、表压力和绝对压力有什么区别？它们之间有什么关系答案：表压力和绝对压力的根本区别在于压力起算参考点： 绝对压力的压力参考点是零压力，而表压力的压力参考点是1 1 个标准大气压，有鉴于此，表压力和绝对压力之间的关系可用下式进行表达绝对压力 = = 表压力 +1+1 个标准大气压3 3、压力计在使用过程中应注意哪些问题 ?

23、 ? 答案：在使用压力计过程中应注意两个问题： 应根据工作目的选择合适的压力计； 不管是在管道上还是在容器上测压，原则上都应该在管道或容器的上方取压。第五章流量测量一、内容提要1 1流量是指流体在单位时间内通过管道某一截面的体积或质量，根据所采用 的不同定义，流量分为体积流量和质量流量。2 2、 流量计就是用来测量流体流量的仪器。3 3、液体流量标定方法：标准容积法、标准质量法、用高精度流量计作为标准 仪表的方法。4 4、超声波流量计都是由两部分所组成：测量变换器和电子电路。测量变换器 超声波发生器、接收器、声导、机械连结组件；电子电路一超声波的发射和接收 电路，信号处理电路，即时流量的指示装

24、置和累计显示仪表。5 5、测量变换器的形式按不同的测量方式可分为接触式和非接触式；从声学角 度看又可分为无折射式和有折射式。6 6、 容积式流量计：椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。7 7、 电磁流量计存在的主要问题是：被测量的流体必须导电，因此不适用于气体和其它绝缘的 油类的测量。8 8、 测量仪表类型：容积式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、转子流量计、靶式流量计。9 9、有折射式测量变换器中声导的作用是：其一，防止超声换能元件与被测元件接触；其二，超声波在折射面处出现波形转换，随着声导材料与形状的变化，超声束 与流速方向的夹角也不相同。1010、超声波流量计采用的测量方法有：时间差法、相差法、频

25、差法。二、重点内容流量的定义、流量计的组成。三、典型例题1 1、填空题(1)(1) 流量是指流体在单位时间内通过管道某一截面的 _。答案：体积或质量(2)(2) 根据所采用的不同定义，流量分为 _和_。答案：体积流量质量流量(3)(3) 超声波流量计采用的测量方法有： _、_、_。答案：时间差法相差法频差法2 2、选择题（1 1） 下列（）是典型的容积式流量计。A A ）电磁流量计B B）涡轮流量计C C）转子流量计D D ）椭圆齿轮流量计答案： D D（2 2）超声波流量计的测量变换器的形式按不同的测量方式可分为（）。A A ）接触式和非接触式B B ）无折射式和有折射式C C）反射式和折射

26、式D D）测量变换器和电子电路答案： A A3 3、简答题（1 1）简述液体流量标定方法。 答案：液体流量标定方法有： 标准容积法； 标准质量法；用高精度流量计作为标准仪表的方法。（2 2）简述超声波流量计的组成。 答案：超声波流量计都是由两部分所组成：测量变换器和电子电路。 测量变换器包括超声波发生器、接收器、声导、机械连结组件； 电子电路包括超声波的发射和接收电路，信号处理电路，即时流量的指示装置和累 计显示仪表。四、思考题1 1、电磁流量计存在的主要问题是什么？ 答案：电磁流量计存在的主要问题是：被测量的流体必须导电，因此不适用2 2、有折射式测量变换器中的声导有什么作用？ 答案：有折射

27、式测量变换器中声导的作用是： 其一，防止超声换能元件与被测元件接触； 其二，超声波在折射面处出现波形转换，随着声导材料与形状的变化，超声束与流 速方向的夹角也不相同。第六章 检测系统设计初步一、内容提要1 1、传感器的要求： 技术指标要求、使用环境的要求、电源的要求、基本安全要求、可靠性要求、 维修及管理要求。2 2、技术指标要求：静态特性要求、动态特性要求、信息传递的要求、过载能 力的要求。3 3、使用环境的要求： 温度、湿度、大气压力、振动、磁场、电场，附近有无大功率用电设备，加速 度、倾斜、防火防暴、放化学腐蚀及不有害周围材料几操作工人的身体健康。4 4、电源的要求：电源电压形式，等级及

28、波动范围，频率及高频干扰。5 5、基本安全要求：绝缘电阻、耐压强度、接地保护。6 6、可靠性要求：抗干扰，寿命，无故障工作时间。7 7、维修及管理要求：结构简单，模块化，有自诊断显示。8 8、对传感器的要求可分为两大类： 共同要求，如：线性度及测量范围，精确度，工作温度等。 特殊要求，如：过载能力的要求和防火，防暴以及防化学腐蚀等。9 9、选择传感器的总的原则是： 在满足对传感器所有要求的情况下，应成本低廉、工作可靠和容易维修，即所 谓性能价格比较大。1010、选择传感器的一般原则可按下列步骤进行： 借助于传感器分类表按被测量的性质初步确定几种可以选用的传感器类别； 借助于几种常用传感器比较表

29、按照被检测量检测范围精度要求，环境要求等确 定传感器的结构形式；借助于传感器的产品目录，最后查出传感器的规格型号。1111、解决传感器非线性问题的方法：缩小测量范围，取近似值；采用非线性指 示刻度；加非线性校正环节。1212、造成非线性的原因：传感器变换原理的非线性；电桥的非线性。1313、线性化分类：模拟量非线性校正、非线性A/DA/D 转换校正法、数字量的非线性校正。1414、模拟量非线性校正方法： 折线逼近法、 线性提升法和采用非线性校正线路。1515、数字量的非线性校正方法：加减脉冲法、分段乘系数法。1616、温度补偿技术：为了满足工作中检测系统性能在温度方面的要求，在检测系统的研究、

30、设计、 制造过程中采取一系列具体的措施以抵消或者减弱环境温度变化对系统特性的影 响，从而保证其特性基本上不随环境温度变化。这就是温度补偿技术。1717、 温度补偿原理：减小检测系统及组成环节对温度的有害灵敏度原理、并联式温度补偿原理、反 馈式温度补偿原理。1818、 减小检测系统及组成环节对温度的有害灵敏度原理：一方面：减小检测系统输出零点对温度的有害灵敏度；另一方面：减小检测系统灵敏度对敏感性，即使温度灵敏度为零。1919、 并联式温度补偿技术适用于检测系统中温度敏感参数的单一温度补偿。2020、 反馈式温度补偿技术适用于检测系统中复杂温度敏感参数综合温度补偿。2121、 选择最佳检测方案须

31、从两个方面入手：选择最佳函数形式；选择最佳检测 点。2222、 可靠性：所谓可靠性是指在规定的工作条件和工作时间内，检测系统能保 持原有技术性能的能力。2323、 提高可靠性的措施：（1 1）采用可靠性更高的元器件代替原系统中故障率较大的元器件；（2 2）提高工艺质量；（3 3）利用元件本身产生故障的规律提高可靠性；（4 4）采用重复备用系统以提高可靠性。2424、 系统总可靠性计算方法：-P2P2弊a a）串联重复备用系统R R = = R R巴（PS为总可靠性）b b）并联重复备用系统2Ps =1 （1 R卩2 ） （ PS为总可靠性）C C）并串联重复备用系统PS = _P 2 2_ _

32、（1 1（PS为总可靠性）2525、 外来干扰类型：电磁耦合、静电耦合、电阻耦合、无线电干扰。电磁耦合、 静电耦合称为横向干扰或串模干扰；电阻耦合称为纵向干扰或共模干扰。2626、 从理论上讲，抑制外来干扰的方法一般有三种：（1 1）削弱或消除干扰源； 减弱由于干扰源到信号回路的耦合；（3 3 ）降低放大器对干扰的灵敏度。2727、 实践中常用的抑制外来干扰方法有：屏蔽于接地、保护屏蔽、采用合适的连接电缆线、滤波法。2828、 采用滤波法抑制外来干扰，选择滤波器时应考虑以下几点：（1 1）测量线路的外接阻抗及放大器的输出阻抗；（2 2）滤波器的时间常数对检测系统动态性能的影响；（3 3）滤波器

33、的频率特性；（4 4）滤波器的体积，安装及制造工艺。2929、 内部干扰的来源主要是检测系统中所用电源变压器。3030、 内部干扰的消除方法：（1 1）采用隔离措施；（2 2）采用隔离变压器供电。二、重点内容可靠性的概念、传感器的选取原则、消除内外部干扰的方法三、典型例题1 1、 填空题（1 1） _技术指标要求包括： 、信息传递的要求、过载能力的要求。答案：静态特性要求动态特性要求（2 2）_造成非线性的原因包括： 、。答案：传感器变换原理的非线性电桥的非线性（3 3）_模拟量非线性校正方法有 _、。答案：折线逼近法线性提升法采用非线性校正线路2 2、 选择题（1 1）并联式温度补偿技术适用

34、于（）A A） 检测系统中温度敏感参数的单一温度补偿B B） 检测系统中复杂温度敏感参数单一温度补偿C C） 检测系统中温度敏感参数的综合温度补偿D D） 检测系统中复杂温度敏感参数综合温度补偿答案：A A静电耦合称为（）。A A）串模干扰B B）纵向干扰C C）共模干扰D D ）内部干扰答案：A A3 3、 简答题(1)(1) 检测系统对传感器的要求有哪些？ 答案：测系统对传感器的要求有：技术指标要求、使用环境的要求、电源的要求、基本安全要求、可靠性要求、维修 及管理要求。(2)(2) 简述选择传感器的总的原则以及选择步骤。 答案：选择传感器的总的原则是：在满足对传感器所有要求的情况下，应成本低廉、工作可靠和容易维修，即所 谓性能价格比较