检测与转换技术

1、第一章 检测技术的基本概念1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%0.6%，该压力表的精度等级应定为多少级？答：1 .0 2、某仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买精度等级为多少 级的压力表？ 答：0 .5 a3、对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性，该误差称为什么误差？ 答： 随机误差4、多次重复测量时，误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），该误差称为什么误差？ 答： 系统误差5、检测中使用一次仪表，新的国家标准规定电流输出和电压输出是多少？ 答： 4

2、20mA、 15V 6、检测中由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在一次仪表中多采用电流输出型，新的国家标准规定电流输出为多少？ 答： 420mA7、什么是系统误差？答：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。8、什么是粗大误差？答：超出在规定条件下预计的误差，或明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差、疏忽误差或粗差，应予以剔除。9、什么是测量答：测量过程实质上是一个比较的过程，即将被测量与一个同性质的、作为测量单位的标准量进行比较，从而确定被测量是标准量的若干倍或几分之几的比较过程。10、什么是测量结果？答：测量结果可以表

3、现为一定的数字，也可表现为一条曲线，或者显示成某种图形等，测量结果包含数值（大小和符号）以及单位。有时还要给出误差范围11、什么是静态测量？什么是动态测量？答：在检测技术中，对缓慢变化的对象所进行的测量，亦属于静态测量。工程中，有时可认为几十赫兹以上的测量称为动态测量。12、传感器有哪三部分组成？答：传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。13、某数字表满量程为99.9A，该表的分辨力和分辨率为多少？答：数字表满量程为99.9A，该表的分辨力=0.1A，分辨率=0.1A÷99.90.1%14、测量结果的正态分布的规律是怎样的？测量结果的正态分布的规律有：（1）集中性、（2

4、）对称性、（）有界性15、用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据为2.04mm、2.02mm、1.96mm、0.99mm、3.33mm、1.98mm，为粗大误差的值是什么？，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度等于多少？答：为粗大误差的值是0.99和3.33mm，在剔除粗大误差后，用算术平均值公式计算钢板厚度=2.00mm。 16、磁栅传感器重复6次测量两个标志位置之间的长度，得到6个不同的测量值为：7.2000、7.2001、7.2002、7.1999、7.1998、7.9000，6个测量值中，哪个值明显是“坏值”，给予剔除，将剩下5个带有随机误差的测量值求算术平

5、均值x=？ 。答：6个测量值中，7.90m明显是“坏值”，给予剔除，将剩下5个带有随机误差的测量值求算术平均值x=7.2000m 。17、传感器按测量原理和输出信号的性质分类各是怎样的？答： 1）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。2）按传感器输出信号的性质分类：可分为输出为开关量（“1”和“0”或“开”和“关”）的开关型传感器。输出为模拟量的模拟型传感器。输出为脉冲或代码的数字型传感器。18、什么是传感器？答：传感器是一种检测装置。能感受规定的被测量，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。以满足信息的

6、传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求. 它是实现自动检测和自动控制的首要环节，有时也可以称为换能器、检测器、探头等。19、已知被测电压的准确值为240V，某电压表上的准确度等级S2.5级、满度值Am300V、示值Ax245V。 （1）求最大绝对误差m、与240V正确值的误差、示值相对误差gx以及引用误差gm，判断是否符合出厂时给定的精确度？（2）在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为24V，示值相对误差gx将如何变化？从而得到什么结论？ 解：准确度等级S2.5级，满度值Am300V，最大绝对误差：m300V×2.5÷1007.5V 示值Ax245V，用更高级别的检验仪

7、表测得精确被测电压=240V与示值值的误差245V-240V=5V 示值相对误差gx(5/245)*100%=2.04% 引用误差gm（5/300）×100%1.67% 小于出厂时所标定的2.5%，符合出厂时给定的精确度。 2. 若绝对误差D 仍为5V，当示值Ax为24V示值相对误差gx（5/24）×100%=20.83% 结论：示值相对误差大的多，应该采用示值在满度的2/3左右的仪表。20、已知被测电压的准确值为350V，某电压表上的准确度等级S5.0级、满度值Am500V、示值Ax365V。 （1）求最大绝对误差m、与350V正确值的误差、示值相对误差gx以及引用误差g

8、m，判断是否符合出厂时给定的精确度？（2）在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为35V，示值相对误差gx将如何变化？从而得到什么结论？ 解：（1）准确度等级S5.0级，满度值Am500V，最大绝对误差：m500V×5.0÷10025V 示值Ax365V，用更高级别的检验仪表测得精确被测电压=350V与示值值的误差365V-360V=15V 示值相对误差gx(15/365)*100%=4.11%。引用误差gm（15/500）×100%3.00% 小于出厂时所标定（2） 若绝对误差D 仍为15V，当示值Ax为39V示值相对误差gx（15/39）×100%=

9、38.46% 结论：示值相对误差大的多，应该采用示值在满度的2/3左右的仪表。第二章 电阻传感器1、CO、N2、气体打火机车间的有害气体、锅炉烟道中剩余的氧气 ，MQN气敏电阻可测量哪种气体的浓度？答： 气体打火机车间的有害气体 2、 CO、N2、气体打火机车间的有害气体、锅炉烟道中剩余的氧气 ， TiO2气敏电阻可测量哪种气体的浓度？ 答： 锅炉烟道中剩余的氧气 3、金属丝式 、金属箔式 、电阻应变仪、固态压阻式传感器 ，电子秤中所使用的应变片应选择 哪种应变片？ 答：金属箔式 4、金属丝式 、金属箔式 、电阻应变仪、固态压阻式传感器，一次性、几百个应力试验测点应选择哪种应变片？ 答：金属丝

10、式 第三章 电感传感器1. 希望线性范围为±1mm，应选择线圈骨架长度为多长左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。 答： 20mm 2、螺线管式自感传感器采用差动结构是为了什么？ 答： 提高灵敏度，减小温漂 第四章 电涡流传感器1、常用的接近开关有哪些？答：常用的接近开关有电涡流式、电容式、超声波式、霍尔式、光电式、磁性干簧开关、微波式等。2、电涡流传感器的应用包括有哪些？答：电涡流传感器的应用包括有： （1）、位移测量（2）、振动测量（3）、转速测量 （4）、镀层厚度测量 （5）、电涡流式通道安全检查门 第五章 电容传感器1、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中电容和

11、电感是什么关系？ 答：电容是变量，电感保持不变 2、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入什么物质可测得最大的电容量。 答： 云母片 3、什么是电容传感器？答：电容传感器以各种类型的电容器作为传感器元件，将被测物理量转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。4、三种类型的电容传感器是哪三种？答：三种类型的电容传感器是：变面积式电容传感器、变极距式电容传感器 、变介电常数式电容传感器。第六章 压电传感器1、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的什么特性？ 答：利用压电材料的压电效应 2、蜂鸣器中发出“嘀嘀”声的压电片发声原理是利用压电材料的什么特性？ 答：利用

12、压电材料的逆压电效应 3、某两线制电流输出型温度变送器的产品说明书注明其量程范围为01500，对应输出电流为420mA。求：当测得输出电流I=15mA时的被测温度t。(设输出电流与温度之间为线性关系)解: 输出电流与温度之间为线性关系，即I与t的数学关系为一次方程，所以：I =a0+a1t 当t =0时，I =4mA，所以a0=4mA ，当t =1500时，I=20mA有：20=4+a1×1500 可得：a1=0.01067mA/ 所以该压力变送器的输入/输出方程为：I =4mA+0.01067( mA/)t 将I=15mA代入I =a0+a1t ，得： p =(-4mA)/a1=(

13、15-4)/0.01067=1031 。 4、某压电元件用于测量振动，灵敏度d11=100×10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=1000pF，Rf=10M，测得A1的输出电压Uo=0.2V，求:1）压电元件的输出电荷量Q的有效值为多少库伦？2）被测振动力F 的有效值为多少？3）电荷放大器的灵敏度KQ为多少mV/pC？4）该电荷放大器的下限截止频率为多少赫？解： 1）压电元件的输出电荷量Q的有效值 Q=C fUo=(1000×10-12F×0.2V)=200pC 2）被测振动力F=Q/d11=（200×10-12C）/(100×10-12

14、C/N)=2N 3）灵敏度KQ=U/Q=（200mv）/（200×10-12C）= 1mv/pC 4）下限频率：fL = 1/(2RfCf)=1/(2×3.14×10×106×1000×10-12) =16HZ 第七章 超声波传感器1、超声波测距是怎么实现的？答：超声波测距测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以空气的声速（340m/s），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以2就得到距离。 2、什么是超声波？有何特点？答：频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，能量集中，在遇到两种介质的分界面（例

15、如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象。第八章 霍尔传感器1、某型号霍尔电流传感器的额定匝数比NP/NS=1/1500，标准额定电流值IPN=300A，二次侧的负载电阻RS=50，当测得二次侧电流IS=0.2A，求输出电压和被测电流。答：输出电压US=RS×IS=50×0.2A=10V 被测电流Ip=NS/NP=1500×0.2A=300A2、开关型霍尔集成电路是如何工作的？答：开关型霍尔集成电路当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。第九章 热电偶传

16、感器1、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是什么？ 答： 将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 2、在实验室中测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用何种方式可减小测量误差。 答： 冰浴法 3、集成温度传感器、热电偶、热敏电阻、铂热电阻，现欲测量1000左右的温度，应选用什么传感器？ 答：热电偶4、集成温度传感器、热电偶、热敏电阻、铂热电阻，现欲测量-20+100左右的温度，并输出数字信号，应选用什么传感器？ 答：集成温度传感器 5、热电偶测温的主要优点是什么？答：热电偶测温的主要优点有：（1）属于自发电型传感器： （2）测温范围广：下限可达-270 ，上限可达1800以上；（3）各温区

17、中的各种热电偶的热电动势均符合国际计量委员会的标准6、热电偶的冷端温度补偿的方法是怎样的？答：热电偶的冷端温度补偿的方法：冷端恒温法、计算修正法 、仪表机械零点调整法等 。第十章 光电传感器1、光控继电器电路如下图 （1)分析工作过程；（2)若VCC=24V，中间继电器KA的驱动线圈阻值RKA=200，额定动作电流为80mA。设V2的足够大，求：在强光照时，流过中间继电器KA的电流，以及继电器的状态。（3） 二极管VD在电路中有何作用？ 解： （1）当无光照时，V1截止，IB=0，V2也截止，继电器KA处于失电（释放）状态。当有强光照时，V1产生较大的光电流I，I一部分流过下偏流电阻RB2（起

18、稳定工作点作用），另一部分流经RB1及V2的发射结。当IB>IBS(IBS=ICS/)时，V2饱和，产生较大的集电极饱和电流ICS（与IB基本无关），ICS=(VCC0.3V)/RKA。若ICS大于继电器KA的额定动作距离，则KA吸合。（2）由于足够大，在强光照时，I较大，流过V2集电极的电流与以及基极电流IB基本无关，ICES(24-0.3V)/0.2k=119mAKA的动作电流（80mA），所以KA可靠动作（吸合）。（3）晶体管V2截止的瞬间，会产生较高的反生电势，此时二极管VD导通，有电流通过反向接法的“续流二极管”VD，减小了V2的对地过电压，从而保护了V2不会被较高的反生电势击

19、穿损坏。2、NPN常开型接近开关光耦电路如下图所示。请分析：（1）当金属板靠近接近开关至额定动作距离时，发光二极管V2的状态。（2）光耦在电路中的作用。（3）GND1与GND2是否可以连接在一起，为什么？答：（1）当金属板靠近接近开关至额定动作距离时，接近开关的输出OC门跳变为低电平，VCC1经R1、VL1至OC门回到GND1构成回路。所以VL 1发射红外光，使V1饱和，c为低电平，经IC1反相 ，o变为高电平。该高电平经R3、VL2到GND2构成回路，所以VL2亮。（2）光耦不但隔离了传输线上的共模干扰，而且隔离了传感器的+24V和计算机的5V两个不同电平的回路，所以光耦在此又起到电平转换作

20、用。（3）GND1与GND2不应接在一起，否则就失去了使用光耦的抗干扰作用，VCC2也不能从VCC1分压而来。3、什么是光纤传感器？答：光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件，直接接收外界的被测量。光纤传感器多用于高电压、易爆等场合，不易产生电火花。4、什么是热释电红外传感器？热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射出的红外线，而输出电压信号的传感器。可以用于楼道自动开关、防盗报警、人体检测等。第十一章 数字式位置传感器1、有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在20秒内连续输出了102400个脉冲。则该编码器转轴的转速为多少？答： 150 r/min 2、有一只2048p/r增量式角编码

21、器，光敏元件在20秒内连续输出了102400个脉冲。则该编码器转轴的转速为多少？答： 150 r/min 3、绝对式位置传感器输出的信号是什么？ 答：绝对式位置传感器输出的信号是二进制格雷码 4、增量式位置传感器输出的信号是什么信号？答：脉冲信号5、绝对式光电编码器当码道n=7时，其最小能分辨的角度为多少？ 答：当码道n=7时，其最小能分辨的角度为： 360°/128 6、绝对式光电编码器当码道n=10时，其最小能分辨的角度为多少？ 答：当码道n=10时，其最小能分辨的角度为360°/10247、什么是接近开关？答：接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十

22、毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。 8、什么是角编码器？答：角编码器是一种旋转式位置传感器，它的转轴通常与被测旋转轴连接，随被测轴一起转动。角编码器能将被测轴的角位移转换成二进制编码或一连串脉冲。9、某角编码器的技术指标为1024个脉冲/r（即N1024P/r =1K），在0.1s时间内，测得120个脉冲，即ts=0.1s，m=120，求：1）转速n；2）±1误差引起的转速测量误差为多少r/min。3）如果将ts延长到1s，求±1误差引起的转速测量误差为多少r/min。4）ts延长到1s后对±1误差引起的转速测量误差有什

23、么结论？解： 1）角编码器轴的转速n为 n=60×m1/(ts×N)=60×120/(0.1×1024)r/min=70.31 r/min 2）由于±1误差，在ts时间段里，计数得到的脉冲数m=120±1个脉冲，则 n=60×（120±1）/(0.1×1024)r/min=（70.31±0.59） r/min 3）如果将ts延长到1s，m必然增加到1200，则 n=60×（1200±1）/(1×1024)r/min=（70.31±0.06） r/min 4

24、)结论：采样时间为1s时计算得到的转速，与在0.1s时间内测得的转速相同，但±1个脉冲引起的误差显然缩小,所以应尽量增加采样时间。10、设齿轮的分度圆直径为240mm ,齿数z=120,传感器测得齿轮转过了=180度。求：1）所转过的齿数N；2）齿条的齿距t；3)齿条所移动的距离 x。4）根据传感器测得齿轮角位移可以实现什么测量？解： 1）所转过的齿数：N=(z÷360º) × =(120/360º)×180º =60 2）齿条的齿距： t=D/z=3.14×240mm/120=6.28mm；3）齿条所移动的距离x

25、=N t=60×6.28mm=376.8mm. 4）测出齿轮的角位移,就可测得齿条的直线位移，用于直线位移测量。（第十二章 检测系统的抗干扰技术1、RC滤波器为：=RC，当R=100，C=0.1F，造成的信号延时使反应变慢为多少？答：0.01ms2、RC滤波器造成的信号延时为：=RC，当R=100，C=1F，则反应变慢为多少？答：0.1ms 3、发现某检测缓变信号的仪表输入端存在50Hz差模干扰，应采取什么措施？ 答： 在输入端串接低通滤波器 4、检测仪表附近存在一个漏感很大的50Hz电源变压器（例如电焊机变压器）时，该仪表的机箱和信号线必须采用什么方法处理？答：低频磁屏蔽5、什么是光耦合器？有何用