检测与转换技术

1、电信学院自动化系检测与转换技术课程习题集2015年1月检测与转换技术课程习题集第一章 检测系统的基本概念1.1 自动检测系统的原理框图是什么？具体每一部分作用是什么？1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？1.3 有三台测温仪表，量程均为0-600，精度等级分别为2.5级，2.0级，1.5级。现要测量500的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？为什么？1.4 已知某差压变送器，其输入位移与输出电压之间的理想特性为V=8x，实际数据如下表所示：x/mm012345U/mv0.18.016.324.131.639.7试求：（1）最大绝对误差，相对误差；（2）若指

2、示仪表量程为50mv，指出仪表的精度等级。1.5 有三台测温仪表，量程均为0800，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500的温度，要求相对误差不超过2.5，选那台仪表合理?12第二章 传感器基本概念2.1 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。2.2 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标，意义是什么？2.3 当线位移传感器从4mm变化为2mm时，输出电压减小了1mV，则该传感器的灵敏度为多少？2.4 某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45/ 电桥： 0.02V/ 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V求：

3、(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。第三章 电阻应变片3.1 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？优缺点是什么？3.2 哪些因素引起应变片的温度误差，写出相应误差表达式，并说明电路补偿的原理。3.3 采用阻值为120灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。3.4 采用阻值R=120灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V

4、。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？3.5 如图3.1所示直流测量电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=120，试求：(1)若R1位置接入初值R0=120的金属电阻应变片，其余为外接恒值电阻，当应变片R1增加电阻R=1.2时，电桥输出电压Uo为多少？(2) 若R1和R2位置接入初值R0=120的金属电阻应变片，且两个应变片感受应变方向和大小均相同，问能否测量应变？(3)如(2)中，若R1和R2感受应变方向相反大小相同，即R1=-R2=1.2时，输出电压Uo为？图3.13.6 将四个完全相同的金属丝式电阻应变片（灵敏度K=2）粘贴

5、在距自由端b的地方，如图所示的梁式测力弹性件，已知应变和受力F关系：=6FbEt2，b=100mm，t=5mm，w=20mm，E=×105N/mm2。(1) 在图3.2上画出应变片粘贴位置和测量电桥电路。(2) 电桥由6v电源供电，当电桥输出电压为7.2mV时，此时作用力F为多少？(3) 该方法能不能实现对环境温度的补偿？为什么？(4) 设工件受力F的方向有两种，即垂直向上和垂直向下。现选取两个金属箔式电阻应变片R1和R2构成半桥测量电路，如图3.3所示，问该电路能否实现对力F上下方向的判别，若能简述原理。 图3.2 图3.3 3.7 如下的水位控制系统示意图，MPXM2010GS为

6、应变式液位压力传感器。试完成：(1) 分析传感器检测液位的过程；(2) 画出此水位控制系统控制原理框图，简要说明调节过程第四章 电容式传感器4.1试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?4.2为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?4.3 差动式变极距型电容传感器，若初始容量，初始距离，当动极板相对于定极板位移了时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？4.4有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b

7、=200 mm，a1=a2=20 mm极距d=2 mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sint V，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量x=5 mm时,电桥输出电压u0。题4.3图4.5 变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路。C0=200 pF，传感器的起始电容量Cx0=20 pF,定动极板距离d0=1.5 mm,运算放大器为理想放大器(即K,Zi),Rf极大,输入电压u1=5sint V。求当电容传感动极板上输入一位移量x=0.15 mm使d0减小时,画出测量电路，计算电路输出电压u0为多少?4.6 压差传感器结构如图(a)所示，传感器接入变压器式测量电路，电路原理示意图如图(b)

8、所示。已知电源电压有效值Ui =10 V，压差电容C1=C2=5 pF。试分析，当压力传感器有压差P1P2使电容变化C=1 pF时，求此时Uo电压，并画出Ua、Ub及Uo的波形。 图 (a) 图 (b)第五章 电感式传感器5.1 什么是差动变压器式传感器零点残余电压？怎样消除？5.2 简述电涡流效应及电涡流传感器的分类。第六章 压电传感器6.1 什么是压电效应？为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量？6.2 一压电式传感器的灵敏度K110 pC/MPa，连接灵敏度K2=0.008 V/pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25 mm/V，当压力变化p=8 MPa时，记

9、录笔在记录纸上的偏移为多少?6.3 用压电式传感器测量一正弦力变化，采用电荷放大电路，压电元件由两个压电陶瓷并联，压电系数为d=190×10-12 C/N，电荷放大器中的运算放大器为理想运算放大器，反馈电容为Cf=3800 C，实测测量电路输出电压为Uo=10sinwt V，画出测量电路，并求此时的作用力为？6.4 某加速度计的校准振动台，它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K100 mV/g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13 V，试画出标定

10、系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。第七章 磁电式传感器7.1 什么是霍尔效应？7.2什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？7.3集成霍尔传感器有什么特点？7.4分析下面的采用霍尔传感器的液位控制系统工作过程。7.4题图第八章 温度传感器8.1 什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。8.2 简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。8.3 试简述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。8.4 简述热电阻常见接线线制及其基本原理。8.5 如下图(a)为一通用温度变送器接线图，试完成(b)中热电阻、温度变送器和PLC输入通道的连线，其中热电阻采用三线制，变送器采用两

11、线制输出。(a)(b)8.6 已知铂铑10-铂(S)热电偶的冷端温度t025，现测得热电动势E(t，t0)11.712mV，求热端温度是多少度?8.7 如图8.1所示之测温回路，热电偶的分度号为K，毫伏表的示值应为多少度?图8.18.8 用镍铬-镍硅(K)热电偶测量某炉温的测量系统如图8.2所示，已知：冷端温度固定在0，t030，仪表指示温度为210，后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线，相互接错了，问：炉温的实际温度t为多少度? 图8.28.9 已知一个温度控制系统如下图所示，热电偶采用的是铂铑10-铂，分度号为S。热电偶通过温度变送器将电压信号转换成4-20mA电流信号给温度控制器使用。由于热电偶冷端温度波动，故需要采用补偿导线将其与温度变送器连接。温度控制器通过控制输出