檢測(cè)及轉(zhuǎn)換技術(shù)復(fù)習(xí)題

.."檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)"復(fù)習(xí)思考題一、誤差理論：儀表精度的指標(biāo)有哪些？檢測(cè)裝置的精度包括精細(xì)度、準(zhǔn)確度和準(zhǔn)確度三個(gè)容。1．精細(xì)度在一樣條件下，對(duì)同一個(gè)量進(jìn)展重復(fù)測(cè)量時(shí)，這些測(cè)量值之間的相互接近程度即分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小。2．準(zhǔn)確度它表承測(cè)量?jī)x器指示值對(duì)真值的偏離程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小。3．準(zhǔn)確度它是精細(xì)度和準(zhǔn)確度的綜合反映，它反映了系統(tǒng)綜合誤差的大小，并且常用測(cè)量誤差的相對(duì)值表示。什么叫隨機(jī)誤差，它與哪個(gè)精度指標(biāo)有關(guān)？隨機(jī)誤差的概率分布是什么分布？這種分布具有什么特性？隨機(jī)誤差:在一樣條件下屢次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)均按不可確定方式變化，沒有確定的變化規(guī)律，但隨即誤差在屢次測(cè)量的總體上符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此可以通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來研究這些誤差并估計(jì)其影響。隨機(jī)誤差與精細(xì)度有關(guān)。隨機(jī)誤差在實(shí)踐中最常見的誤差分布是正態(tài)分布。正態(tài)分布隨機(jī)誤差有如下性質(zhì)：11〕對(duì)稱性：正負(fù)誤差出現(xiàn)的時(shí)機(jī)一樣22〕單峰性：誤差為0出現(xiàn)時(shí)機(jī)最多33〕有界性：隨機(jī)誤差絕對(duì)值不會(huì)超過一定限度44〕抵償性：一樣條件下，測(cè)量次數(shù)n→∞，正負(fù)誤差出現(xiàn)的時(shí)機(jī)一樣，誤差代數(shù)和為0測(cè)量過程的要素有哪些？測(cè)量過程有三要素1、測(cè)量單位 2、測(cè)量方法 3、測(cè)量?jī)x器簡(jiǎn)述傳感器的靜態(tài)特性性能指標(biāo)及其各自的意義？靜態(tài)指標(biāo)：被測(cè)量穩(wěn)定，變化緩慢〔靈敏度，線性度，重復(fù)性〕靈敏度：是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化與輸入變化之比，用K表示。即K=dy/dx≈Δy/Δx 式中x—輸入量y—輸出量。線性度：又稱非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合曲線〔有時(shí)也稱理論直線〕之間的最大偏差與傳感器滿量程圍的輸出之百分比，它可用下式表示，且多取其正直γL=ΔLmax/(ymax-ymin)×100%式中ΔLmax—最大非線性誤差ymax-ymin—輸出圍重復(fù)性：概率正態(tài)分布〔以下是課本的，以上面課件的三個(gè)為重〕分辨率：是指?jìng)鞲衅髂軝z出被測(cè)信號(hào)的最小變化量，是具有量綱的數(shù)。 遲滯誤差：又稱為回差或變差，是指?jìng)鞲衅髡蛱匦院头聪蛱匦缘牟灰恢鲁潭??？捎孟率奖硎荆害肏=ΔHmax/(ymax-ymin)×100%式中ΔHmax—最大遲滯偏差ymax-ymin—輸出圍 穩(wěn)定性：包含穩(wěn)定度和環(huán)境影響量?jī)蓚€(gè)方面。 電磁兼容性：是指電子設(shè)備在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能按照原設(shè)計(jì)要求而正常工作的能力，而且也不向處于同一環(huán)境中的其他設(shè)備釋放超過允許圍的電磁干擾。 可靠性：是反映傳感器和檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。5、對(duì)某液體測(cè)量溫度11次。測(cè)量序號(hào)與測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示：測(cè)量序號(hào)1234567891011測(cè)量數(shù)據(jù)31.0831.1330.9830.0730.9330.6830.6230.9331.0031.1031.11設(shè)在測(cè)量前已消除了系統(tǒng)誤差。試判斷在該測(cè)量列中是否會(huì)有粗大誤差。并寫出測(cè)量結(jié)果的正確表達(dá)式?！惨姇纠}1—3〕P15二、電阻傳感器：1、什么叫應(yīng)變電阻效應(yīng)？什么叫熱電阻效應(yīng)？當(dāng)電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象就是應(yīng)變電阻效應(yīng)。幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨其本身溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。2、電阻絲式應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？靈敏系數(shù)有何不同？電阻絲式應(yīng)變片的工作原理是應(yīng)變電阻效應(yīng)，而半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是壓阻效應(yīng)。 〔對(duì)半導(dǎo)體來說：當(dāng)某一軸向施加一定應(yīng)力，電阻率發(fā)生變化稱為壓阻效應(yīng)，不同類半導(dǎo)體，不同加力方向，壓阻效應(yīng)不一樣。〕 電阻絲式應(yīng)變片的靈敏度低，而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高。3、為什么在動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀上除了設(shè)有電阻平衡旋鈕外，還設(shè)有電容平衡旋鈕？答：動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀采用高頻交流電給電橋供電，電橋工作在交流狀態(tài)，電橋的平衡條件為Z1Z3=Z2Z4或|Z1||Z3|=|Z2||Z4|，j1j3=j2j4由于導(dǎo)線分布、各種寄生電容、電感等的存在，光有電阻平衡是不能實(shí)現(xiàn)阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡，只有使用電阻、電容兩套平衡裝置反復(fù)調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)電橋阻抗模和阻抗角同時(shí)到達(dá)平衡。4、試?yán)L出熱電阻傳感器的三線制測(cè)量線路圖，并簡(jiǎn)要說明各元件的作用。R2、R3、R4為猛銅精細(xì)電阻，它們的電阻溫度系數(shù)十分小，因此可以認(rèn)為是固定電阻。Rt為熱電阻，被安裝在測(cè)溫點(diǎn)上。由于元件的誤差等原因，電橋仍存在微小的不平衡，因此必須在電橋中參加Rw調(diào)零電位器。1、以阻值R=120Ω、靈敏度K=2的電阻絲應(yīng)變片與限值為120Ω的固定電阻組成電橋．拱橋電壓為3V，并假定負(fù)載電阻為無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?με和2000με時(shí)，分別求出單臂、雙臂電僑的輸出電壓，并比擬兩種情況下的靈敏度。注：在應(yīng)變測(cè)量中常用微應(yīng)變?chǔ)苔疟硎?，它是無量綱的量。 比照單臂電橋和雙臂電橋的計(jì)算結(jié)果可知，雙臂電橋的靈敏度是單臂電橋的兩倍。2、在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各粘貼一片電阻120Ω的金屬阻應(yīng)變片，如下圖，把這兩片應(yīng)變片接入差動(dòng)電橋，鋼的泊松比μ=0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k0=2，電橋電源電壓3V當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測(cè)得應(yīng)變片假設(shè)R1的電阻變化值ΔR1＝0．48Ω，試求電橋的輸出電壓。三、電容傳感器：在電容傳感器中參加云母片是起什么作用？增大靈敏度和提高耐壓2、電容傳感器的特點(diǎn)和關(guān)鍵問題是什么？電容傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)：..優(yōu)點(diǎn)：1、需要的動(dòng)作能量低2、可獲得較大的相對(duì)變化量3、能在惡劣的環(huán)境條件下工作4、本身發(fā)熱影響小5、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快缺點(diǎn)：1、輸出特性為非線性2、泄漏電容影響較大..影響電容傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵問題在于：如何消減泄漏電容給測(cè)量帶來的影響。傳感器的電容量及其變化量一般是小于泄漏電容量，泄漏電容是由支持構(gòu)件及連接電纜所引起的。這些泄漏電容不僅降低了轉(zhuǎn)換效率，還將引起誤差。將處理信號(hào)的電子線路安裝在非?？拷鼧O板的地方可削弱泄漏電容的影響。簡(jiǎn)述下列圖所示電路工作原理，分別繪出當(dāng)C1=C2及C1<C2時(shí)，UA、UB、UF和UG波形圖。差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路四、電感傳感器1、氣隙式自感傳感器的靈敏度與哪些因素有關(guān)？采取哪些措施可以提高其靈敏度？答：靈敏度Kδ=-〔L0/δ〕Kδ與變量δ有關(guān)，所以Kδ不為常數(shù)。δ越小，靈敏度越高。采用變氣隙型差動(dòng)式自感傳感器，其靈敏度Kδ=-〔2L0/δ〕提高了一倍。2、何謂零點(diǎn)剩余電壓？說明該電壓的產(chǎn)生原因及消除方法。答：由于次級(jí)反向串聯(lián)，因此鐵心位于中央時(shí)，輸出應(yīng)為0，但實(shí)際上輸出電壓并不為0，而是零點(diǎn)剩余電壓。原因： 1、兩次級(jí)線圈不對(duì)稱 2、鐵磁材料磁飽和〔引起輸出電壓有高次諧波〕 3、勵(lì)磁電壓波形中含高次諧波措施： 1、提高對(duì)稱性 2、相敏整流電路 3、采用補(bǔ)償電路〔圖〕3、簡(jiǎn)要說明自感傳感器帶相敏整流的交流電橋電路的工作原理？(上圖為帶相敏整流的交流電橋電路原理圖)渦流傳感器主要分為哪幾類？答：按照電渦流在導(dǎo)體的貫穿情況，渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式五、溫度傳感器1、、何謂熱電效應(yīng)？回路中熱電勢(shì)恒等于零的充分必要條件有哪些？熱電效應(yīng)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由哪幾類電勢(shì)構(gòu)成？其大小和極性與什么有關(guān)？答：〔一〕不同性質(zhì)的兩導(dǎo)體A,B組成如下圖閉合回路，兩結(jié)點(diǎn)分別處于不同溫度，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)。兩導(dǎo)體的組合稱為熱電偶?！捕郴芈分袩犭妱?shì)恒等于零的充分必要條件有: 1)熱電偶兩電極材料一樣 2)熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度一樣〔三〕熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種電勢(shì)組成：溫差電勢(shì)、接觸電勢(shì)〔四〕溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)。溫差越大那么產(chǎn)生的溫差電勢(shì)就越大。導(dǎo)體冷熱兩端溫度對(duì)換，那么所產(chǎn)生溫差電勢(shì)的極性相反。接觸電勢(shì)是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)大小和極性與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)。2、熱電偶為何要進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償？補(bǔ)償方法有哪幾種？答：由于工業(yè)上使用的熱電偶其冷端溫度通常并不是0℃，因此測(cè)量得到的熱電勢(shì)如不經(jīng)過修正就輸出顯示，那么會(huì)帶來測(cè)量誤差。測(cè)量得到的熱電勢(shì)必須通過修正，即冷端溫度補(bǔ)償，才能使被測(cè)溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系符合分度表中熱電偶靜態(tài)特性關(guān)系，以使被測(cè)溫度能真實(shí)的反映到儀表上來。補(bǔ)償方法：〔一〕、補(bǔ)償導(dǎo)線〔冷端延長(zhǎng)線〕〔二〕、冷端溫度校正法〔計(jì)算修正法〕〔三〕、冰浴法將冷端置于0℃的冰水中〔四〕、熱電偶補(bǔ)償法加裝補(bǔ)償熱電偶，補(bǔ)償熱電偶材料可以與測(cè)量熱電偶一樣，也可以是補(bǔ)償導(dǎo)線。〔五〕、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法一般儀表在未工作時(shí)指針指在零位〔機(jī)械零點(diǎn)〕〔六〕、補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來補(bǔ)償因冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)變化。3、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫，而冷端溫度為65℃，假設(shè)此時(shí)其儀表示值為600℃，那么實(shí)際溫度為665℃，對(duì)不對(duì)？為什么？答：正確。K型熱電偶，在0~1000℃圍，校正系數(shù)K≈1，由近似計(jì)算校正公式可算得實(shí)際溫度為665℃注意：假設(shè)是S型熱電偶，在800~1300℃圍，其校正系數(shù)K=0.55六、磁電傳感器磁電傳感器分為哪幾類，如果不外加電路，它們主要是測(cè)量速度量的傳感器，如果想利用磁電傳感器來測(cè)量位移和加速度可外加什么電路？磁電傳感器按構(gòu)造不同分為動(dòng)圈式與磁阻式速度量經(jīng)積分之后得到位移量，速度量經(jīng)微分之后得到加速度量，所以實(shí)際測(cè)量中也用來測(cè)位移和加速度。S=1，積分，測(cè)位移S=2，比例，測(cè)速度S=3，微分，測(cè)加速度說明課本139頁的兩種傳感器是哪一類磁電傳感器，并簡(jiǎn)述它們的工作原理(139頁是壓電傳感器，不知道教師用哪本書的--)以下是課件的兩個(gè)圖，也就這兩種。磁電式速度傳感器工作原理圖1—?jiǎng)尤κ綀D1工作原理:在永久磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，放置一個(gè)可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為：這類傳感器的根本形式是速度傳感器，能直接測(cè)量線速度或角速度。圖2—磁阻式圖2工作原理:測(cè)量齒輪由導(dǎo)磁材料制成，安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率(r/s)等于測(cè)量齒輪上齒輪的齒數(shù)N和轉(zhuǎn)速的n(r/min)乘積。七、光電傳感器什么叫光電效應(yīng)，分為幾類？光敏電阻利用的是哪一類光電效應(yīng)？答：當(dāng)采用光照射某一物體時(shí)，該物體就受到一連串能量為hf的光子所轟擊，其部電子獲得能量并釋放出來的現(xiàn)象，便稱為光電效應(yīng)。分為：1、外光電效應(yīng)在光照作用下，物體的電子逸出物體外表向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。2、光電效應(yīng)當(dāng)光照射在物體上時(shí)，使物體電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫光電效應(yīng)。光敏電阻利用的是光電效應(yīng)。光電傳感器的主要特性有哪些？簡(jiǎn)述它們的含義答：1〕伏安特性伏安特性是指位定光通量照射下，光敏電阻的電壓與光電流之間的關(guān)系。2〕光照特性描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。3〕光譜特性每種半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)對(duì)人射光的光譜都具有選擇作用，即每種光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同響應(yīng)靈敏度，而且對(duì)應(yīng)最大靈敏度的光波長(zhǎng)也不一樣。4〕響應(yīng)時(shí)間和頻率特性光敏電阻的光電流跟光照之間有一個(gè)滯后時(shí)間，用時(shí)間常數(shù)來描述〔即停頓光照——光電流下降至63%的時(shí)間〕。5〕溫度特性隨著溫度上升將引起光敏