现代代检测技术复习题

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1、现代代检测技术传感器原理与应用复习题 2011-12-21. 检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论与技术为主要检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论与技术为主要 内容的一门应用技术学科。检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术内容的一门应用技术学科。检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术 和通讯技术构成完整的信息技术学科。检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、和通讯技术构成完整的信息技术学科。检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、 测量系统和数据处理四个方面测量系统和数据处理四个方面 。 2. 根据

2、测量手段分类，可分为根据测量手段分类，可分为直接测量直接测量间接测量间接测量联立测量联立测量 3. 根据测量方式分类，可分为偏差式测量根据测量方式分类，可分为偏差式测量零位式测量零位式测量微差式测量微差式测量 4. 检测系统结构框图检测系统结构框图传感器是将外界信息按一定规律转换成电量的装置，它是实现自动检测和自动控制的首要 环节。 信号调理环节信号调理环节是对传感器输出的电信号进行加工，如将信号放大、调制解调、阻抗 变换、线性化、将阻抗变换为电压或电流等等，原始信号经这个环节处理后，就转换成符 合要求，便于输送、显示、记录、转换以及可作进一步后续处理的中间信号。 显示、记录环节显示的方式常用

3、的有：模拟显示、数字显示、图像显示。模拟显示就是利用指针对标尺的相对位置来表示读数。数字显示实际上是一只专用的数字电压表、数字电流表或数字频率计。图像显示使用屏幕显示读数或者被测参数变化的曲线 信息分析与处理对于动态信号的出路，即动态测量，常常还需要对测得的信号进行分析、计算和处 理，从原始的测试信号中提取表征被测对象某一方面本质信息的特征量，以利于对动态过 程作更深入的了解。这个领域中采用的仪器有频谱分析仪、波形分析仪、实时信号分析仪、 快速傅立叶变换仪等，但计算机技术在信号处理中已被广泛应用。电源检测系统在设计时需要根据使用现场的供电电源情况及检测系统内部电路的实际需 要，统一设计各组稳压

4、电源，给系统各部分电路和器件分别提供它们所需的稳定电源。 5.按被测参数分类按被测参数分类电气参数：电能、电功率、电压、电流、频率、电 阻、电容、磁场强度、磁通密 度等；机械参数：质量、位移、振动、力、应力、力矩、转速、线速度、加速度、噪声、 缺陷检查、故障诊断等；过程参数：主要是热工参数，通常可细分为温度、压力、流量、物位、成分分析等。按被测参量的检测转换方法分类电磁转换：电阻式、应变式、压阻式、热阻式、电感式、互感式、电容式、阻抗式、 磁电式、热电式、压电式、霍尔式等；光电转换：光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维等；其他能/电转换：声/电转换（超声波式） 、辐射能/电转换（ 射线式、

5、射线式、 射线式） 、化学能/电转换（各种电化学转换）等。 按使用性质分类“标准表”是各级计量部门专门用于精确计量、校准送检样品和样机的标准仪表。“实验室表”多用于各类实验室中，它的使用环境条件较好，往往具有特殊的防水、 防尘措施。“工业用表”是长期使用于实际工业生产现场的检测仪表与检测系统。 按是否接触被测介质分类 接触式检测仪表的检测元件与被测介质直接接触，感受被测量的作用或变化，从而 获得测量信号。非接触式检测仪表不直接接触被测介质，而是间接感受被测量的变化达到检测目的。按仪表各环节连接方式分类开环式仪表中各环节按开环方式连接，系统中前一环节是后一环节的输入，首尾相 接形成测量链，信号由

6、输入端到输出端沿一个方向传递。闭环式仪表又称为反馈式仪表，其最大的特点是整个仪表的传递函数只与反馈环节 传递函数有关，而与各串联环节无关，故在很大程度上消除或减少了其他环节的影响。 6.仪表的准确度等级只是从整体上反映仪表的误差情况，在使用仪表进行测量时，其测量仪表的准确度等级只是从整体上反映仪表的误差情况，在使用仪表进行测量时，其测量 准确度往往低于仪表的准确度，而且如果被测量的值离仪表的量限愈远，其测量的准确度准确度往往低于仪表的准确度，而且如果被测量的值离仪表的量限愈远，其测量的准确度 愈低。因此，为了提高测量准确度，一方面要选择准确度等级愈低。因此，为了提高测量准确度，一方面要选择准确

7、度等级 G 合适的仪表，更应该注意合适的仪表，更应该注意 根据被测量根据被测量 x 选择量限合适的仪表，一般应使被测量选择量限合适的仪表，一般应使被测量 ，最好使，最好使从测量实践可知，在排除了系统误差和粗大误差的情况下，对某一物理量进行等精度的多 次测量时，其测得值中还会含有随机误差。对于测量列中的某一个测得值而言，这类误差 的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预先知道的；当测量次数增大，这类误差 却又具有统计的规律性，测量次数愈多，这种规律性就表现得愈明显。随机误差的这种统 计规律常称为误差分布律。 7.设在重复条件下对某一被测量设在重复条件下对某一被测量 x（真值为（真值为 A0

8、）进行无限多次测量，得到一系列测得值）进行无限多次测量，得到一系列测得值 x1，x2 ，xn ，若测量误差符合正态分布，则各值出现的概率密度分布可由下列正态，若测量误差符合正态分布，则各值出现的概率密度分布可由下列正态 分布的概率密度函数来表达分布的概率密度函数来表达正态分布的测量值 x 的概率密度 f(x)为8。检测系统（传感器）特性主要是指输出与输入之间的关系。检测系统（传感器）特性主要是指输出与输入之间的关系。 一个测量系统（仪表或装置） ，由于输入信号的这种不同性质，就有所谓静态特性和动态特 性。 22 0 2 21 Ax exf 9。电容器是电子技术的三大类无源元件。电容器是电子技术

9、的三大类无源元件(电阻、电感和电容电阻、电感和电容)之一，利用电容器的原理，将之一，利用电容器的原理，将 非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件称为电容式传感器。电容式传非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转化的器件称为电容式传感器。电容式传 感器已在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得感器已在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得 到了广泛的应用。电容式传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，是很有到了广泛的应用。电容式传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，是很有 发展前途的。发展前途

10、的。 10。名词解释。名词解释 直接测量：在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算就能直接表示测量所 需要的结果，称为直接测量。 例如，用磁电式电流表测量电路的支路电流。用弹簧管 式压力表测量锅炉压力等。 间接测量:有的被测量无法或不便于直接测量，这就要求在使用仪表进行测量时，首先对与 被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量，然后将测量值带入函数关系式，经过计算 得到所需的结果，这种方法称为间接测量。 联立测量:在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立方程组才能得到最后结 果，则称这样的测量为联立测量。 偏差式测量: 在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏角）决定被测量值，

11、这种测量方式 称为偏差式测量。 零位式测量: 用已知的标准量去平衡或抵消被测量的作用，并用指零式仪表来检测测量系 统的平衡状态，从而判断被测量值等于已知标准量的方法称为零位式测量。 微差式测量:微差式测量法综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点，而提出的测量方法。 这种方法是将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此 差值。 所谓真值，是指在观测一个量时，该量本身所具有的真实大小。真值有理论真值和约定真值之分。 被测量的测得值是由所使用的测量器具读数装置所指示出来的，也称为示值 x。 所谓误差就是测得值与被测量的真值之间的差，可用下式表示：误差=测得值-真值 测量误差

12、的表示方法有以下三种： 绝对误差: 某量值的测得值和真值之差为绝对误差，通常简称为误差，即 绝对误差=测 得值-真值 测得值与实际值之差称为示值误差。示值误差=测得值-实际值为消除系统误差用代数法而加到测量结果上的值称为修正值。将测得值加上修正值 后可视为近似的真值，即真值测得值+修正值 相对误差: 绝对误差与被测量的真值之比称为相对误差。因测得值与真值接近，故也可 近似用绝对误差与测得值之比值作为相对误差，即 灵敏度 灵敏度是检测系统在稳态下的输出变化与输入变化比值，用 K 来表示， 即若检测系统是由灵敏度不同的 多个相互独立的环节串联而成时，该 检测系统的总灵敏度为各组成环节的灵敏度的乘积

13、。32Lx 输入量的变化量输出量的变化量dxdyK 分辨力与分辨率 a)1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量 。 b)2、分辨率：全量程中最大的 即 与满量程 L 之比的百分数。 c)3、阙值：即零位附近的分辨力 ，也就是指能使传感器输出端产生可测变化量的 最小被测输入量值。分辨率与分辨力都是用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量值的性能指标。前者是以最大量程的百分数来表示，是一个无量纲的比率的量。后者是以最小量程的单位值来表示，是一个有量纲的量值。 稳定性与漂移稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化 而出现缓慢变化的程度。时漂：在输入信号不

14、变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。温漂：随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂） 。 稳定性与漂移稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化 而出现缓慢变化的程度。时漂：在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。温漂：随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂） 。 金属丝的电阻应变效应电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应，即当金属丝在外力下作用发生 机械变形时，其电阻值将发生变化。 电感式传感器:电感式传感器的基本原理是利用磁路磁阻变化，引起传感器线圈的自感和线 圈间的互感的变化来实现非电量电测的一种装

15、置。利用这种转换原理可以测量位移、振动、 压力、应变、流量、相对密度等参数。电感式传感器根据转换原理，可以分为自感式和互感式两类。按照结构形式，自感 式传感器又可分为变气隙式，变截面式和螺管式等形式，互感式传感器也有变气隙式和螺 管式等结构。 电感式传感器优、缺点 结构简单，可靠，测量力小,当衔铁重力为 (0.5-200）*104N 时，电磁吸力为 (1-10）*104N ； 分辨率高，最小刻度值可达 0.1m ； 零点稳定，漂移最小可达 0.1m ； 测量精度高，输出线性可达0.1% ； 输出功率较大，即使不用放大器，一般也有(0.1-5)V/mm 的输出值。 电感式传感器的缺点主要是：传感

16、器本身频率响应较低，所以它不能用于快速动态 信号的测量，而且传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围愈大，分辨率愈低 11.问答题问答题 A 1).检测技术的发展趋势 不断提高仪器的性能、可靠性，扩大应用范围 微电子技术、微处理器与传感器结合，使仪器智能化 研究多维化、多功能化的仪器 研究无接触测量技术nKKKKK 321研究新型原理的传感器 综合测试系统。 2).实际相对误差：实际相对误差是用绝对误差与被测量的实际值的百分比值来表示的相对 误差。示值相对误差：示值相对误差是用绝对误差与器具的示值的百分比值来表示的相对误差。3)引用误差用绝对误差与器具的满度值（全量程）的百分比值来表示的相对误差，称为满度相 对误差，又称满度误差。4).检测仪器的精度