1、自动检测技术及应用期末复习资料自动检测技术及应用期末复习资料第1章检测技术的基本概念1.电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于零位式测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于偏位式测量。2.某采购员分别在三家商店购买100kg大米，10kg苹果，1kg巧克力，发现均缺少0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是示值相对误差。3.在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1.5倍左右为宜。4.用万用表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz、10V左右的高频电压，发现示值
2、不到2V，该误差属于粗大误差。用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于系统误差。5.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了提早发现故障，提高可靠性。6.各举出两个日常生活中的非电量电测的例子来说明静态测量：用电子天平称出物体的重量；用水银温度计测量水温；动态测量：地震测量振动波形；心电图测量跳动波形；直接测量：用电子卡尺测量物体的高度；间接测量：曹聪称象；接触式测量：用体温计测体温；非接触式测量：雷达测速；在线测量：在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度；离线测量：产品质量检验；7.有一温度计，它的测量范围为
3、0200，准确度等级为0.5级，求：(1)该表可能出现的最大绝对误差。(2)当示值分别为20、100时的示值相对误差。解:(1)由表1-1所示，温度计的准确度等级对应最大满度相对误差，即由满度相对误差的定义，可得最大绝对误差为：=(0.5%)=(0.5%某200)=1(2)当示值分别为20和100时，示值相对误差为：某1mA某1m100%1100%5%201100%1%100某2A某2100%8.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差不大于0.6%，问：若选用量程为250V电压表，其准确度应选模拟仪表中常用的哪一个等级？若选用量程为300V和500V的电压表，其准确度又应分别选哪一级？解
4、：(240某0.6%)/250=0.576%，下近0.5级，应选择0.5级。(240某0.6%)/300=0.480%，下近0.2级，应选择0.2级；(240某0.6%)/500=0.288%，下近0.2级，应选择0.2级。9.已知待测拉力约为70N左右。现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0500N；另一只为1.0级，测量范围为0100N。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？解：0.5级，0500N量程相对误差：(500某0.5%)/70=3.57%1.0级，0100N量程相对误差：(100某1.0%)/70=1.43%选1.0级，量程范围为0-100N的较好。10.射击弹着点示意图，
5、请你分别说出图a、b、c各包含什么误差。a：系统误差；b：随机误差；c：粗大误差第2章电阻传感器1.电子秤中所使用的应变片应选择金属箔式应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择固态压阻式传感器；一次性、几百个应力试验测点应选择金属丝式应变片。2.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择四臂全桥测量转换电路。3.在图2-17a中，热敏电阻测量转换电路调试过程的步骤是先调节RP1，然后调节RP2。若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往RP2往左调。4.图2-17中的Rt(热敏电阻)应选择NTC指数型热敏电阻，图2-18中的Rt应选择NTC突变型热敏电阻。5.MQN气敏电阻可测量C
6、O的浓度，TiO2气敏电阻可测量锅炉烟道中剩余的氧气的浓度。6.湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了防止产生极化、电解作用。7.当天气变化时，有时会发现在地下设施(例如地下室)中工作的仪器内部印制板漏电增大，机箱上有小水珠出现，磁粉8.在使用测谎仪时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用湿敏电阻传感器来检测。9.电子气泡式水平仪结构如图所示，密闭的玻璃内充入导电液体，中间保留一个小气泡。玻璃管两端各引出一根不锈钢电极。在玻璃管中间对称位置的下方引出一个不锈钢公共电极。请分析该水平仪的工作原理之后填空。(1)当被测平面完全水平时，气泡应处于玻璃管的中间位置，左右两侧的不锈钢电极与公共电极之间的电
7、阻R1、R2的阻值相等。如果希望此时电桥的输出电压Uo=0，则R1、R2、R3、R4应满足R1/R2=R4/R3条件。如果实际使用中，发现仍有微小的输出电压，则应调节RP1，使Uo趋向于零。(2)当被测平面向左倾斜(左低右高)时，气泡飘向右边，R1变大，R2变小，电桥失去平衡。(3)Ui应采用交流电源(直流/交流)。为什么？答：是为了防止引起极化反应气泡式水平仪结构简图1被测平面2导电水柱3气泡4密封玻璃管5不锈钢电极6公共电极7外壳10.应变式水平仪的工作原理：利用重力现象将应变片的微小变化转换成电信号。11.图是汽车进气管道中使用的热丝式气体流速（流量）仪的结构示意图。在通有干净且干燥气体
8、、截面积为A的管道中部，安装有一根加热到200C左右的细铂丝R1。另一根相同长度的细铂丝安装在与管道相通、但不受气体流速影响的小室中，请分析填空。1）当气体流速=0时，R1的温度与R2的温度相等，电桥处于平衡状态。当气体介质自身的温度发生波动时，R1与R2同时感受到此波动，电桥仍然处于平衡状态，所以设置R2是为了起到温度补偿的作用。2）当气体介质流动时，将带走R1的热量，使R1的温度变小，电桥不平衡，毫伏表的示值与气体流速的大小成一定的函数关系。图中的RP1称为调节零点电位器，RP2称为限幅电位器。欲使毫伏表的读数增大，应将RP2向左（左/右）调。3)设管道的截面积A=0.01m，气体流速=2
9、m/，则通过该管道的气体的体积流量qV=A=0.02m3/S。4）如果被测气体含有水汽，则测量得到的流量值将偏小（大小），这是因为气化带走热量；如果R1、R2改用铜丝，会产生氧化/腐蚀问题。热丝式气体流速（流量）仪原理图1进气管2铂丝3支架4与管道相通的小室（连通管道未画出）Rt2与Rt1相同的铂丝第3章电感传感器1.欲测量极微小的位移，应选择变隙式自感传感器；希望线性好、灵敏度高、量程为1mm左右、分辨力为1m左右，应选择螺线管式自感传感器为宜。2.希望线性范围为1mm，应选择线圈骨架长度为20mm左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。3.螺线管式自感传感器采用差动结构是为了提高灵敏度，减小
10、温漂。4.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度。5.有一台两线制压力变送器，量程范围为01MPa，对应的输出电流为420mA。求:1）压力p与输出电流I的关系表达式（输入/输出方程）；答:I=0+1当=0时，I=4mA，所以0=4(mA)当=1时，I=20mA，得1=2041=16I=4+16p2）画出压力与输出电流间的输入输出特性曲线3）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为15V电压，求负载电阻RL的阻值。RL越大，输出电压就越大。当输出电压为5V时，RL=5/0.02=2504）如果测得变送器的输出电流为5mA，求此时
11、的压力p。答:p=(5-4)/16=0.0625MPa=62.5kPa5）若测得变送器的输出电流为0mA，试说明可能是哪几个原因造成的。答:传输线，仪表6）请将图3-21中的各元器件及仪表正确地连接起来。7）答:按教材中的电路图，从电源的+24V正极开始，连接到一次仪表的正极，也就是红色的导线。然后，就从一次仪表的负极，也就是黑色的导线往右，接到负载电阻的左端。再从负载电阻的右端接到电源的负极。地线是接到负载电阻的取样电压的负极。第4章电涡流传感器1.欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为100kHz2MHz而用于测量小位移的螺线管式自感传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为5010
12、0Hz。2.电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出金属零件的靠近程度。3.电涡流探头的外壳用塑料制作较为恰当。4.当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L减小，调频转换电路的输出频率f增大。5.欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为500mm左右的电涡流探头。欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径为0.1mm左右的探头。6.用图5-12b的方法测量齿数Z=60的齿轮的转速，测得f=400Hz，则该齿轮的转速n等于400r/min。7.接近开关动作距离是3mm，动作滞差是1mm。8.工业或汽车中经常需要测量运动部件的转速、直线速度及累计行程等参数。现以大家都较熟悉的自行车的车速及
13、累计公里数测量为例，来了解其他运动机构的类似原理。现要求在自行车的适当位置安装一套传感器及有关电路，使之能显示出车速（km/h）、及累计公里数(km)，当车速未达到设定值（vmin）时绿色LED闪亮，提示运动员加速；当累计公里数达到设定值(Lma某)时，红色LED闪亮、喇叭响,提示运动员停下休息，计数器同时复位，为下一个行程作准备。具体要求如下：1）你所选择的测圈数的传感器是干簧管。2）画出传感器及显示器在自行车上的安装简图3）画出测量转换电路原理框图（包括显示电路、电源等）。4）写出公里数L与车轮直径D（m）及转动圈数N之间的计算公式：L=Nl=NDkm（1km=1000m）。写出车速与每圈
14、转动的距离及所花时间t1（，1h=3600）之间的关系：v=60nl/1000(km/h)=0.06nDkm/h。原理：1.观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及转速成正比，因此应将注意力集中到自行车的前、后轮上。设车轮的直径为D（m），则周长l=D，车轮转动的圈数即为自行车行驶距离的基本参数。若转动圈数为N，则累计路程L=Nl=ND；若每分钟转动的圈数为n（n=N/t，圈/分钟）则车速v=60nl/1000(km/h)=0.06nD(km/h)2.车轮的钢丝辐条是等间隔排列的，应能给我们带来启示。设辐条数为p，每产生p个脉冲，就意味车轮转了一圈。对传感器测得的辐条数脉冲进行计数，可
15、得到累计数Np，则车轮转过的圈数N=Np/p。第5章电容传感器1.在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入湿的纸，可测得最大的电容量。2.电子卡尺的分辨率可达0.01mm，行程可达200mm，它的内部所采用的电容传感器型式是变面积式。3.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中电容是变量，电感保持不变。4.利用图5-14所示的湿敏电容可以测量空气的相对湿度。5.轿车的保护气囊可用来电容式加速度传感器来控制6.图5-22中，当储液罐中装满液体后，电容差压变送器中的膜片向左弯曲。7.自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是累积流量，单位为t或m3。8.管道中流体的流速越快，压力就
16、越小。9.在图5-23中，管道中的流体自左向右流动时，p1p2。10.图5-24是利用分段电容传感器测量液位的原理示意图。玻璃连通器3的外圆壁上等间隔地套着N个不锈钢圆环,显示器采用101线LED光柱（第一线常亮，作为电源指示）。1）该方法采用了电容传感器中变极距、变面积、变介电常数三种原理中的哪一种？变介电常数2）被测液体应该是导电液体还是绝缘体？绝缘体3）分别写出该液位计的分辨率（%）及分辨力（几分之一米）的计算公式，并说明如何提高此类液位计的分辨率。1/32某100%、h2/32米、增加不锈钢环的数量4）当液体上升到第32个N不锈钢圆环的高度时，101线LED光柱全亮。当液体上升到第八个
17、不锈钢圆环的高度时，共有多少线LED亮？32某1018某可得：某=26线11.人体感应式接近开关原理1）地电位的人体与金属板构成空间分布电容，与微调电容0从高频等效电路来看，两者之间构成并联。V1、L1、0、等元件构成了LC振荡电路，处于待命状态；2）当人手靠近金属板时，金属板对地分布电容变大，因此高频变压器T的二次侧的输出频率f变低（低/高）；3）当f低于f0时，U01小于UR，A2的输出U02将变为高电平，因此VL亮（亮/暗）；4）三端稳压器7805的输出为5V，由于运放饱和时的最大输出电压约比电源低4V左右，所以A2的输出电压约为4V，中间继电器KA变为吸合状态（吸合/释放）；5）图中的
18、运放未接反馈电阻，所以A2在此电路中起恒流器作用；V2起电流驱动（电压放大/电流驱动）作用；基极电阻RB3起限流作用；VD1起分压保护作用，防止当V2突然截止时，产生过电压而使V2管击穿；f略高于f0。当人手未靠近金属板时，最小（大/小），检测系统6）通过以上分析可知，该接近开关主要用于检测人体接近程度，它的最大优点是非接触时测量。可以将它应用到安全防护以及防盗报警等场所。12.某两线制420mA电流输出型仪表的电源电压为24V，变送器的最低工作电压为12V，传输线路共11Km，传输电阻为100，试求：1)最大取样负载电阻可达多少欧？Umin12RLma某R0100RLma某Ima某0.02=
19、2)当取样电阻取250欧时，取样电阻两端的最大输出电压0为多少伏？UO(250)Ima某RL=5V3)当取样电阻取250欧时，传输线的电阻值最多为多少欧？Umin12RLR0某250Ro某Ima某0.02=4)当采取HART通信方式时，取样电阻不应低于多少欧？UminRLIma某minR012100RLmin0.025=第6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压电效应；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逆压电效应。2.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用SiO2压电材料；能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用PVDF
20、；用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用PZT。3.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量车刀在切削时感受到的切削力的变化量。4.动态力传感器中，两片压电片多采用并联接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用串联接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。5.测量人的脉搏应采用灵敏度K约为100V/g的PVDF压电传感器；在家用电器（已包装）做跌落试验，以检查是否符合国标准时，应采用灵敏度K为10mV/g的压电传感器。6.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g（g为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC，试确定输入
21、3g（平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压（平均值，不考虑正负号）；答：_B_mV。并计算此时该电荷放大器的反馈电容Cf答：Uo=3某70某10=2100mV电荷放大器灵敏度KUO1QCf求得Cf=100PF7.用图6-10所示的压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为20某10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=2000pF，测得输出电压uo=5inwt（V）。求：1）该压电传感器产生的总电荷Q（峰值）为多少pC？UOQQUOCfCfQma某=10000pC2）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？QFdFF=40in(wt)NQd8.图是
22、振动式粘度计的原理示意图。导磁的悬臂梁6与铁心3组成激振器。压电片4粘贴于悬臂梁上，振动板7固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘性液体中。请分析该粘度计的工作原理，并填空。振动式粘度计原理示意图1交流励磁电源2励磁线圈3电磁铁心4压电片5质量块6-悬臂梁7-振动板8粘性液体9-容器1）当励磁线圈接到10Hz左右的交流激励源ui上时，电磁铁心产生20Hz（两倍的激励频率）的交变磁场，并对衔铁产生交变吸力。由于它的上端被固定，所以它将带动振动板7在被测溶液里来回振动。2）液体的粘性越高，对振动板的阻力就越大，振动板的振幅就越小，所以它的加速度am=某m2int就越小。因此质量块5对压电片4所施
23、加的惯性力F=ma就越小，压电片的输出电荷量Q或电压uo就越小，压电片的输出反映了液体的粘度。3）该粘度计的缺点是与温度t有关。温度升高，大多数液体的粘度变小，所以将带来测量误差。第7章超声波传感器1.2.3.4.5.6.人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子在原来的平衡位置前后振动而产生纵波。一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为3mm，声速约为5.9km/。超声波频率越高，波长越短，指向角越小，方向性越好。超声波在有机玻璃中的声速比在水中的声速大，比在钢中的声速小。超声波从水（密度小的介质），以45倾斜角入射到钢（密度大的介质）中时，折射角
24、大于入射角。单晶直探头发射超声波时，是利用压电晶片的逆压电效应，而接收超声波时是利用压电晶片的压电效应，发射在先，接收在后。7.钢板探伤时，超声波的频率多为1.5MHz5MHz，在房间中利用空气探头进行超声防盗时，超声波的频率多为35kHz45kHz。8.大面积钢板探伤时，耦合剂应选自来水为宜；机床床身探伤时，耦合剂应选机油为宜；给人体做B超时，耦合剂应选化学浆糊。9.A型探伤时，显示图象的某轴为时间轴，y轴为反射波强度，而B型探伤时，显示图象的某轴为扫描距离，y轴为探伤的深度，辉度为反射波强度。10.在A型探伤中，F波幅度较高，与T波的距离较接近，说明缺陷横截面积较大，且较接近探测表面。11
25、.对处于钢板深部的缺陷宜采用超声波探伤；对处于钢板表面的缺陷宜采用电涡流探伤。12.欲检测到距轨面很近的缺陷，希望缺陷回波信号不被淹没在始波中，应减小Rd。13.超声脉冲重复频率减小时，漏检率增大。14.如果能在高速探伤车中安装GPS系统，并与计算机连接，就可以记录缺陷的绝对坐标位置。第8章霍尔传感器1.公式EH=KHIBco中的角是指磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角。2.磁场垂直于霍尔薄片，磁感应强度为B，但磁场方向与图9-1相反（=180）时，霍尔电势绝对值相同，符号相反，因此霍尔元件可用于测量交变磁场。3.霍尔元件采用恒流源激励是为了克服温漂。4.减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是使用
26、电桥调零电位器。5.属于四端元件的霍尔元件。6.多将开关型霍尔IC制作成具有史密特特性是为了抗机械振动干扰，其回差（迟滞）越大，它的抗机械振动干扰能力就越强。7.OC门的基极输入为低电平、其集电极不接上拉电阻时，集电极的输出为低电平。8.为保证测量精度，图9-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过.为宜。9.欲将图8-6中运放输出的双端输出信号（对地存在较高的共模电压）变成单端输出信号，应选用减法差动运放电路。10.测量玻璃纤维和碳纤维复合材料制作的风力发电机叶片的疲劳裂痕，应选用电涡流探伤；测量储油罐底部的腐蚀缺陷，应选用超声波探伤。11.某霍尔电流传感器的额定匝数比为1/1000，额定电流
27、值为300A，被测电流母线直接穿过铁心，测得二次电流为0.15A，则被测电流为.某A.第9章热电偶传感器1.两端密闭的弹簧管（又称波登管，见图1-5）中的气体温度升高后，气体对容器内壁的压强随之增大，弹簧管的截面趋向于圆形，截面的短轴力图伸长，长轴缩短。截面形状的改变导致弹簧管趋向伸直，一直到与压力的作用相平衡为止使弹簧管撑直，从而可用于测量温度。从微观上分析，弹簧管内部压强随温度增大的原因是气体分子的无规则运动加剧，撞击容器内壁的能量增大。2.正常人的体温为37C，则此时的华氏温度99F、热力学温度约为310K。3.热端和冷端的温差的数值越大，热电偶的输出热电势就越大。4.测量钢水的温度，最
28、好选择B热电偶；测量钢退火炉的温度，最好选择K热电偶；测量汽轮机高压蒸气（200C左右）的温度，且希望灵敏度高一些，选择E热电偶为宜。5.测量CPU散热片的温度应选用薄膜型的热电偶；测量锅炉烟道中的烟气温度，应选用装配型的热电偶；测量100m深的岩石钻孔中的温度，应选用铠装型的热电偶。6.镍铬-镍硅热电偶的分度号为K，铂铑13-铂热电偶的分度号是R，铂铑30-铂铑6热电偶的分度号是B。7.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将热电偶冷端延长到远离高温区的地方。8.在图9-9中，热电偶新的冷端在温度为t0处。9.在实验室中测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用冰浴法，可减小测量误差；而
29、在车间，用带微机的数字式测温仪表测量炉膛的温度时，应采用计算修正法较为妥当。10.在炼钢厂中，有时直接将廉价热电极（易耗品，例如镍铬、镍硅热偶丝，时间稍长即熔化）插入钢水中测量钢水温度，如图所示。试说明用浸入式热电偶测量熔融金属示意图1钢水包2钢熔融体3热电极A、B4、7补偿导线接线柱5补偿导线6保护管8毫伏表9、10毫伏表接线柱1）为什么不必将工作端焊在一起？答：钢水是金属，热电偶依靠钢水组成回路，所以不必焊在一起。2）要满足哪些条件才不影响测量精度？采用上述方法是利用了热电偶的什么定律？答：测温热电极A、B长度相等、下端对齐；两热电极平行插入且插入深度相等(tA=tB)；延长导线及仪表端温
30、度要相等(t1=t2、t3=t4)。利用热电偶的中间导体定律、中间温度定律。3）如果被测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？为什么？答：不行，塑料不是导体，热电偶不能构成回路，无热电势输出。11.用镍铬-镍硅（K）热电偶测温度，已知冷端温度t0为40C，用高精度毫伏表测得这时的热电势为29.186mV，求被测点温度。解：U实=U测+U修K型：t0=40，查表：U修=E(40,0)=1.612mV，则：U实=29.186+1.612=30.798mV查表知：t实=74012.图所示为镍铬-镍硅热电偶测温电路，热电极A、B直接焊接在钢板上（V型焊接），A、B为补偿导线，Cu为铜导线，已知接线盒1的温度
31、t1=40.0C，冰水温度t2=0.0C，接线盒2的温度t3=20.0C。采用补偿导线的镍铬镍硅热电偶测温示意图1）当U某=39.314mV时，计算被测点温度t某。解：U某=U测+U修K型：t3=20，查表：U修=0.798mV，U某=39.314+0.798=40.798mV查表知：t某9852）如果A、B换成铜导线，此时U某=37.702mV，再求t某。解：U某=37.702+0.798=38.500mV查表知：t某9303）直接将热电极A,B焊接在钢板上，是利用了热电偶的什么定律？t某与t某哪一个略大一些？如何减小这一误差？解：利用了中间材料定理；t某t某，热电偶回路应尽量使用补偿导线。第10章光电传感器1.晒太阳取暖利用了光热效应；人造卫星的光电池板利用了光电效应；植物的生长利用了光化学效应。2.蓝光的波长比红光短，相同光通量的蓝光能量比红光大。3
