自動檢測課后習(xí)題答案.doc

1、第一章檢測技術(shù)的基本知識思考題答案I. 檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成 ？說明各部分的作用。答：一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、 轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)然其中還包括電源和傳輸通道等不可 缺少的部分。下圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖。檢測系統(tǒng)的組成框圖傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確 定的，因為檢測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓

2、或電流信號。通常傳感器輸出信號是微弱的， 就需要由測量電路加以放大， 以滿足顯示記錄裝置的要求。 根據(jù)需要測 量電路還能進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化補(bǔ)償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?。顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。2傳感器的型號有幾部分組成，各部分有何意義？依次為主稱（傳感器）被測量一轉(zhuǎn)換原理一序號主稱一一傳感器，代號 C;被測量一一用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。見附錄表2 ；轉(zhuǎn)換原理一一用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標(biāo)記。見附錄表3；序號一一用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn) 品系列等。若產(chǎn)

3、品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動或變動時，其序號可在原序號后面順序地 加注大寫字母 A、B、C等，（其中I、Q不用）。例：應(yīng)變式位移傳感器：C WY-YB -20；光纖壓力傳感器： C Y-GQ-2。3.測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載變化的情況時，應(yīng)當(dāng)采用何種測量方法？如何進(jìn)行？答：測定穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載電阻變化的情況時，最好采用微差式測量。此時輸出電壓認(rèn)可表示為 Uo, Uo=U + A U，其中 U是負(fù)載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，相對U來講為一小量。如果采用偏差法測量，儀表必須有較大量程以滿足Uo的要求，因此對厶U，這個小量造成的 Uo的變化就很難測準(zhǔn)。測量原理如下圖所示：圖中使用了高

4、靈敏度電壓表一一毫伏表和電位差計，Rr和E分別表示穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻和電動勢，凡表示穩(wěn)壓電源的負(fù)載，El、R1和Rw表示電位差計的參數(shù)。在測量前調(diào)整R1使電位差計工作電流Ii為標(biāo)準(zhǔn)值。然后，使穩(wěn)壓電源負(fù)載電阻Ri為額定值。調(diào)整 RP的活動觸點(diǎn)，使毫伏表指示為零， 這相當(dāng)于事先用零位式測量出額定輸出電壓U。正式測量開始后，只需增加或減小負(fù)載電阻 Rl的值，負(fù)載變動所引起的穩(wěn)壓電源輸出電壓Uo的微小波動值A(chǔ)U,即可由毫伏表指示出來。根據(jù)Uo=U + AU，穩(wěn)壓電源輸出電壓在各種負(fù)載下的值都8可以準(zhǔn)確地測量出來。微差式測量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，測量精度高，特別適合于在線控制參數(shù)的測量。用微差式測量方法測

5、量穩(wěn)壓電源輸岀電壓隨負(fù)載的變化0.45 Q /C0.02V/ Q100（放大倍數(shù)）0.2cm/V5. 某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下:鉑電阻溫度傳感器:電橋：放大器：筆式記錄儀： 求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移 4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值。 解：(1 )測溫系統(tǒng)的總靈敏度為S 0.45 0.02 100 0.2 0.18 cm/ C(2)記錄儀筆尖位移 4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值為4 t22.22 C0.186. 有三臺測溫儀表，量程均為0800C，精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現(xiàn)要測量500C的溫度，要求相對誤差不超過2.5%，選那臺儀表

6、合理？解：2.5級時的最大絕對誤差值為 20C，測量500C時的相對誤差為 4%; 2.0級時的最大 絕對誤差值為16C,測量500C時的相對誤差為 3.2%; 1.5級時的最大絕對誤差值為12C,測量500 C時的相對誤差為 2.4%。因此，應(yīng)該選用1.5級的測溫儀器。7. 什么是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差 ？正確度和精密度的含義是什么 ？它們各反映何種誤差？ 答：系統(tǒng)誤差是指在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變， 或按照一定的規(guī)律變化的誤差。隨機(jī)誤差則是指在相同條件下，多次測量同一量時，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。正確度是指測量結(jié)果與理論真值的一致程度，

7、 它反映了系統(tǒng)誤差的大小，精密度是指測量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小。8. 服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差有哪些特性？答：服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差的特性有： 對稱性 隨機(jī)誤差可正可負(fù)， 但絕對值相等的 正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會相等。也就是說 f( 0- 3曲線對稱于縱軸。有界性 在一定測量條件下，隨機(jī)誤差的絕對值不會超過一定的范圍,即絕對值很大的隨機(jī)誤差幾乎不出現(xiàn)。抵償性nlim j 0。單n i 1在相同條件下，當(dāng)測量次數(shù)nis時，全體隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于零，即峰性 絕對值小的隨機(jī)誤差比絕對值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的機(jī)會多，即前者比后者的概率密度大，在8=0處隨機(jī)誤差概率密度有最大值。9.等精

8、度測量某電阻10次，得到的測量列如下：R1= 167.95 QR2= 167.45 Q R3= 167.60 QR4= 167.60 QR5= 167.87 QR6= 167.88 QR7= 168.00 QR8= 167.850 Q R9= 167.82 QR10 = 167.61 Q（1）求10次測量的算術(shù)平均值R，測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差b和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s。 若置信概率取99.7%，寫出被測電阻的真值和極限值。解：（1）求10次測量的算術(shù)平均值 R，測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差b和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s。10 R1R2RnRi 110167.95 167.45167.60167.60167.87 167

9、.88168.00167.85 167.82167.6110167.763?1 n(Xix)21 nVj2110Vj2In1i1pn 1 i 1 9 i 1；(0.18720.31322 0.16320.10720.10820.23720.08720.05720.1532)0.1824s1824 0.0577,n J0 若置信概率取99.7%，被測電阻的真值為：167.763 3 s （167.763 0.173）極限值為：Rm 167.763 3(167.763 0.547)10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關(guān)系。答：如圖所示，電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4。U為電橋的直

10、流電源電壓。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=Rl=R時，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=R（RM R）時，稱為輸出 對稱電橋；當(dāng) R1=R4=R , R2=R3 =rr并R）時，稱為電源對稱電橋。A當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。 輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為(1)R| R3R2 R43u(RR2XR3R4)設(shè)電橋為單臂工作狀態(tài)，即Ri為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)Ri感受被測量產(chǎn)豈，代入式（小則電橋由于AR1生電阻增量ARi時，由初始平衡條件 RiR3=R2R4得 $R2產(chǎn)生不平衡

11、引起的輸出電壓為Uo對于輸出對稱電橋， 可得到輸出電壓為R22(Ri R2)RiURi R22(Ri R2)此時Ri=R2=R,R3=R4=R，當(dāng)Ri臂的電阻產(chǎn)生變化(2)ARi = AR,根據(jù)(2)對于電源對稱電橋,RRRU RUo U2 ()()(R R)RRRi=R4=R,R2=R3=R。當(dāng)Ri臂產(chǎn)生電阻增量ARi=AR 時，由式（2）RR對于等臂電橋 Ri=R2=R3=R4=R,當(dāng)Ri的電阻增量 ARi=AR時，由式（2）可得輸出電壓由上面二種結(jié)果可以看出，心）當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時,（5）電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)ARR時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻

12、產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋的輸出電壓要比電源對稱電橋的輸出電壓大，即它們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。在實際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式， Ri =R + AR, R2=R- AR,R3= R+ AR,R4=R- AR,將上述條件代入式（i）得Uo4U4 R由式（6）看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，所以大大提高了測量的靈敏度。第二章電阻式傳感器思考題答案1. 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同？答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而

13、產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。2. 直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別？答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件， 交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件。3. 熱電阻測量時采用何種測量電路？為什么要采用這種測量電路？說明這種電路的工作原理。答:通常采用電橋電路作為測量電路。 為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線四 分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂 中，如果R； R；，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。4. 采用阻值為120Q靈敏度系數(shù) K=2.0

14、的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1 000時，試求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：單臂時U0所以應(yīng)變?yōu)?時U 4 2 10 610 6/V，應(yīng)變?yōu)?000時應(yīng)為U103/v ；雙臂時u0，所以應(yīng)變?yōu)閁010 664 10/V應(yīng)變?yōu)?000 時應(yīng)U010 3 /V ;全橋時U0 K U ，所以應(yīng)變?yōu)?U08 106/V，應(yīng)變?yōu)?000時應(yīng)為u 08 10 3/V。從上面的計算可知： 單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。5. 采用阻值R=120Q靈敏度系數(shù) K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值 R=120Q的固定電阻組成電 橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?1000時，若要使輸出電壓大于 10mV，則可采用何 種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n,故可得：2 1010 310 mV得n要小于2，故應(yīng)采用全橋工作方式。6. 如圖所示為一直流電橋，供電電源電動勢 應(yīng)變片，其電阻均為50 Q，靈敏度系數(shù)的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)镋=3V, Rs=R4=100Q, R1和R2為同型號的電阻K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面5 000