檢測(cè)課后習(xí)題答案

1.1檢測(cè)的概念是什么？使用方便，國際上協(xié)商確定，建立一種既使用方便、

檢測(cè)是人們借助于?！窲設(shè)備，通過一定的技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，又能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即具有較高準(zhǔn)確

手段和方法，對(duì)被測(cè)對(duì)象收集信息、取得數(shù)量概念度）的溫標(biāo)，這就是國際實(shí)用溫標(biāo)，又稱國際溫標(biāo)。

的過程。它是個(gè)比較過程，即將被檢測(cè)對(duì)象與它2.2接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫各有何特點(diǎn)，

同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，獲得被檢測(cè)量為標(biāo)準(zhǔn)量常用的測(cè)溫方法有哪些？

的若干倍的數(shù)量概念。接觸式與非接觸式測(cè)溫特點(diǎn)比較

1.2檢測(cè)有哪些分類方法？

方

1.按檢測(cè)過程分類檢測(cè)方法可分為直接法、接觸式非接觸式

式

間接法和組合法。

2.按檢測(cè)方式分類根據(jù)獲取數(shù)據(jù)的方式，感溫元件要與

檢測(cè)可分為偏差式、零位式和微差式。

被測(cè)對(duì)象良好接

3.按接觸關(guān)系分類根據(jù)檢測(cè)敏感元件與被

觸；感溫元件的加需準(zhǔn)確知道被

測(cè)介質(zhì)的接觸關(guān)系，檢測(cè)方法可分為接觸式和非接

觸式兩種。入幾乎不改變對(duì)象測(cè)對(duì)象表面發(fā)射

測(cè)

4.按被測(cè)量的變化快慢分類

的溫度；被測(cè)溫度率；被測(cè)對(duì)象的輻

根據(jù)被測(cè)量的變化的快慢，可分為靜態(tài)檢測(cè)和量條件

動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩類。不超過感溫元件能射能充分照射到檢

5.按檢測(cè)系統(tǒng)是否施加能量分類承受的上限溫度：測(cè)元件上

根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)是否需要向被測(cè)對(duì)象施加能量，

被測(cè)對(duì)象不對(duì)感溫

檢測(cè)系統(tǒng)可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。

元件產(chǎn)生腐蝕

1.3什么是誤差？誤差產(chǎn)生的原因是是什么？

誤差：檢測(cè)結(jié)果偏離真值的大小稱為誤差。檢原理上測(cè)量范

測(cè)誤差的大小反映了檢測(cè)結(jié)果的好壞，即檢測(cè)精度特別適合

圍可以從超低溫到

的高低。1200℃以下，熱容

產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因主要有以卜四個(gè)方面：極

大，無腐蝕性對(duì)象

（1）理論誤差與方法誤差；（2）儀器誤差；（3）測(cè)高溫，但

的連續(xù)在線測(cè)溫。

影響誤差；（4）人為誤差。

量范圍1000℃以下，測(cè)量

1.4檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分的作用對(duì)高于1300℃以

是什么？誤差大，能測(cè)運(yùn)動(dòng)

上的溫度測(cè)量較困

檢測(cè)系統(tǒng)主要由敏感元件、信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理物體和熱容小的物

電路、顯示電路和信號(hào)傳輸電路組成。難

體溫度

敏感元件：將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

信號(hào)處理電路：將代表被測(cè)量特征的信號(hào)變換工業(yè)用表通常

成能進(jìn)行顯示或輸出的信號(hào)：

精為1.0、0.5、0.2通常為1.0、

顯示電路：將被測(cè)對(duì)象以人能感知的形式表現(xiàn)

度及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室1.5、2.5級(jí)

出來；

信號(hào)傳輸電路：將信號(hào)（數(shù)據(jù)）從一點(diǎn)（或一用表可達(dá)0.01級(jí)

個(gè)地方）送另一點(diǎn)（或地方）。

響慢，通常為幾快，通常為

2.1什么叫溫標(biāo)？什么叫國際實(shí)用溫標(biāo)？

應(yīng)速度卜秒到幾分鐘2?3秒

用來衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，簡稱為溫標(biāo)。為了

2.4流量檢測(cè)方法有哪些？有哪些常用的流

整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)

整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)量檢測(cè)儀表？

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大,

(1)節(jié)流差壓法

結(jié)構(gòu)簡單，體積小，

調(diào)整麻煩，價(jià)格昂在管路內(nèi)安裝上節(jié)流元件，使流體在此處流動(dòng)

可靠，維護(hù)方便，

狀態(tài)發(fā)生變化，造成節(jié)流元件的上、卜.游間產(chǎn)生壓

貴；儀表讀數(shù)通常

其價(jià)格低廉：儀表讀力差。由于此壓力差和流量間有一定函數(shù)關(guān)系，因

只反映被測(cè)物體衣

此，檢測(cè)此壓差，即可變換出流量。常用的節(jié)流元

他特點(diǎn)數(shù)直接反映被測(cè)物

現(xiàn)溫度(需進(jìn)，步件有：孔板、噴嘴等。

體實(shí)際溫度；可方

(2)容積法

轉(zhuǎn)換)；不易組成測(cè)

便地組成多路集中按?定的容積空間輸送流體，容積空間的運(yùn)動(dòng)

溫、控溫一體化的

次數(shù)(或運(yùn)動(dòng)速度)與流量成正比。記錄運(yùn)動(dòng)次數(shù)或

測(cè)量與控制系統(tǒng)

溫度控制裝置速度，則可得出一段時(shí)間內(nèi)的累積流量。容積式流

接觸式測(cè)溫：膨脹式溫度計(jì)，壓力式溫度計(jì),量計(jì)，有橢園齒輪式流量計(jì)、膜式煤氣表及旋轉(zhuǎn)葉

熱電阻、熱電偶測(cè)溫，熱敏電阻測(cè)溫輪式水表等。

非接觸式測(cè)溫：輻射測(cè)溫(3)速度法

2.3常用的壓力計(jì)有哪些，其原理和特點(diǎn)各是測(cè)出流體的流速，再乘以管道截面即可得出流

什么？量。按對(duì)流速測(cè)量的辦法不同，能構(gòu)成多種多樣的

1.彈性壓力計(jì)流量儀表和檢測(cè)系統(tǒng)，如常用的有：標(biāo)志式、動(dòng)壓

彈性壓力計(jì)是基于各種形式的彈性元件，在被管式、熱量式、磁電式、超聲式等。

測(cè)介質(zhì)的表壓或真空度作用下產(chǎn)生的彈性變形與(4)流體阻力法

被測(cè)壓力成一定函數(shù)關(guān)系的原理制成的。它是工業(yè)利用流體流動(dòng)給設(shè)置在管道中的阻力體以作

生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用最廣的一種壓力計(jì)。用力，作用力大小和流量大小有關(guān)。如常用的靶式

2.液柱式壓力計(jì)流量計(jì)，其阻力體是靶，由力平衡式傳感器把靶的

液柱式壓力測(cè)量是以流體靜力學(xué)理論為基礎(chǔ)受力轉(zhuǎn)換為電量。

的壓力測(cè)量方法。根據(jù)流體靜力學(xué)，-定高度的液(5)流體振動(dòng)法

柱對(duì)底面產(chǎn)生的靜壓力要與被測(cè)壓力相平衡，這樣在管道的特定條件下，使流體流過后產(chǎn)生振

液柱的高度實(shí)際上就反映了被測(cè)壓力的大小。以此動(dòng)，如渦街流量計(jì)、k門流量計(jì)等。

原理構(gòu)造的液柱式壓力計(jì)測(cè)壓元件主要由裝有一(6)質(zhì)量流量檢測(cè)

定介質(zhì)液體的玻璃管組成，這種壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量流量檢測(cè)分為間接式和直接式兩種。間接

使用方便，測(cè)量精度高，但測(cè)量結(jié)果只能就地讀取，式質(zhì)量流量測(cè)量是在直接測(cè)出體積流量的同時(shí)，直

不能進(jìn)行遠(yuǎn)傳，而且測(cè)量的量程也受限于玻璃管的接再測(cè)出被測(cè)介質(zhì)的密度，或測(cè)出壓力、溫度等參

高度，因而應(yīng)用受到一定的限制?，F(xiàn)在，液柱式壓數(shù)求出介質(zhì)密度。因此檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成將由測(cè)體積

力計(jì)主要是在實(shí)驗(yàn)室或工程實(shí)驗(yàn)上使用。流量的流量計(jì)(如節(jié)流差壓式、渦輪式等)和密度計(jì)

3.壓力變送器或帶有溫度、壓力等補(bǔ)償環(huán)節(jié)來組成，其中還有相

?般用壓力表傳遞壓力信息的距離不能很遠(yuǎn)，應(yīng)的計(jì)算環(huán)節(jié)。直接式質(zhì)量流量測(cè)量是直接利用

要向遠(yuǎn)距離傳輸壓力信息，往往是將彈性測(cè)壓元件熱、差壓或動(dòng)量來檢測(cè)。

與電氣傳感器相結(jié)合構(gòu)成壓力變送器，工業(yè)上常稱1.節(jié)流式差壓流量計(jì)

為差壓變送器。它能以統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行傳輸、顯示和2.容積式流量計(jì)

控制。常用的有電容式壓力變送器、電感式壓力變3.速度式流量計(jì)

送器、霍爾式壓力變送器等。4.質(zhì)量流量計(jì)

5.渦街流量計(jì)1)料面不規(guī)則，存在自然堆枳的角度。

2.5物位檢測(cè)有哪些方式？物位檢測(cè)時(shí)應(yīng)注2)物料排出后存在滯留區(qū)。

意哪些問題？常用的液位檢測(cè)儀表有哪些？3)物料間的空隙不穩(wěn)定，會(huì)影響對(duì)容器中實(shí)

(1)直讀式物位檢測(cè)儀表采用側(cè)壁開窗口際儲(chǔ)量的計(jì)量。

或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法(3)界位測(cè)量的特點(diǎn)

可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液位檢界位測(cè)量的特點(diǎn)則是在界面處可能存在渾濁

測(cè)和壓力較低的場(chǎng)合。段。

(2)靜壓式物化檢測(cè)儀表基于流體靜力學(xué)1、電磁法測(cè)量液位

原理，適用丁?液位檢測(cè)。容器內(nèi)的液面高度與液柱2、利用液位引起的壓力進(jìn)行檢測(cè)

重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)密度3、利用液體的浮力進(jìn)行檢測(cè)

不變時(shí)，通過測(cè)量參考點(diǎn)的壓力可測(cè)知液位。這類2.6有哪些常見的機(jī)械量參數(shù)及其檢測(cè)儀表？

儀表有壓力式、吹氣式等型式。試設(shè)計(jì)差動(dòng)式變面積型電容傳感器(角位移式和直

(3)浮力式物位檢測(cè)儀表其工作原理基于線位移式)，并畫出其結(jié)構(gòu)示意圖。

阿基米德定律，適用于液位檢測(cè)。漂浮于液面上的機(jī)械量的測(cè)量范圍包括：尺寸(長、寬、高)、

浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力位移(直線位移、角位移)、速度(直線速度、角速

會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而可以檢測(cè)液位。這類儀表度、轉(zhuǎn)速)、力學(xué)量(力、力矩、加速度、振動(dòng))等。

有各種浮子式液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)等。位移的檢測(cè)

(4)機(jī)械接觸式物位檢測(cè)儀表通過測(cè)量物(1)直接用非電檢測(cè)

位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。(2)將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電量

這類儀表有重錘式、旋翼式等。(3)將位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量

(5)電氣式物位檢測(cè)儀表將電氣式物位敏常見力的檢測(cè)方法

感元件置于被測(cè)介質(zhì)中，當(dāng)物位變化時(shí)其電氣參數(shù)(1)平衡型測(cè)力法

如電阻、電容等也將改變，通過檢測(cè)這些電量的變(2)利用彈性體變形測(cè)力法

化可知物位。質(zhì)量和重量的檢測(cè)方法

(6)其他物位檢測(cè)方法如聲學(xué)式、射線式、目前，在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的質(zhì)量測(cè)量

光纖式儀表等。儀表是各種電子秤

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，被測(cè)對(duì)象很少有靜止不動(dòng)速度的檢測(cè)

的情況，因此會(huì)影響物位測(cè)量的準(zhǔn)確性。各種影響(1)線速度的檢測(cè)

物位測(cè)量的因素對(duì)于不同介質(zhì)各有不同，這些影響1)接觸輻法

因素衣現(xiàn)在如下方面。2)光束切斷法

(1)液位測(cè)量的特點(diǎn)(2)角速度的測(cè)量

1)穩(wěn)定的液面是一個(gè)規(guī)則的表面，但是當(dāng)物1)采用相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)速變?yōu)槲灰?/p>

料有流進(jìn)流出時(shí)，會(huì)有波浪使液面波動(dòng)。在生產(chǎn)過

程中還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象，使液面變得

模糊。

2)大型容器中常會(huì)有各處液體的溫度、密度

和粘度等物理量不均勻的現(xiàn)象。

3)容器中的液體呈高溫、高壓或高黏度，或

含有大量雜質(zhì)、懸浮物等。

(2)料位測(cè)量的特點(diǎn)

擇性吸收的特性來進(jìn)行分析的。

色譜分析儀器是一種高效、快速、靈

敏的物理式分析儀表。它包括分離和分析

兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。在測(cè)試時(shí)，使被分析的試

樣通過色譜柱，由色譜柱將混合試樣中的

各個(gè)組分分離，再由檢測(cè)器對(duì)分離后的各

組分進(jìn)行檢測(cè)，以確定各組分的成分和含

量。這種儀表可以一次完成對(duì)混合試樣中

圖變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)

(a)直線位移式(b)角位移式幾十種組分的定性或定量的分析，在工業(yè)

流程中使用的?般多為氣相色譜儀。

干濕球濕度計(jì)

2)采用電磁原理的方法把轉(zhuǎn)速變?yōu)榻俏灰?/p>

干濕球濕度計(jì)的使用十分廣泛，常用于測(cè)量空

3)把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)

氣的相對(duì)濕度。這種濕度計(jì)由兩支溫度計(jì)組成，一

4)頻閃法

只溫度計(jì)用來直接測(cè)量空氣的溫度，稱為干球溫度

5)把轉(zhuǎn)速變換成脈沖數(shù)字信號(hào)

計(jì)，另一只溫度計(jì)在感溫部位包有被水浸濕的棉紗

振動(dòng)的檢測(cè)

吸水套，并經(jīng)常保持濕潤，稱為濕球溫度計(jì)。當(dāng)棉

按靜止基準(zhǔn)設(shè)置，有相對(duì)法和絕對(duì)法

套上的水分蒸發(fā)時(shí)，會(huì)吸收濕球溫度計(jì)感溫部位的

物體幾何尺寸的檢測(cè)

熱量，使?jié)袂驕囟扔?jì)的溫度卜.降。水的蒸發(fā)速度與

1.長度的檢測(cè)

空氣的濕度有關(guān)，相對(duì)濕度越高，蒸發(fā)越慢；反之，

(1)利用位移傳感器檢測(cè)

相對(duì)濕度越低，蒸發(fā)越快。所以，在一定的環(huán)境溫

(2)利用速度或轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)

度下，干球溫度計(jì)和濕球溫度計(jì)之間的溫度差與空

(3)利用波的反射檢測(cè)

氣濕度有關(guān)。當(dāng)空氣靜止的或具有一定流速時(shí)，這

厚度的檢測(cè)

種關(guān)系是單值的。測(cè)得干球溫度和濕球溫度后，就

(1)利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)

可計(jì)算求出相對(duì)濕度。

(2)利用射線檢測(cè)

粘度檢測(cè)的方法主要有：

(3)利用紅外線檢測(cè)

(1)轉(zhuǎn)筒法

直徑的檢測(cè)

轉(zhuǎn)筒法測(cè)量粘度采用庫埃特原理，把被測(cè)量的

常用的方法是用光電式檢測(cè)系統(tǒng)

液體注滿兩個(gè)同心圓筒之間的環(huán)形空間，“個(gè)圓筒

2.7物質(zhì)成分分析的主要方法有哪些？常用

是固定的，另?個(gè)圓筒繞它的垂直軸線作均勻的旋

的成分分析儀表及其原理？

轉(zhuǎn)。以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的圓筒所需要的轉(zhuǎn)矩就可作

成分分析的方法有兩種類型，一種是定期取

為被測(cè)液體粘度的量度。

樣，通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室分析方法：另一種是

(2)毛細(xì)管法

利用可以連續(xù)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)

毛細(xì)管法又稱為泊肅葉法，它用于測(cè)定牛頓液

分析儀表。成分分析所用的儀器和儀表基于多種測(cè)

體的粘度。這種方法的基本原理是，在管內(nèi)存在層

量原理，在進(jìn)行分析測(cè)量時(shí)，需要根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的

流時(shí)，被測(cè)液體在恒定流量和溫度的條件下，經(jīng)過

物理或化學(xué)性質(zhì)，來選擇適當(dāng)?shù)氖侄魏蛢x表。

毛細(xì)管會(huì)產(chǎn)生壓力降，這個(gè)壓力降的大小就代表了

熱導(dǎo)式氣體分析儀，通過檢測(cè)混合氣體導(dǎo)熱系

被測(cè)液體的粘度值。

數(shù)變化得知待測(cè)組分含量的。

(3)超聲波法

紅外線氣體分析器屬于光學(xué)分析儀表中的一

超聲波法測(cè)量液體的粘度主要由粘度傳感探

種。它是利用不同氣體對(duì)不同波長的紅外線具有選

頭和信號(hào)處理器組成。由信號(hào)處理器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈

沖輸出到圍繞在傳感元件的線圈上，形成脈沖磁（2）采用電流信號(hào)傳輸，電流源作為發(fā)送電

場(chǎng)，它激勵(lì)探頭產(chǎn)生自然振動(dòng)，探頭會(huì)對(duì)被測(cè)液體路，它提供的電流信號(hào)始終是所希望的電流而與電

產(chǎn)生一剪切動(dòng)作，它會(huì)受到液體粘滯阻力的作用。纜的電阻以及接觸電阻無關(guān)，也就是說，電流信號(hào)

于是對(duì)探頭的強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，不同粘度的的傳輸是不受硬件設(shè)備配置的影響的。同電壓信號(hào)

液體會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼作用。從而得到粘度值。傳輸?shù)姆椒ㄕ喾?，由于接收電路低的輸入阻抗?/p>

對(duì)地懸浮的電流源（電流源的實(shí)際輸出阻抗與接收

3.1測(cè)量放大器的基本要求有哪些？電路的輸入阻抗形成并聯(lián)回路）使得電磁干擾對(duì)電

答：一般來說，對(duì)放大器的基本要求是：增益流信號(hào)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生大的影響。如果考慮到有電

高且穩(wěn)定，共模抑制比高，失調(diào)與漂移小，頻帶寬，磁干擾比如電焊設(shè)備和其他信號(hào)發(fā)射設(shè)備，傳輸距

線性度好，轉(zhuǎn)換速率高，阻抗匹配好，功耗低，抗離乂必須很長，那么電流信號(hào)傳輸?shù)姆椒ㄊ呛线m

干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高等。的。

3.2程控增益放大器的量程可由軟件自動(dòng)切（3）采用頻率信號(hào)傳輸，可將電壓信號(hào)變換

換，其工作原理是什么？為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送，可以很好地提高其抗干擾能

答：可編程增益放大電路的增益通過數(shù)字邏輯力。V/F轉(zhuǎn)換電路將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的

電路由給定的程序來控制。其內(nèi)部有多對(duì)增益選擇頻率信號(hào)，輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的電壓成比

開關(guān),任何時(shí)刻總有一對(duì)開關(guān)閉合。通過程序改變例。頻率信號(hào)傳輸廣泛應(yīng)用了數(shù)據(jù)測(cè)量儀器及遙測(cè)

輸入的數(shù)字量，從而改變閉合的開關(guān)以選擇不同的遙控設(shè)備中。

反饋電阻，最終達(dá)到改變放大電路增益的目的。3.5在濾波電路中為什么普遍采用RC有源濾

3.3傳感器輸入與輸出之間的耦合方式有哪波器？

些？各有什么特點(diǎn)？答：RC有源濾波器是目前普遍采用的一種濾波

答：輸入與輸出之間的隔離方式主要有：變壓器，在RC無源濾波器的基礎(chǔ)上引入晶體管、運(yùn)算

器耦合（亦稱電磁耦合）、光電耦合等。變壓器耦放大器等具有能量放大作用的有源器件，補(bǔ)償電阻

合的線性度高、隔離性好、共模抑制能力強(qiáng)，但其R上損失的能量，具有良好的選頻特性。

工作頻帶窄、體積大、成本高，應(yīng)用起來不方便。3.6非線性硬件校正方法有哪幾種？各自的

光電耦合的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕、工作原理是什么？

轉(zhuǎn)換速度快、工作頻帶寬，但其線性度不如變壓器答：硬件校正的方法有很多，歸納起來有3大

耦合。光電耦合目前主要用于開關(guān)量控制電路。類。第一種方法是插入非線性器件，即在非線性器

3.4信號(hào)傳輸過程中采用電壓、電流和頻率方件之后另外插入一個(gè)非線性器件（亦稱為線性化器

式傳輸各有什么優(yōu)缺優(yōu)點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？或線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)）.使兩者的組合特性呈線性關(guān)系。

答（1）采用電壓信號(hào)傳輸，模擬電壓信號(hào)從第二種方法是采用非線性A/D轉(zhuǎn)換器。對(duì)于逐次比

發(fā)送點(diǎn)通過長的電纜傳輸?shù)浇邮拯c(diǎn)，那么信號(hào)可能較型，可以利用按非線性關(guān)系選取的解碼電阻網(wǎng)

很容易失真。原因是電壓信號(hào)經(jīng)過發(fā)送電路的輸出絡(luò)；對(duì)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，可以通過逐次改變積

阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓降損分電阻值或基準(zhǔn)電壓值來改變第二次反向積分時(shí)

失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置間，從而獲得非線性A/D轉(zhuǎn)換電路。第三方法是采

電流乘以上述各個(gè)電阻的和?如果信號(hào)接收電路的用標(biāo)度系數(shù)可變的乘法器。由于A/D轉(zhuǎn)換器和乘法

輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸器通常是多路測(cè)試系統(tǒng)中所有通道的共同通道，很

誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計(jì)。要求難做到使所有非線性傳感器都線性化，因此不常

不增加信號(hào)發(fā)送方的費(fèi)用又要所提及的電阻可忽用。

略，就要求信號(hào)接收電路有一個(gè)高的輸入阻抗。4.1簡述傳感器的組成及其各部分的功能？

通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其

中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心芤私痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性之分，對(duì)于

量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性袀鞲衅鳎Ｓ瞄L期穩(wěn)定性來描述其穩(wěn)定性，即傳感

受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信器在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍保持其性能的能力。

號(hào)部分。由于傳感器輸出信號(hào)?般都很微弱，需要閾值

有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等，閾值是指?jìng)鞲衅鳟a(chǎn)生可測(cè)輸出變化量時(shí)的最

此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有小被測(cè)輸入量值。

輔助的電源，因此信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的4.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用什么方法描述？

電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。隨著半導(dǎo)體器有哪些特點(diǎn)？

件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)傳感器的動(dòng)態(tài)特性，可以通過傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)

理轉(zhuǎn)換電路與敏感元件起集成在同?芯片上，安學(xué)模型及傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)來描述。

裝在傳感器的殼體里。動(dòng)態(tài)模型是指?jìng)鞲衅髟趧?dòng)態(tài)信號(hào)作用下，其輸

4.2傳感器靜態(tài)特性性能指標(biāo)及其各自的意出和輸入信號(hào)的一種數(shù)學(xué)關(guān)系。動(dòng)態(tài)模型通常采用

義是什么？微分方程和傳遞函數(shù)來描述。

傳感器的的，態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、用微分方程作為傳感器的數(shù)學(xué)模型，其優(yōu)點(diǎn)

重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移等,是：通過求解微分方程，容易分清暫態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)

其中，線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性是四個(gè)較為響應(yīng)，因?yàn)槠渫ń庵慌c傳感器本身的特性及起始條

重要的指標(biāo)。件有關(guān)，而特解則還與輸入量》有關(guān)。但是，求解

線性度微分方程很麻煩，為了求解方便，常采用傳遞函數(shù)

傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之來研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

間數(shù)量關(guān)系的線性程度。盡管大多數(shù)傳感器的動(dòng)態(tài)特性可近似用一階

靈敏度或二階系統(tǒng)來描述，但這僅僅是近似的描述而已，

靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其實(shí)際的傳感器往往比簡化的數(shù)學(xué)模型要復(fù)雜。因

定義是輸出量增量與與引起輸出量增量的相此，傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般并不是直接給出其

微分方程或傳遞函數(shù)，而是通過實(shí)驗(yàn)給出傳感器的

應(yīng)輸入量增量"之比。

動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。通過這些動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)來反映傳感

遲滯

器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量

4.4描述二階傳感器系統(tǒng)階躍響應(yīng)的主要指

由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線

標(biāo)及其定義？

不重合的現(xiàn)象稱為遲滯

1）時(shí)間常數(shù)r：一階傳感器輸出上升到穩(wěn)態(tài)

重復(fù)性

值的63.2%所需的時(shí)間,稱為時(shí)間常數(shù)。

重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅?/p>

量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度2）延遲時(shí)間〃：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%

分辨力所需的時(shí)間。

分辨力是用來表示傳感器或儀表裝置能夠檢

3）上升時(shí)間：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%

測(cè)被測(cè)量最小變化量的能力，通常以最小量程的單

所需的時(shí)間。

位值來表示。

漂移4）峰值時(shí)間二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)

傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。

感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移

5）超調(diào)量0：二階傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的

穩(wěn)定性

最大值。

6）衰減比d：衰減振蕩的二階傳感器輸出響映銜鐵的位移量大小，方向反映銜鐵的運(yùn)動(dòng)方向，

應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第二個(gè)峰值之比。其特性曲線為v形特性曲線。

5.1什么是自感傳感器？為什么螺管式自感5.4分析開關(guān)式全波相敏檢波電路的工作過

式傳感器比變氣隙式的測(cè)量范圍大？程，它是如何鑒別被測(cè)信號(hào)的極性？

答：自感式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈的自答：圖（a）為開關(guān)式全波相敏檢波電路，取

感力變化，通過一定的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出&=尺3=&=尺5=4=/2,A\為過零比較

的裝置。由于轉(zhuǎn)換原理的非線性和銜鐵正、反方向器，參考信號(hào)經(jīng)過Al后轉(zhuǎn)換為方波"，1為"

移動(dòng)時(shí)自感變化的不對(duì)稱性，變氣隙式自感傳感器

經(jīng)過反相器后的輸出。若%則“為低電平，

（包括差動(dòng)式結(jié)構(gòu)），只有工作在很小的區(qū)域，才能

得到定的線性度。5■為高電平，%截止，V?導(dǎo)通，運(yùn)算放大器A?

而差動(dòng)螺管式自感傳感器的自感變化量.與

的反相輸入端接地，傳感器信號(hào)町從的同相輸

銜鐵的位移量成正比，其靈敏度比單線圈螺管入端輸入，輸出電壓“。為

式提高一倍，線性范圍和量程較大。

+\+R。+韻的="2

5.2在使用自感式傳感器時(shí)，為什么電纜長度/\2+

和電源頻率不能隨便改變？

當(dāng)4r>°時(shí)，"2與"r同頻同相，"r>°,

答：等效電感變化量為

%>0,%>0。當(dāng)4<0時(shí)，"2與"r同頻反相，

A-L------------L—----A--L-------

c—（l-<y2LC）2-1-CD2LCL，"2若Z<0,則“為高電

上式表明自感式傳感器的等效電感變化量與

平，正為低電平，X導(dǎo)通，丫2截止，運(yùn)算放大器

傳感器的電感￡、寄生電容c及電源角頻率"有

A1的同相輸入端接地，傳感器輸出電壓與從A?

關(guān)。因此在使用自感式傳感器時(shí)，電纜長度和電源

頻率不能隨便改變，否則會(huì)帶來測(cè)量誤差。若要改的反相輸入端輸入，輸出電壓“。為

變電纜長度或電源頻率時(shí)，必須對(duì)傳感器重新標(biāo)%

定。

5.3什么是互感傳感器？為什么要采用差動(dòng)同理可得，當(dāng)小>。時(shí)，當(dāng)4<0時(shí)，

變壓器式結(jié)構(gòu)？

%<0。

互感式傳感器也稱為變壓器式傳感器，把被測(cè)

位移轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的互感變化。這種傳感器是由上述分析可知，相敏檢波電路的輸出電壓“。

根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)線圈繞組不僅反映了位移變化的大小，而且反映了位移變化

采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，故稱之為差動(dòng)變壓器式傳感器，

的方向。輸出電壓“。的波形如圖（b）所示。

簡稱差動(dòng)變壓器。

當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，由于兩個(gè)次級(jí)線圈完

全對(duì)稱，通過兩個(gè)次級(jí)線圈的磁力線相等，互感

感應(yīng)電勢(shì)621=g2,總輸出電壓為0。

當(dāng)銜鐵向左移動(dòng)時(shí)，總輸出電壓發(fā)-022>0。

當(dāng)鐵芯向右移動(dòng)時(shí)，總輸出電壓町=,21-022

兩種情況的輸出電壓大小相等、方向相反。大小反

1）從設(shè)計(jì)工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。首先，要

保證線圈和磁路的對(duì)稱性，要求提高銜鐵、骨架等

零件的加工精度，線圈繞制要嚴(yán)格一致。采用磁路

可調(diào)式結(jié)構(gòu)，保證磁路的對(duì)稱性。其次，鐵芯和銜

鐵材料要均勻，應(yīng)選高導(dǎo)磁率、低矯頑磁力、低剩

磁的導(dǎo)磁材料一。另外，減小激勵(lì)電壓的諧波成分或

利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽，也能有效地減小高次諧

波。

2）選用合適的信號(hào)調(diào)理電路。消除零點(diǎn)殘余

電壓的最有效的方法是在放大電路前加相敏檢波

電路。

IIIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIIIIIIIIIII

AlIIIIIIIIIIIIIIIIIII3）在線路補(bǔ)償方面主要有：加串聯(lián)電阻消除

//j^1IIIIIIIIIIIIIIIIIII

零點(diǎn)殘余電壓的基波分量；加并聯(lián)電阻、電容消除

t零點(diǎn)殘余電壓的高次諧波；加反饋支路消除基波正

交分量或高次諧波分量。

5.6為什么說渦流式傳感器也屬于電感傳感

器？

答：渦流式傳感器是基于電泄流效應(yīng)原理制成

的，即利用金屬導(dǎo)體中的渦流與激勵(lì)磁場(chǎng)之間進(jìn)行

能量轉(zhuǎn)換的原理工作的。被測(cè)對(duì)象以某種方式調(diào)制

磁場(chǎng)，從而改變激勵(lì)線圈的電感。因此，電渦流式

傳感器也是?種特別的電感傳感器。

（b）

5.7被測(cè)材料的磁導(dǎo)率不同，對(duì)渦流式傳感器

5.5零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？如何

檢測(cè)有哪種影響？試說明其理由。

消除？

答：線圈阻抗的變化與金屬導(dǎo)體的電阻率0、

答：零點(diǎn)殘余電壓由基波分量和高次諧波構(gòu)

磁導(dǎo)率“、幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流

成，其產(chǎn)生原因主要有以下兒個(gè)方面。

以及線圈到金屬導(dǎo)體之間的距離x等參數(shù)有關(guān)。假

1）基波分量主要是傳感器兩次級(jí)線圈的電氣

參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱，以及構(gòu)成電橋另外兩臂的設(shè)金屬導(dǎo)體是勻質(zhì)的，則金屬導(dǎo)體與線圈共同構(gòu)成

電器參數(shù)不一致，從而使兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)的一個(gè)系統(tǒng)，其物理性質(zhì)用磁導(dǎo)率〃、電阻率0、

幅值和相位不相等，即使調(diào)整銜鐵位置，也不能同尺寸因子「￡隅x、激勵(lì)電流強(qiáng)度I和角頻率。

時(shí)使幅值和相位都相等。等參數(shù)來描述，某些參數(shù)恒定不變，只改變其中的

2）高次諧波主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線一個(gè)參數(shù)，就構(gòu)成了阻抗的單值函數(shù)，由此就可以

性引起。當(dāng)磁路工作在磁化曲線的非線性段時(shí)，激通過阻抗的大小來測(cè)量被測(cè)參數(shù)。

勵(lì)電流與磁通的波形不致，導(dǎo)致了波形失真；同穿透深度h與線圈的激勵(lì)頻率/、金屬導(dǎo)體材

時(shí)，由于磁滯損耗和兩個(gè)線圈磁路的不對(duì)稱，產(chǎn)生

料的導(dǎo)電性質(zhì)有關(guān)，即

零位電壓的高次諧波。

3）激勵(lì)電壓中包含的高次諧波及外界電磁干

擾，也會(huì)產(chǎn)生高次諧波。

由式可以看出，當(dāng)激勵(lì)頻率,一定時(shí)，電阻率

可以從以下兒方面消除:

P越大，磁導(dǎo)率〃越小，穿透深度越大。答：當(dāng)沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)施加壓力或

5.8感應(yīng)同步器按其用途可分為哪兩類？各拉力而使其變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在某兩

用在何種場(chǎng)合？試舉例說明。個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又

答：感應(yīng)同步器按其用途可分為直線感應(yīng)同步重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)：當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電

器和圓感應(yīng)同步器兩大類，前者用于直線位移的測(cè)荷的極性也隨著改變；產(chǎn)生的電荷量與外力的大小

量，后者用于角位移的測(cè)量。成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的特

直線感應(yīng)同步器已經(jīng)廣泛用于大型精密坐標(biāo)點(diǎn)是具有可逆性。當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)

像床、坐標(biāo)銃床及其他數(shù)控機(jī)床的定位、數(shù)控和數(shù)時(shí)，電介質(zhì)本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變

顯；圓感應(yīng)同步器則常用丁一軍事上的,雷達(dá)天線定位形也隨著消失。

跟蹤等，同時(shí)在精密機(jī)床或測(cè)量儀器設(shè)備的分度裝石英晶體的壓電特性與其內(nèi)部分子的結(jié)構(gòu)有

置上也有較多應(yīng)用。關(guān)。其化學(xué)式為Si02。在一個(gè)晶體單元中有3個(gè)硅

5.9感應(yīng)同步器輸出的感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行如何處離子Si4+和6個(gè)氧離子02—，后者是成對(duì)的。所

理？簡述各處理方式的原理。