检测习题121

3第1章绪论习题1.1试用方框图描述检测系统的组成，并简述其工作的全过程。答：传感器将被测物理量(如噪声,温度等)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。1.2如何理解检测技术的发展方向？P41．3试说明二阶测试系统的阻尼度大多采用的原因。答：阻尼比在这个范围内可提高系统响应的快速性，以及工作的范围更大些。1．4测试系统实现不失真测试的条件是什么?答：不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致，只是幅值相对增大和时间相对延迟（幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性的关系）。只能努力使波形失真限制在一个允许的误差范围内，即做到工程意义上的不失真测量。1.5设一力传感器为二阶分系统。已知其固有频率为800Hz，阻尼比为140.，当测频率为400Hz变化的力参量时，其振幅比)(A和相位差)(各为多少?若使该装置的阻尼比70.，则)(A和)(又为多少?解：由测量频率为400Hz变化的力参量时:若装置的阻尼比为0.7，则:1.6试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测7.0~6.04量，测量何种物理量？（各≥3种）答：非接触式测量：a)热电式传感器：测量温度b)光纤传感器：测量光信号c)核辐射传感器：测量核辐射粒子接触式测量：a)应变片式电阻传感器：测量电阻值b)应变式扭矩传感器：测量扭矩1.7.某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为Mpa0nc90/.，将它与增益为)/(.nC005V0的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为V20mm/，试计算系统的总灵敏度。又当压力变化5MPa3.时，记录笔在记录纸上的偏移量多少？解：系统的总灵敏度为：90×0.005×20=9mm/Mpa偏移量为：9×3.5=31.5mm第2章测控电路习题2.1运放输出电压的饱和值为+10V。求uo1、uo2、uo解：uo1=4V；uo2=-10/5·（-1）=2V∞∞ui1uouo2uo15K5K∞ui210K5K5K4V-1V5KVuKKuKKKKKuooo2510555)5101(1252.2计算uo_++10k20k+5V5kui20kuo1uo_++20k20k10k)5(5.0)5(2010iio1uuu)5(5.02020io1ouuu第3章温度测量习题3.1某热电偶灵敏度为0.04mv/℃，把它放在温度为1200℃的环境，若以指示表处温度为50℃为冷端，是求热电势的大小？解：指示的热电势：（1200-50）×0.04=46mV;3.2将一支灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50℃。电压表上的读数为60mV,求热电偶热端温度？解：由EAB(T、T0)=EAB(T、Tn)+EAB(Tn、T0)得60/0.08+50=800℃3.3用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电势为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？镍铬-镍硅热电偶分度表测量端温度℃0123456789热电动势(mv)-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.163.5分析下图中应采用什么类型的热敏电阻Rt补偿三极管环境温度变化的影响.6答：（a）NTC(B)PTC(C)PTC3.6非接触测温方法的理论基础是什么？【答】辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度而变化的原理进行测温的，它是一种非接触式测温传感器，测温时只需把辐射式温度传感器对准被测物体，而不必与被测物体接触。辐射式温度传感器的工作原理是基于热辐射基本定律：普朗克定律、斯忒芬—玻尔兹曼定律和维恩定律。第4章其他非电量量测量习题4.1有一薄壁圆管式拉力传感器如题图4.1所示。已知其弹性元件材料的泊桑比为0.3，电阻应变片的灵敏系数为2，贴片位置如图。若受拉力P作用，问：1）欲测量P力的大小，应如何正确组成电桥？2）当供桥电压Ve2，50021时，输出电压是多少（10116）？(1.3mV)R2R1R3R4PPR1R2R3R4PM题图4.1题图4.24.2悬臂梁受力如题图4.2所示：轴向力P和弯矩M。问：1）欲测量弯矩M，应该如何布片、接桥？2）欲测量轴向力P，应该如何布片、接桥？4.3在一块压电晶体上测得其几何尺寸是长l为10mm，宽w为10mm，厚t为2mm。其中=4.06×1011F/m，33d=2.03pC/N。试求在wl面上施加一个力F为0.001N时，在压电晶体上测量电压输出应是多少？7解：其电压输出为：=0.1V4.4、有一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图所示。1R、3R、2R、4R贴在等截面轴上。已知等截面轴的截面积为20.00196m，弹性模量E为1122.010Nm，泊松比为0.30。1R、3R、2R、4R标称阻值均为120，灵敏度为2.0，他们组合桥如图b所示，桥路电压为2V，测得输出电压为2.6mV。求：1）等截面轴的纵向及横向应变。2）重物m有多少吨？4.5、下图所示为一直流电桥，供电电源电动势3EV，10043RR，1R和2R为相同型号的电阻应变片，其电阻均为100，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000，试求此时电桥输出端电压OU。4.6容式、电感式、电阻应变式传感器的测量电路有何异同？举例说明。解答：电容式传感器的测量电路测量吊车起吊重物重量的拉力传感器示意图1R2R3R4Rm1R2R3R4REoU)a)b1R0UE1R2RF2R3R4R8T谐振式调幅电路调幅电路电桥电路直放式调频电路外差式运算放大器电路二极管型网络差动脉宽调制电路极化电路等自感型变磁阻式电感传感器的测量电路：谐振式调幅电路惠斯登电桥调幅电路变压器电桥电桥电路紧耦合电感臂电桥带相敏检波的电桥等调频电路调相电路等电阻应变式传感器的测量电路：电桥电路（直流电桥和交流电桥）。相同点：都可使用电桥电路，都可输出调幅波。电容、电感式传感器都可使用调幅电路、调频电路等。不同点：电阻应变式传感器可以使用直流电桥电路，而电容式、电感式则不能。另外电容式、电感式传感器测量电路种类繁多。4.7试按接触式与非接触式区分传感器，列出它们的名称、变换原理，用在何处？解答：接触式：变阻器式、电阻应变式、电感式（涡流式除外）、电容式、磁电式、压电式、热电式、广线式、热敏电阻、气敏、湿敏等传感器。非接触式：涡电流式、光电式、热释电式、霍尔式、固态图像传感器等。可以实现非接触测量的是：电容式、光纤式等传感器。4.8试说明压电式加速度计、超声换能器的异同点。解答：相同点：都是利用材料的压电效应（正压电效应或逆压电效应）。不同点：压电式加速度计利用正压电效应，通过惯性质量快将振动加速度转换成力作用于压电元件，产生电荷。4.9有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，请举出两种以上方法，并阐明所用传感器的工作原理。解答：电涡流传感器，红外辐射温度测量，声发射传感器（压电式）等。4.10在轧钢过程中，需监测薄板的厚度，宜采用那种传感器？说明其原理。解答：差动变压器、电涡流式、光电式，射线式传感器等。原理见下例（高频反射法/低频透射法，自己按阐述题摘要回答！）9EG:利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f=1MHz，被测材料相对磁导率μr=1，电阻率ρ=2.9×10-6ΩCm，被测板材厚度为=（1+0.2）mm。试求：（1）计算采用高频反射法测量时，涡流透射深度h为多大？（2）能否采用低频透射法测板材厚度？若可以需采取什么措施？画出检测示意图。解:（1）、为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。S1和S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2Uo，数值不变。如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2Uo±ΔU。ΔU经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。计算高频反射法测板材厚度时，涡流穿透深度：mmfhr7.851057.81011014.3414.3109.256780可见穿透深度很浅。高频反射法测量原理图（2）、若采用低频透射法测板材厚度，必须使涡流穿透深度大于板材厚度。由于ρ、μ0、μr都是常数，所以必须降低激励电源频率，使之满足：/0/fhr由此解得穿透板材所需的最高频率为：KHzHzfr1.5101.5102.11014.3414.3109.2367820/当满足激励电源频率小于5.1KHz时，发射探头的信号才能透过板材，被接收探头接收。发射探头在交变电压e1的激励下，产生交变磁场，透过被测板材后达到接收探头，使之产生感应电动势e2，它是板材厚度的函数，只要两个探头之间的距离x一定，测量e2的值即10可测得板材厚度。低频透射法测量原理图4.11阻抗的测量方法有：电压电流法；电桥法；谐振法等4.12下图为采用某一种传感器测量不同的非电量的示意图。图中被测物体2均为金属材料制成，1为传感器。试问：（6分）（1）该种传感器是何种传感器？（2）图中分别测量的是哪些非电量？（3）总结该种传感器的两个优点。121221（a）（b）（c）答：（1）涡流传感器（2）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）计数（3）结构简单，使用方便，非接触测量等优点4.13在输油管道上，常装有监测装置用以监测管道的裂损或泄漏，并能确定损伤位置，如下图5-21所示。11图5－21确定输油管裂损位置相关分析x2(t)x1(t)传感器1中心线漏损处s=vτm/2sK0传感器2油管Rx1x2(τ)0τm答题说明：漏损处K，视为向两侧传播声响的声源，在两侧管道上分别放置传感器1和传感器2，因为放传感器的两点距漏损处不等远，则漏油的音响传至两传感器就有时差，在互相关图上m处)(21xxR有最大值，这个m就是时差。由m就可确定漏损处的位置：)(21max21mxxxxRR；ms21式中：s—两传感器的中点至漏损处的距离；—音响通过管道的传播速度。4.14下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
当P1P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。解：①U0=0②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0，输出负电压。124.15图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？②2、5脚是传感器哪个部分，有什