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机电一体化技术（航空电气方向）专业《检测技术及仪表》形成性考核作业册姓名_________________学号_________________分校_____信息技术与机电工程系2013年9月第2页共24页《检测技术及仪表》形成性考试作业一成绩__________教师签名__________日期__________第1章绪论思考题与习题1-1.单项选择题1）用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量频率高达100kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于B。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1.7V，该误差属于A。A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差1-2.指出下列情况哪些属于随机误差，哪些属于系统误差，或两者皆有？1）电压表刻度不均匀；2）米尺因温度改变而伸缩；3）天平未调水平；4）游标卡尺零点不准；5）电子秤内部温度与环境不一致产生温漂；6）加热丝的电阻随温度变化对恒温器温度带来的误差；7）电压表视差；8）电桥检流计的零点漂移；9）欧姆表的接触电阻；10）电网电压的变化对恒温器加热功率带来的误差。答：1、系统；2、系统；3、系统；4、系统；5、系统+随机；6、系统；7、随机；8、系统；9、系统+随机；10、随机。1-3.某压力表准确度为2.5级，量程为0～1.5MPa，求：1）可能出现的最大满度相对误差γm。2）可能出现的最大绝对误差△m为多少千帕？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差γx。答：1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即γm=±2.5%2）△m=γmAm=±2.5%×1.5Mpa=±0.0375Mpa=±37.5kPa3）γx=△m×100%/Ax=±0.0375×100%/0.70=±5.36%1-4.现有准确度为0.5级的0～300℃的和准确度为1.0级的0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？答：经计算，用0.5级表以及1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差分别为±1.88%和±1.25%。计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差的绝对值反而小，所以更合适。1-5现对一个量程为60MPa，压力表进行校准，测得数据如下。仪表刻度值/MPa0102030405060标准仪表示值/MPa0.09.820.130.340.350.460.1绝对误差/MPa修正值/MPa试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该压力表的精度等级。第3页共24页解:数据如下。仪表刻度值/MPa0102030405060标准仪表示值/MPa0.09.820.130.340.450.260.1绝对误差/MPa00.2-0.1-0.3-0.4-0.2-0.1修正值/MPa0-0.20.10.30.40.20.11-6.最大绝对误差为0.4Mpa%670%1006040该压力表精度等级为1级被测对象温度为200℃左右，现有以下几种规格的温度计，试从提高测量精度的角度出发，应选哪一种温度计，为什么？A表量程0~300℃精度等级1.5级B表量程0~400℃精度等级1.5级C表量程0~500℃精度等级1.0级解：A表△A=300×±1.5%=±4.5℃△B=400×±1.5%=±6℃△C=500×±1.0%=±5℃《检测技术及仪表》形成性考试作业二成绩__________教师签名__________日期__________第2章电阻传感器2-1.希望用温度传感器控制养鸡场的室内温度，请你做一个方案，要求如下：1）上网查阅有关养鸡场的资料和鸡舍温度要求；2）写出你的设计方案和所实现的技术指标；3）画出养鸡场的加热、测温设备布置图；4）画出温度测控系统的原理框图；5）简要说明温度测控系统的工作过程。答：1、育雏期的人工保温：雏鸡的绒毛稀短，体温调节机能不健全，保温能力差，在低温环境中，容易受凉而引起拉稀或产生其它疾病，甚至被冻死，所以，雏鸡要给以人工保温。育雏期以后的温度控制：育雏期以后的雏鸡，体温调节机第4页共24页能已基本健全，一般不必继续保温。但是，适宜的舍内温度有利于健康和增重，提高饲料转化率，故这时仍需注意调节舍内温度，最适宜的温度是15—28℃。2、采用低成本器件实现较高精度的温度控制，具有一定的实用性，通过温度传感器将采集到的温度信号转化成与之对应的电信号（电压或电流），经过处理放大后通过A/D转换器进行A/D转换，将得到的数字信号输入到单片机中进行处理，并通过外围设备（屏幕）显示。处理过程即为判断室内温度，并控制加热系统（如进气口的开度、燃料的入量等），最终达到温度设定值。实现的技术指标：1.使鸡场内的温度始终保持在一个合适的范围内，根据不同的外界环境设定温差允许的精度，以便于满足肉鸡生存坏境的需要。2.温控器同时配制LED数码显示或液晶屏显示，实时显示室内的温度。3.温控器在检测到室内的温度超过上下限，并已经超出温控系统的调控范围时，能够通过声光报警提示人们注意并作出相应的调整以满足温度要求。3、4、温度测控系统的原理框图如下图所示：5、温度测控系统的工作过程：由温度传感器检测鸡舍环境温度，使之维持在一个相对恒定的范围之内（可设定），若温度低于设定值的最低值，则启动加热设备，使温度升高；若温度高于最高温度，则可开启通风设备，使温度降低；使之成为一个温度反馈系统，保持温度的恒定。《检测技术及仪表》形成性考试作业三成绩__________第5页共24页教师签名__________日期__________第3章电感传感器3-1.请上网查阅有关资料，并简要写出汽车车速里程表原理。车速表主要由永久磁铁、铝罩、护罩、刻度盘和表针等组成，永久磁铁与主动轴紧固在一起，主动轴由来自变速器输出轴的挠性软轴驱动，指针、铝罩固接在中心轴上，刻度盘固定在表外壳上。不工作时，铝罩在游丝的作用下，使指针位于“0”位。当汽车行驶时，软轴驱动主动轴带动“U”形永久磁铁旋转，在铝罩上感应出电涡流而产生磁场，这个磁场与永久磁铁的旋转磁场相互作用产生钮矩，使铝罩向永久磁铁旋转方向转过一定角度，直到由游丝的弹力所产生的反方向扭矩与之平衡。车速越高，产生的扭矩越大，指针在刻度盘上摆动的角度就越大，即指示的车速就越高。里程表主要由蜗轮蜗杆和数字轮组成，当汽车行驶时，主动轴经三对蜗轮蜗杆驱动数字轮上的最右侧的第一个数字轮（一般为1/10Km），任一个数字轮与左侧相邻的数字轮传动比都为10：1，这样显示的数字呈十进位递增，便自动累积了汽车总的行驶里程。3-2.某二线制电流输出型压力变送器的产品说明书注明其量程范围为0～200Pa，对应输出电流为4～20mA。求：当测得输出电流I=12mA时的被测压力p。答：因为该仪表说明书未说明线性度，所以可以认为输出电流与被测压力之间为线性关系，即I与p的数学关系为一次方程，所以有I=a0+a1p（式中a0、a1—待求常数）。当p=0时，a0=4mA；当p=200Pa时，I=20mA，代入上式得a1=0.08mA/Pa，所以该压力变送器的输入/输出方程为I=4mA+0.08(mA/Pa)p，将I=12mA代入上式得p=(I-a0)/a1=[(12-4)/0.08]Pa=100Pa《检测技术及仪表》形成性考试作业四成绩__________教师签名__________日期__________第4章电涡流传感器4-1.电焊条外面包有一层药皮。在焊接时，药皮熔化，覆盖在高温熔融焊料上面，起隔绝空气、防止氧化作用。如果药皮涂敷不均匀会影响焊接质量。图4-24是检测药皮厚度均匀度的示意图。请分析填空:1）因为电焊条药皮是__不导电_____(导电/不导电）材料，所以对电涡流探头不起作用。2）药皮越薄，电涡流探头与金属焊条的间距就越__小____，焊条表面的电涡流就越___大___，电涡流探头线圈的等效电感量L就越__小____，调频式转换电路输出频率f就越__大__。根据f的大小可以判断出药皮的厚度是否合格。第6页共24页4-2.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累计公里数训练仪的设计为例，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）等。当车速未达到设定值（vmin）时绿色LED闪亮，提示运动员加速；当累积公里数达到设定值（Lmax）时，红色LED闪亮、蜂鸣器响，提示运动员停下休息，计数器同时复位，为下一个行程做准备。具体要求如下：1）你所选择的测圈数的传感器是_电涡流转速传感器___；2）画出传感器及显示器在自行车上的安装简图（必须较形象的画出自行车及传感器，并标出传感器的安装位置）；3）画出测量转换电路原理框图（包括显示电路、电源等）；4）设自行车后轮直径为26in（1in=25.4mm），请写出公里数L与车轮直径D（m）及转动圈数N之间的计算公式：L=_NπD__m；写出车速v与每圈转动的距离及所花时间t1之间的关系：v=_0.06nπD__km/h；5）简要说明工作原理。答：工作原理：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=πD，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=NπD；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)=0.06nπD(km/h)。《检测技术及仪表》形成性考试作业五第7页共24页成绩__________教师签名__________日期__________第5章电容传感器5-1．单项选择题1）轿车的保护气囊可用__D____来控制。A.气敏传感器B.湿敏传感器C.差动变压器D.电容式加速度传感器5-2.某两线制4～20mA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1km，传输电阻为100Ω，试求：1）最大取样负载电阻RL可以达到多少欧？2）当取样电阻RL取250Ω时，取样的最大输出电压U0为多少伏？3）当取样电阻RL取250Ω时，传输线的电阻值最多为多少欧？4）当采取HART通信方式时，取样电阻RL不应低于多少欧？答：1、最大采样电阻对应最小电流最大工作电压即：24/0.004=6000Ω，所以最大负载电阻=6000-100=5900Ω。2、0.02*250V=5V3、12/0.02=600Ω,600-250=350Ω4、250Ω5-3.谈谈轿车防“侧向碰撞”的传感器选择和安装，并画出简图。答：侧向碰撞加速度传感器。当车辆侧向发生碰撞时，加速度传感器将碰撞信号传递给安全气囊系统，控制车内所有安全气囊起爆，同时将此信号传递到车身电脑系统和燃油控制单元，实现燃油切断功能。车身电脑系统接收到安全气囊起爆信号后，自动对车门解锁，保证驾乘者顺利脱离车舱。《检测技术及仪表》形成性考试作业六成绩__________教师签名__________第8页共24页日期__________第6章电阻传感器6-1.某压电元件用于测量振动，灵敏度d11=100×10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=1000pF，Rf=10MΩ，测得图6-4中A1的输出电压Uo=0.2V，求：1）压电元件的输出电荷量Q的有效值为多少库伦？2）被测振动力F的有效值为多少牛顿？3）电荷放大器的灵敏度KQ为多少mV/pC？4）该电荷放大器的下限截止频率为多少？答：1）Q=CfUo=（1000×10-12×0.2）C=200pC2）KQ=U/Q=200V/200×10-12C=1mV/pC3）F=Q/d11=200×10-12V/(100×10-12V/N)=2N4）fL=1/（2πRfCf）≈1/（2×3.14×10×106×1000×10-12s）=16Hz6-2．用图6-5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