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1第一章检测技术的基础知识一、填空题1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的应用技术学科。2．一个完整的检测系统或检测装置通常由传感器、测量电路和输出单元及显示装置等部分组成。3．传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，其中敏感元件是必不可少的。4．在选用仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3的区域。5．准确度表征系统误差的大小程度，精密度表征随机误差的大小程度，而精确度则指准确度和精密度的综合结果。6．仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的，而精密度是由随机误差和系统误差中的附加误差决定的。7、若已知某直流电压的大致范围，选择测量仪表时，应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小于被测电压1.5倍的电压表。（因为U≥2/3Umax）8、有一温度计，它的量程范围为0～200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为1℃，当测量100℃时的示值相对误差为1%。9、传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它的作用是将非电量转换成与之具有一定关系的电量。10、传感器一般由敏感元件和转换元件两部分组成。11、某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mv，其灵敏度为60mv/mm。二、选择题1．在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠A。A．传感器B.测量电路C.输出单元2．构成一个传感受器必不可少的部分是B。A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．嵌入式微处理器3．有四台量程均为0-600℃的测量仪表。今要测一约为500℃的温度，要求相对误差≤2.5%，选用精度为D的最为合理。A．5.0级B．2.5级C．2.0级D．1.5级4．有四台量程不同，但精度等级均为1.0级的测温仪表。今欲测250℃的温度，选用量程为C的最为合理。A．0～1000℃B．300～500℃C．0～300℃D．0～500℃5．某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现缺少约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Ｂ。A．绝对误差B．示值相对误差C．满度相对误差D．精度等级6．在选购线性仪器时，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Ｃ左右为宜。A．3倍B．10倍C．1.5倍D．0.75倍7．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，发现示值不到2V，该误差属于D。用该表主流电压档测量5号电池电压，发现每次示值均为1.8V,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8．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Ｄ。A．提高精度B．加速其衰老C．测试其各项性能指标D．提高可靠性能三、计算题1．有一温度计，它的测量范围为0~200℃，精度为0.5级，求：1）该仪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。2．已知待测拉力约为70N左右。现有两只仪表，一只为0.5级,测量范围为0~500N；另一只为1.0级，测量范围为0~100N。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？2第二章电阻传感器一、填空题1．气泡式水平仪结构如下图所示，密封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。试填空。1）当被测平面全完水平时，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阻R1、R2的阻值相同。如果希望此时电桥的输出电压U0=0，则R1、R2、R3、R4应满足R1R3=R2R4的条件。如果实际使用中，发现仍有微小的输出电压，则应调节RP1，使U0趋向于零。2）当被测平面向左倾斜（左低右高）时，气泡漂向右边，R1变小，R2变大，电桥失去平衡，增大。3）Ui应采用交流电源（直流/交流），目的是防止产生极化电解。2．下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、截面积为A的管道中部，安装有一根加热到200℃左右的细铂丝R1(Rt1)。另一根相同长度的细铂丝（Rt2）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v＝0时，Rt1的温度与Rt2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，Rt1与Rt2同时感受到此波动，电桥仍然处于平衡状态，所以设置Rt2是为了起到温度补偿的作用。2)当气体介质流动时，将带走Rt1的热量，使Rt1的温度变低，电桥失去平衡，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称为调零电位器，RP2称为调满偏电位器。3)设管道的截面积A=0.01m2,气体流速v=2m/s，则通过该管道的气体的体积流量qV=Av=0.02m3/s。4)如果被测汽体含有水气，则测量得到的流量值将偏大（大/小），这是因为水汽的传热系数大，带走的热量多；如果Rt1、Rt2改用铜丝，会产生氧化问题。3．下图为自动吸排油烟机原理框图，请分析填空。1)图中气敏电阻是UL-281类型，被测汽体浓度越高，其电阻值就越小。2)气敏电阻必须使用加热电源的原因是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物，通常须将气敏电阻加热到200~300℃左右。因此使用电池为电源、作长期监测仪表使用时，电池的消耗较大(大/小)。3)当气温升高后，气敏电阻的灵敏度将降低(升高/降低)。所以必须设置温度补偿电路，使电路的输出不随气温的变化而变化。4)比较器的参考电压UR越小，检测装置的灵敏度就越高。若希望灵敏度不要太高，可将RP往右（左/右）3调节。5)该自动吸排油烟机使用无触点的晶闸管而不用继电器来控制排气扇的原因是防止电弧。6）由于即使在开启排气扇后器敏电阻的阻值也不能立即恢复正常，所以在声光报警电路，还应串接一只控制开关，以消除喇叭（喇叭/LED）继续烦人的报警。4．热敏电阻按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。5．对于电阻应变片，最好和最常用的温度补偿方法是电桥补偿法，其中尤其以双臂工作（或称半桥差动）电桥补偿法最常见。6．电阻应变片式压力传感器通常用测量电桥作为转换电路。7．最常见的电阻应变片的基准电阻值为120Ω。8．金属热电阻主要包括铂、铜和镍电阻等。半导体热敏电阻主要包括PTC、NTC二种类型。9、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择突变型热敏电阻。10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。11、金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。12、应变式传感器在外力作用下主要是电阻率发生变化，压阻式传感器在外力作用下主要是压阻系数发生变化，两者都引起电阻值发生变化。13、对于电阻应变片，最常见的温度补偿方法是双臂半桥和全桥补偿法。14、常用的电阻应变片分为两大类：金属应变片和半导体应变片。15、半导体应变片是利用半导体材料压阻效应制成的一种纯电阻性元件。二、选择题1．在下图中，热电阻测量转换电路调试过程的步骤是A。若发现毫伏表的满度值大，应将RP2往E调。A、先调节RP1，然后调节RP2B、先调节RP2，然后调节RP1C、同时调节RP1、RP2D、上E、下F、左G、右2．热电阻测量转换电路采用三线制是为了D。A．提高测量灵敏度B．减小非线性误差C．提高电磁兼容性D．减小引线电阻的影响3．电子秤中所使用的应变片应选择B应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择D。A．金属丝式B．金属箔式C．电阻应变仪D．固态压阻式传感器4．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C测量转换电路。A．单臂半桥B．双臂半桥C．四臂全桥5．在使用测谎仪时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用D传感器来检测。4A．应变片B．热敏电阻C．气敏电阻D．湿敏电阻6．MQN气敏电阻可测量C的TiO2气敏电阻可测量D的浓度。A．CO2B．N2C．气体打火机车间的有害气体D．锅炉烟道中剩余的氧气7、制作应变片敏感栅的材料中，用的最多的金属材料是B：A、铜；B、铂；C、康铜；D、镍铬合金。8、气敏传感器构成的换气扇自动控制电路。换气扇通电采用SCR器件进行控制。这是为了B:A、使系统响应快；B、避免产生电火花，提高安全性；C、降低成本；D、便于电路设计。9、气敏元件开机通电时的电阻很小，经过一定时间后，才能恢复到稳定状态；另一方面也需要加热器工作，以便烧掉油雾、尘埃。因此，气敏检测装置需开机预热C后，才可投入使用。A、几小时；B、几天；C、几分钟；D、几秒钟三、计算题1.有一金属热电阻，分度号为Pt100,与三固定电阻R2=R3=R4=100Ω组成平衡电桥，Ui=5V，求（1）该电阻的材料；（2）0℃的电阻值；（3）计算t=40℃时电桥的开路输出电压Uo.(由分度表可知，40℃时Pt100的阻值为119.54Ω)2、采用阻值为120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥以及全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。3、电阻应变片阻值为120，灵敏系数K＝2，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材的112210ENm，0.3。求钢柱受10t拉力作用时，应变片的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴、受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？四、分析题1、下图所示功率晶体管保护电路中，Rt使用的是PTC元件，试述其工作原理。1、工作原理：GTR为被保护的功率晶体管，RL为负载电阻，Rt为PTC元件，该元件随着温度升高电阻阻值增大。当GTR功率晶体管正常工作时，Rt阻值适当，给晶体管提供一定工作电流。当GTR功率晶体管随着功率增大而温度升高或出现负载短路而使GTR功率晶体管电流过载温度迅速上升时，Rt阻值增大，Rt与RC组成的分压电路使RC分压减小。当温度上升过高其RC分压不足以使GTR导通时，GTR关闭，保护了功率晶体管。2、下图所示为由热敏元件组成的一种新型热继电器，试分析如下几个问题：1）、该热敏元件应选用什么类型的热敏元件？2）、分析其工作原理，3）、BG的动作点应怎样调节？5第三章电感传感器一、填空题1、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感系数或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。2、自感式传感器主要有变面积式、变隙式和螺线管式三种类型。3．差动变压器能将被测位移转换成传感器线圈的互感变化量，其次级为差动结构。4．下图是差动变压器式振动幅度测试试传感器示意图。请分析其测量振幅的原理，并填空。当振动体因振动而向左位移时，由于衔铁惯性较大，所以留在原来的位置，基本不动，所以相对于差动变压器线圈而言，相当于向右移动。N1与N21之间互感量M1减小，所以21U变小。而N1与N22之间的互感量M2增大，所以22U变大。02122UUU，其绝对值与振动的幅值（幅值x/速度v/加速度α）成正比，而相位与Ui同相（同相/反相）。反之，当振动体向右位移时，衔铁向左位移，0U与iU反相。5．生产布料的车间用下图来检测和控制布料卷取过程中的松紧程度。请分析填空。当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大（增大/减小）。导致张力辊向上（上/下）位移。使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N21与N1之间的互感量M1增加（增加/减小），N22与N1的互感量M2减小。因此21U增大（增大/减小），22U减小，经差动检波之后的U0为负（负/正）值，去控制伺服电动机，使它的转速变慢（快/慢），从而使张力恒定。二、选择题1．希望线性范围为±1㎜，应选择线圈骨架长度为B左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。A．2㎜B．20㎜C．400㎜D．1㎜2．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