自考总复习-自动检测技术27984(内容)

昆山《自动检测与转换技术》题型：选择20个，填充15个，判断5个，简答30分，计算5题30分第一章检测技术的基本概念——1个计算题、1个简答题以及基本概念测量:借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过程。测量结果包含数值和单位。测量的方法①按手段分：直接测量、间接测量；②按是否随时间变化分：静态测量(缓慢变化)、动态测量(快速变化)；③按显示方式分模拟式测量、数字式测量偏位式测量——如：弹簧秤测量的具体手段零位式测量——如：天平、用平衡式电桥来测量电阻值微差式测量——如：核辐射钢板测厚仪偏位式测量：测量过程中，被测量直接作用于仪表内部比较装置，使该比较装置产生偏移量，直接以仪表的偏移量来表示被测量的测量方式。零位式测量：测量过程中，被测量与仪表内部的标准量相比较，当测量系统达到平衡时，以标准量的值决定被测量的值。微差式测量：预先使被测量与仪表内部的标准量达到平衡，当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡，用偏位式仪表指出其变化部分的值。偏位式测量易产生灵敏度漂移和零点漂移。示值的变化由二个因素组成：零漂和灵敏度漂移。测量误差（计算题一定有）(1)绝对误差△＝Ax－A0Ax为测量值A0为真值绝对误差是有单位的量(2)相对误差a、实际相对误差γA＝△/A0×100%b、示值相对误差γx＝△/Ax×100%c、满度相对误差γm＝△/Am×100%Am为量程Am＝Amax－Amin用于判断仪表准确度等级精确度s＝│△m/Am│×100绝对误差取最大值*我国模拟仪表有7种等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级，其他等级是没有的P9例1-1例1-2看懂*选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上，选仪表量程为实际值的1.5倍。粗大误差、系统误差（装置误差）和随机误差如发现示值忽大忽小，无预见性属于随机误差。静态误差和动态误差静态误差：在被测量不随时间变化时所产生的误差。动态误差：当被测量随时间迅速变化，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精度吻合，这种误差称为动态误差。（如：水银温度计测水温，由于滞后产生的误差）知识点5、误差的统计1211nnjjxxxxxnnjjVxx1210nnjjVVVVn算术平均值的方均根误差21(1)njjVnn式1-11方均根误差211njjVn二者之间关系：测量结果33xxxn测量结果的数据整理步骤：1．一系列读数列表2．计算测量列Xj的算术平均值3．在每个测量读数旁，相应的列出残差Vj4．检查残差求和是否为0，若不满足，计算有误，需要重新计算5．在每个残差旁列出它的平方值，然后求出均方根误差6．检查是否有大于3倍均方根误差的残差，若有，舍弃，从2开始重新计算7．确定不存在粗大误差后，计算算术平均值的均方根误差8．写出测量结果，并注明置信概率99.7％。测量系统静态误差的合成：1．绝对值合成法公式2．方均根合成法公式应该努力提高误差最大的某个环节的测量精度。传感器：一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。组成非电量→敏感元件非电量→传感元件电参量→测量转换电路电量→作用敏感元件：在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量传感元件：非电量通过传感元件被转换成电参量测量转换电路：将传感元件输出的电参量转换成更易于处理的电压、电流或频率参量(2)灵敏度及分辨力灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用K来表示。分辨力是指传感器能测出被测信号的最小变化量。两者的关系：灵敏度越高，其分辨力越好。分辨力值越小。传感器的基本特性：传感器的特性一般指输入、输出特性，它有静态、动态之分。当被测信息处于稳定状态时，若输入量是维持不变或缓慢变化时，则输入量与输出量是一一对应的静态特性关系，通常用灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性等指标来表示。传感器的动态特性是传感器的输入量随时间变化时输入和输出的关系，一般用微分方程来表示。灵敏度：线性传感器灵敏度为一常数。分辨力：模拟仪表分辨力是最小刻度值一半。数字仪表最后一位数值是它的分辨力，无特殊说明，也可认为分辨力等于最大误差。线性度：（非线性误差）迟滞：传感器正向特性和反向特性不一致程度。正向特性与反向特性不重合，且反向特性的终点与正向特性起点也不重合。可靠性：初期失效期故障率是最高的，老化试验可以降低故障率。第三章电阻式传感器——有一题计算题电位器：改变其滑动臂的位置，也就改变了电路的分压比。有直滑式和旋转式二种。可用于测量直线位移和角位移。属于接触式测量。为了减少流过电位器的电流，减少温漂，通常采用R大于1千欧。为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状。应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。电阻变化=电阻轴向应变–2×径向应变+电阻率变化轴向应变xFAExRKR径向应变yx6110mm注意计量单位若F为拉力，应变为正，若F为压力，应变为负。金属单丝灵敏度对于不同的金属材料，K0是不同的，一般为2左右。应变片的种类：金属应变片（金属丝式、箔式、薄膜式）和半导体应变片。半导体应变片优点：灵敏度高，横向效应小。缺点：灵敏度一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。使用时需要采用温度补偿和非线性补偿措施。常用方法有补偿块补偿法和桥路自补偿法。温度补偿原因：在实际应用中，除了应变能导致应变片电阻变化外，温度变化也会导致应变片电阻变化，它将给测量带来误差，因此有必要对桥路进行温度补偿。*“应变电桥”有3种较为典型的工作方式a、单臂半桥工作方式b、双臂半桥工作方式c、全桥工作方式全桥工作方式灵敏度最高热电阻传感器广泛用于测量-200~+960℃范围内的温度。分为金属热电阻（热电阻）和半导体热电阻（热敏电阻）二类。热电阻是利用一般金属电阻随温度升高而增加的这一特性来测量温度的。正温度系数：电阻值与温度变化趋势相同。金属热电阻无负温度系数。(1)作为测温用的热电阻材料，应具有哪些条件？（特点）希望具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。铜电阻范围－50℃～﹢150℃目前已逐渐被铂热电阻所取代（-200~+960℃）(2)国内统一设计的工业用铂热电阻在0℃时阻值R0值有25Ω、100Ω，分度号Pt25、Pt100等，热电阻阻值Rt与温度t的关系Rt＝R0(1﹢At﹢Bt2﹢Ct3﹢Dt4)A、B、C、D为温度系数Rt与t之间是非线性关系。*每隔1℃测出铂热电阻和铜热电阻在规定的测温范围内Rt和t之间对应电阻值列表，此表为热电阻分度表。(3)为了减小和消除引线电阻的影响，热电阻通常采用三线制连接法（普通导线即可，而热电偶需用补偿导线）为了减小环境电、磁场的干扰，最好用三芯屏蔽线。屏蔽线的金属网接地。调试热电阻测量转换电路时，先调零（RP1）再调满度(RP2)，最后调中间。采用恒流源作为桥路电源能减小非线性误差。非线性补偿办法：1.在桥路电源回路中串联热敏电阻。2.用计算机进行非线性修正。3.采用专用的、与对应分度号借口的集成IC，可以很方便的将阻值变化，线性化的转换成输出电压或者输出电流。热敏电阻(1)热敏电阻是半导体测温元件(2)负温度系数热敏电阻NTC，即温度↑→电阻↓指数型突变型(临界温度型CTR)电子电路中抑制浪涌电流正温度系数热敏电阻PTC，即温度↑→电阻↑在电子电路中多起限流、保护作用。热敏电阻标定：先调零，再调满度，最后验证各点误差是否在允许范围内。(3)热敏电阻的应用a、热敏电阻测温b、热敏电阻用于温度补偿NTC指数型c、热敏电阻用于温度控制NTC突变型d、热敏电阻用于空气绝对湿度的测量e、热敏电阻用于液面的测量NTC指数型湿敏电阻还原性气体传感器：MQN型气敏电阻多数属于可燃性气体。气敏电阻加热到200~300摄氏度，其目的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（起清洁左右）二氧化钛氧浓度传感器TiO2属于N型半导体，其电阻值大小取决于周围氧气浓度，氧气浓电阻值增大。(1)绝对湿度：每1立方米大气所含水气的克数。相对湿度：大气的绝对湿度与当时气温下大气的饱和水汽密度之比称为相对湿度。陶瓷湿敏电阻应采用交流供电，若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。(2)露点使大气中原来所含有的未饱和水气变成饱和水气所必须降低达到的温度值。第四章电感式传感器电感式传感器：利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。优点：分辨力及测量精度高。缺点：响应较慢，不宜于快速动态测量，而且其分辨力与测量范围有关。范围大、分辨力低。分为自感式传感器和互感量式传感器（差动变压器式）。自感式传感器：变隙式电感传感器；变截面式电感传感器；螺线管式电感传感器；差动电感传感器变隙式电感传感器：在线圈匝数确定了以后，若保持气隙截面积A为常数，则电感L是气隙厚度的函数，成反比。原始气隙大小影响灵敏度，原始气隙越小灵敏度越高。输入输出是非线性的关系，为了保持一定的线性度，只能用于微小位移的测量。变截面式电感传感器：直线位移和角位移，电感L与气隙截面积A成正比，输入输出呈线性关系，线性区较小，灵敏度低。螺线管式电感传感器：测量稍大一些的位移。衔铁在中间部分工作时才有希望获得较好的线性关系。差动电感传感器：既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。差动变压器式传感器的主要性能有灵敏度和线性范围。采用差动结构的好处：1.灵敏度是非差动式电感传感器灵敏度的2倍，线性也较好，输出曲线较陡，灵敏度较高。2.对外界影响、温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消。衔铁的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。电感式传感器测量转换电路一般采用电桥电路。有变压器电桥电路和相敏检波电路。零点残余电压：衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压。（只能减小不能消除）零点残余电压产生原因：1．差动电感二个线圈的电气参数、几何尺寸、磁路参数不完全对称。2．存在寄生参数。如线圈间的寄生电容等。3．电源电压含有高次谐波。4．励磁电流太大使磁路的磁化曲线存在非线性。减小零点残余电压的方法通常有哪些？(1)提高框架和线圈的对称性；(2)尽量采用正弦波作为激励源；(3)正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；(4)在线圈上并联阻容移相网络，补偿相位误差；(5)采用相敏检波电路。相敏检波电路：不但可以反映位移的大小，还可以反映位移的方向，并减小零点残余电压的影响。差动变压器一般线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。差动式变压器的灵敏度用单位位移输出的电压或电流表示，行程越小，灵敏度越高。主要影响因素有：激励源的电压和频率，差动变压器一二次线圈的匝数比，衔铁的直径与长度，材料质量，环境温度，负载电阻等。差动变压器为了获得高灵敏度，在不使一次线圈过热的情况下，适当提高励磁电压，但以不超过10V为宜，电源频率以1~10KHz为佳。新国标规定：电压输出为直流1～5V，电流输出为直流4～20mA(用4mA而不用0mA是因0mA无法判断出是故障状态还是工作状态)一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流，由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以一次仪表多采用电流输出型(4～20mA)标准化的传感器或仪表又称为变送器。不让信号占0~4mA的原因：一方面方便判断线路故障或者仪表故障，另一方面这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA,因此还能利用这一电流为一次仪表提供工作电流，使一次仪表称为2线制仪表。二线制仪表：仪表与外界联系只需要2根导线，一般一根为正24v电源线，另一个一方面作为电源负极引线一方面又作为信号传输线。在信号传输线末端通过一个标准负载电阻（取样电阻）接地，将电流信号转变为电压信号。I=A0