检测技术与钻井仪表复习资料

“检测技术和钻井工程仪表”一、填空和选择题（每题5分）1.检测仪表的灵敏度指的是（）。a：max'yyyEiie，仪表实测曲线和基准直线间的最大偏差和仪表最大示值之比；b：xyk，在稳态工作条件下仪表的输出变化和输入变化的比值；c：%100minmaxxxgA，仪表的最大绝对误差和仪表量程之比的百分数。2.某工程检测系统由多个环节组成，各环节的静态灵敏度分别为s1,s2,s3。那么由它们串联组成的检测系统，其总的灵敏度S为（）。a：s1,s2,s3之和；b：s1,s2,s3之平方和；c：s1,s2,s3之积。3.图1是一张没有完成的从时间域向频率域转换的频域描述概念图，请在图中画出从频率领域观测到的x(t)各频率成分的幅频谱。4.被检测的信号可以分成两大类：________________和_________________，如果一个周期函数x(t)满足狄里赫利条件，则可展开表示成：______________________+1_______________________________________之和。5.一个周期信号可利用傅氏级数分解成无限个谐波分量，但在工程中只能取有限项来近似表示。工程上提出的“信号频带宽度”概念通常把频谱中幅值下降到（）程度的频率作为信号的频宽？a:最大幅值的1/20；b:最大幅值的1/10；c:最大幅值的1／5。6.检测装置的灵敏度越高就越小，越差。7.如果你研制或购买了一台2级精度的压力传感器，当需要进行标定时应选择下述那种压力表（）？a.2.5级压力表；b.1.5级压力表；c.2级压力表。8.在静态测量中，通常希望测量装置的静态特性为线性，线性的好坏用线性度来表示，它是（）。a.仪表的输出变化对输入变化的比值；b.标定曲线和直线的最大偏差B和测量装置满量程输出值A之比值的百分数；c.以其测量的示值相对误差表示。9.工程技术领域研究检测仪表的动态响应特性，通常采用的标准输入信号有、和信号。10.电阻应变片的输入为（）。a.力；b.应变；c.速度；d.加速度。11.不能用电涡流式传感器进行测量的是（）。a.位移；b.应变；c.探伤；d.非金属材料。12.金属应变片的横向效应将（）它的灵敏度。a.增加；b.不影响；c.减小。13.根据热电偶的测温原理，热电势主要取决于()。a.两个导体的接触电势；2b.同一导体的温差电势；c.每个导体的感应电势；d.两个导体之间的电容。14.用电容式传感器测量湿度时（例如，粮食中的含水量），被改变的参数是（）。a.介电常数ε；b.极板距离δ；c.极板相互遮盖面积S。15.半导体应变片和金属丝应变片相比，它的灵敏度系数（）。a.比金属丝应变片小；b.和金属丝应变差不多；c.比金属丝应变片大许多。16.借助测速度的方法来测量体积流量的传感器有（）。a.浮子流量计；b.多普勒超声流量计；c.涡轮流量计；d.差压流量计。17.列举可用于检测转速的传感器类型或方法（至少3种）：、、。18.自感式电感传感元件按结构类型可分为：、、三种类型。19.分析非周期信号的思路：非周期信号不能通过傅氏级数分解成许多正(余)弦谐波之和。但为了了解非周期信号的频域描述，可采用分析的思路，只是这种信号的周期。20.图2是一张未完成的互感式电感传感元件（差动变压器）工作原理图。为了使被测量没有变化时，感应电势输出e0为零，请在图b中填上两个次级线圈的接法。21.振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是（）。a.激励器；b.拾振器；c.永久磁铁；d.振弦。22.通常用差动变压器传感器来测量（）。a.位移;图23b.密度;c.振动;d.厚度.23.热电偶中热电势的大小仅和的性质、有关，而和热电极尺寸、形状及温度分布无关。24.热电偶可以测量（）。a.压力；b.流量；c.温度；d.热电势。25.为了使检测系统的负载效应减至最小，必须满足的条件是（）。a.输出环节的输出阻抗应愈大愈好；b.输出环节的输出阻抗应愈小愈好；c.对负载环节的输入阻抗不作要求；d.负载环节的输入阻抗必须越高越好。26.霍尔效应中，霍尔电势和（）。a.激磁电流成正比；b.激磁电流成反比；c.磁感应强度成正比；d.磁感应强度成反比。27.通常可用示功图法、和法的检测冲击功。28.电容式传感元件的输出和极板间介质的介电常数成（），和两平行极板间相互遮盖面积成()，和两平行极板之间的距离成()。a.正比；b.反比；c.无关。29.若热电偶的两个热电极材料相同，两接点的温度不同，则总热电势为；若两个热电极的材料不同，两接点的温度相等，则总热电势为。30.测量回转频数的电磁传感器如图3所示，其工作原理是（），它（）。a.齿轮转动时，引起磁阻变化；b.齿轮转动时，引起面积变化；c.工作时不需要外置电源；d.工作时需要外置电源。31.为了增大灵敏度，霍尔元件的基片厚度h（）越好。a.愈厚；b.愈薄。32.用单功率计测电机的功率时，功率计的两线圈必须分别输入（）。图34a.线电流和线电压；b.相电流和相电压；c.线电流和相电压；d.相电流和线电压。33.压磁型传感器完成非电量转换成电量的变换链是：F力→σ应力→→→→→E感应电势（或i电流）。34.钻进过程中金刚石钻头唇面的温度不便测量，但可通过测量（）参数来了解钻头的温升情况，预报孔内烧钻事故。a.钻压；b.转速；c.泵量；d.扭矩；e.泵压。35.重锤-磁针式测斜仪采用非电量电测法测量钻孔顶角和方位角，结构简单，使用方便。该仪器，把井下测得的角度信号转换成（）的变化，再经电缆传至地表读数。a.电容；b.电感；c.电阻；d.电涡流。36.重力加速度计用于测量钻井的（）；磁通门传感器用于测量钻井的（）。a.方位角；b.井斜角（顶角）；c.磁性工具面角。37.采用热电偶测量温度时，影响热电偶输出热电势的主要因素是（）。a.温差电势；b.接触电势。38.电阻应变片的灵敏度为（）。a.应变片电阻丝的电阻变化率和应变值之比；b.应变片电阻丝的电阻变化率和被测件的应变值之比；c.应变片输出电压和应变值之比。39.下列传感器中，（）是根据敏感元件材料本身的物理性质变化而工作的。a.差动变压器式；b.变间隙电容式；c.电阻应变式；d.压电式。40.靶式流量计属于（）传感器，其工作原理是（）。a.非接触式；b.接触式；c.通过测速度来测流量；5d.通过测面积变化来测流量；e.通过测流体阻力来测流量。二、概念解释题（每题15分）1.检测系统的各个组成部分通常以信息流的过程来划分，一般由信号采集、信号处理（变换）和结果表达（显示、记录）三部分组成（如图1所示）。举二个钻探（井）工程中的实际例子说明检测系统组成。参考答案：例一，（1）被测信号：钻压，物理量：油压；（2）传感器：电阻应变片；（3）中间变换：电桥将电阻变换为电压；（4）显示、记录：数字电压表等。例二，（1）被测信号：流量，物理量：流动速度；（2）传感器：涡轮流量计；（3）中间变换：涡轮将速度信号变换为脉冲频率；（4）显示、记录：频率计数装置。2.仪表使用一段时间后必须对其进行标定，请解释标定的内容和方法。参考答案：必须选择一精度更高的同类传感器对该仪表进行标定。标定时，让被测量按一定的间距取值，从精度更高的传感器读数并画出标定曲线（一般为直线），再和该仪表的实测曲线对比，可确定仪器的线性度。3.请解释传感器及仪表的回程误差（滞环）。参考答案：实际测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对应于同一个输入量往往有不同的输出量，即输出-输入特性曲线不重合的程度叫滞环，这种现象是由于仪表元件的能耗所致。4.请解释传感器及仪表的负载效应及其在工程检测使用中的注意事项。参考答案：任何检测仪表（装置或系统）总需要从被测对象中（或各环节间）吸取一些能量，这势必改变被测量的真实数值，从而引起测量误差，这种现象即称为装置或系统的“负载效应”。在工程检测使用中应注意输出环节的输出阻抗应愈小愈好；而负载环节的输入阻抗必须越高越好。5.有三个电压表，其精度和量程分别为1.5级100mv；1.0级200mv和0.5级1v，若用上述电表测量85mv的电压，可能产生的相对误差各是多少？根据这一结果说明选择仪表时量程和精度等级应如何考虑？参考答案：可能产生的相对误差分别是：100mv×1.5%=1.5mv，200mv×1.0%=2.0mv，1000mv×0.5%=5mv。说明选择仪表时，其量程和精度等级应综合考虑，既要选择精度等级较高的仪器，又应使被测值尽量接近仪表的满量程，这样测量结果越精确，即“2/3以上范围使用”原则。图l66.请举例解释随机误差、系统误差和疏失误差（粗差）的含义。参考答案：在同一条件下，多次测量同一被测量，会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。随机误差是由于某些无法严格控制的复杂因素造成的，例如，测量环境的无规律振动、电磁场干扰等。系统误差在测量过程中保持恒定或遵循一定规律变化。系统误差产生于测量仪表不准，或测量方法不正确，或介质温度、环境条件对测量仪器的影响等。系统误差可通过仪器校准、补偿等措施减小或消除。疏失误差是明显偏离真值的误差，这种误差的数值和符号没有任何规律。应将该数据从测量结果中剔除。7.某待测钻机的转速为1000r/min，现有1.0级精度，量程为1000r/min及2.0级精度，量程为3000r/min的两个转速表，请问使用哪一个转速表较好，并说明原因。参考答案：根据应接近仪表满量程和“2/3以上范围使用”原则，使用精度1.0量程1000r/min的转速表较好。因为它的最大绝对误差不超过10r/min，而使用精度2.0量程3000r/min转速表的最大绝对误差可能达60r/min。8.举例说明传感器的基本功能环节——敏感元件。参考答案：在工程检测中常用弹性元件作为检测力、力矩、压力等机械量的敏感元件。首先弹性元件在力、力矩、压力等作用下产生变形，再通过其上贴的应变片，或它连接的铁心、线圈把变形转为电阻、电感、电容的变化，最终输出和被测物理量成比例的电量信号。常用弹性敏感元件有：弹簧、弹性柱体、等强度悬臂梁、膜片、波纹管等。9.举例说明传感器的基本功能环节——传感元件。参考答案：例如，检测技术中用得最广泛的电阻应变式传感元件。电阻应变式传感元件能把弹性敏感元件的变化转换成电阻值的变化。当弹性敏感元件产生应变时，使应变片敏感栅电阻丝变形，电阻值随变形而改变，便可实现应变-电阻的转换，用来检测位移、力和温度等物理量。10.图2为柱式应变压力传感器，请指出其中的敏感元件是什么，传感元件是什么，它们分别在压力测量过程中起什么作用？参考答案：其中的敏感元件是弹性柱体3，传感元件是电阻应变片2。当Z方向作用有载荷时，弹性柱体3产生变形，其上的电阻应变片也随之伸长或缩短，从而引起和作用载荷成比例的电阻变化。再通过电桥可测出和电阻变化成比例的电压，从而确定Z方向的载荷大小。11.请解释等臂电桥的“和差特性”。参考答案：应变片在直流电桥中有三种基本线路：(a)单臂接法——桥路中一个桥臂为随被测对象变形的应变片，(b)半桥接法——两个桥臂为工作应变片，(c)全桥接法——四个桥臂为工作应变片。图27单臂接法0041KUUS半桥接法)(414100KUUS全桥接法)(41432100KUUS电桥的和差特性：若相邻桥臂的应变极性相同，电桥的输出电压和两应变之差有关；若相邻桥臂应变的极性相反，则输出电压和两应变之和有关。实测中常利用和差特性来增大电桥的输出电压。12.请解释应变片的温度补偿。参考答案：由于应变引起的电阻变化很小，温度的干扰将严重影响其测量准确性。温度补偿方法可消除这种干扰，使电桥输出仅和传感器的应变有关。常采用桥路补偿或应变片自补偿两种方法。可在电桥电源回路上另外串接一只温度敏感电阻，以便抵消由传感器温升所增加的虚假信号。应变片自补偿是指选用有温度自补偿功能的电阻应变式传感器。13.完善图3并解释霍尔效应。参考答案：霍尔效应是这样的一种