自动检测技术及其应用.docx

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自动检测技术及其应用

自动检测与转换技术

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

知识点1、测量的方法P5①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按显示方式分模拟测量、数字测量（07.04填）

偏位式测量——如：

弹簧秤

P6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均属零位式测量

微差式测量——如：

核辐射钢板测厚仪

知识点2、测量误差P8（计算题一定有）

（1）绝对误差△＝Ax－A0Ax为测量值A0为真值

（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

P8*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

又例：

有三台仪表，量程为0～600℃，精度等级2.5级、2.0级、1.5级（仅作例题，实际无2.0级仪表）现需测量500℃左右温度，要求其相对误差不超过2.5%，应选哪只仪表合理？

（07.04计）

解：

实际允许误差△＝500×2.5%＝12.5℃2.5级仪表最大误差△1＝600×2.5%＝15℃

2.0级仪表最大误差△2＝600×2.0%＝12℃1.5级仪表最大误差△3＝600×1.5%＝9℃选用2.0级仪表较为合理

又例：

有一仪表测量范围为0～500℃，重新校验时，发现其最大绝对误差为6℃，问这只仪表可定几级？

（07.04选）（07.04计）

解：

γm＝△/Am×100%＝6/500×100%＝1.2%该仪表应定为1.5级

*P9（选/判）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。

（07.04判）

知识点3、粗大误差、系统误差和随机误差（填充、判断）P10如发现示值忽大忽小，无预见性属于随机误差。

（07.04选）（07.04填）

知识点4、P10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

公式

P11式1-7

式1-8

算术平均值的方均根误差

式1-11方均根误差

误差

式1-13P13例1-3

知识点6、传感器

（1）组成P15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P15敏感元件：

在传感器中直接感受被测量元件，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（07.04简）

（2）灵敏度及分辨力P16

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。

课后习题：

1、单项选择题

1）电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于B测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于C测量。

P6、P54

A、偏位式B、零位式C、微差式

3）在选购线性仪表时，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。

P9

A、3倍B、10倍C、1.5倍D、0.75倍

4）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1.8V，该误差属于A。

P10（07.04选）A、系统误差B、粗大误差C、随机误差D、动态误差

4、欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：

若选用量程为250V电压表，其精度应选B级。

若选用量程为300V，其精度应选C级，若选用量程为500V的电压表，其精度应选C级。

A.0.25B.0.5C.0.2D.1.0

0.6%=

×100%△=1.44VS=

×100=

×100=0.576其精度应选0.5级

300V时300×S=1.44×100S=0.48精度应选0.2级;500V时500×S=1.44×100S=0.288精度应选0.2级

5、已知待测拉力约为70N左右。

现有两只测力仪表，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？

0-500N仪表△m1=0.5%×500=2.5Nrx1=2.5/70=3.57%;0-100N仪表△m2=1%×100=1Nrx2=1/70=1.43%

由于0-100N1级仪表的示值误差比0-500N0.5级仪表的示值误差小,所以选用0-100N1级仪表。

第三章电阻式传感器——有一题计算题

知识点1、电阻应变的计算P37-38（07.04计）

导体或半导体材料在外界的作用下，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。

P33（07.04填）

公式

（第2章）

P35式3-5

P37例题3-1注意计量单位

例题也可倒过来，已知

和

，求灵敏度K

*知道“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

其中：

全桥工作方式灵敏度最高

知识点2、热电阻传感器

（1）作为测温用的热电阻材料，应具有哪些条件？

（特点）

P48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

（2）P49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

*P49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）P50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）（07.04选）

为了减小环境电、磁场的干扰，最好用三芯屏蔽线。

知识点3、热敏电阻P52

（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T↑→R↓

热温度系数热敏电阻PTC，即T↑→R↑

（3）热敏电阻的应用P53（简答题）

a、热敏电阻测温

b、热敏电阻用于温度补偿

c、热敏电阻用于温度控制同时可写少许各种用处的工作原理

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

知识点4、湿敏电阻P58

（1）绝对湿度与相对湿度的概念

（2）露点的基本概念（07.04选）

课后习题：

1、单项选择题

2）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。

P38、39A、单臂半桥B、双臂半桥C、四臂全桥

4）热电阻测量转换电路采用三线制是为了D。

P50（07.04选）

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

7）湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了B。

P60（07.04选）A、提高灵敏度B、防止产生极化、电解作用C、减小交流电桥平衡难度

2、某电阻应变片阻值为120Ω，灵敏度k=2，沿轴向粘贴于直径为0.05mm的圆形钢柱表面，钢材的E=2×1011N/m2，μ=0.3。

钢柱承受的压向力为98×103N，求：

1）该钢柱的轴向应变εx和径向应变εy各为多少μm/m（微应变）?

2）应变片电阻的相对变化量△R/R。

3）应变片的电阻值变化了多少欧姆?

是增大还有减少?

4）又若应变片沿钢柱的圆周方向（径向）粘贴、受98×103N拉力作用时，应变片的电阻值变为多少欧姆?

1）

2）

（1m=10μm6）

3）

是减小4）R=120—0.06=119.94

第四章电感式传感器

知识点1、（简答题）什么是电感式传感器？

其优缺点是什么？

P66

电感式传感器是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。

知识点2、自感式传感器包括：

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（07.04填）

知识点3、（简答题）减小零点残余电压的方法通常有哪些？

P71（07.04简）

（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

知识点4、P75差动变压器一般线性范围约为线圈骨架长度的1/10左右。

（07.04选）

知识点5、P81新国标规定：

（07.04选）

电压输出为1～5V，电流输出为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（可不考虑压降），所以一次仪表多采用电流输出型（4～20mA）

课后习题：

1、单项选择题

1）欲测量极微小的位移，应选择A电感传感器。

希望线性好、灵敏度高、量程为1mm左右、分辨力为lμm左右，应选择B自感传感器。

P68A、变隙式B、变面积式C、螺线管式

2）希望线性范围为+1mm，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。

P75（07.04选）

A、2mmB、20mmC、400mmD、1mm

6）希望远距离传送信号，应选用具有D输出的标准变送器。

P81A、0～2VB、1～5VC、0～10mAD、4～20mA

第五章电涡流式传感器

知识点1、（简答题）什么是电涡流效应？

P86什么是集肤效应？

根据法拉弟电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中，导体表面就会有感应电流产生，这种电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。

而电涡流在金属纵深方向并不是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应。

*集肤效应与激励源频率f、工件的电导率σ、磁导率μ等有关。

*频率越高，电涡流渗透深度越浅，集肤效应越严重。

*选择题P86：

100KHz时的电阻值是直流时的1.5倍1MHz时的电阻值是直流时的4倍（07.04选）

电涡流式传感器的测量转换电路有：

调频法、调幅法和电桥法。

P89（07.04填）

知识点2、电涡流探头的结构P88

电涡流探头起核心是一个扁平的“蜂巢”线圈，线圈用多股绞扭漆包线绕制而成，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封。

知识点3、（选择或填充题）P93

电涡流测速

z为齿数f为频率计读数n单位为r/min（转/分）（07.04选）

知识点4、P96常用的接近开关分类

（1）自感式、差动变压器式。

它们只对导磁物体起作用。

（2）电涡流式（俗称电感接近开关）。

它只对导电良好的金属起作用。

（07.04选）

（3）电容式。

它对接地的金属或地电位的导电物体起作用，对非地电位的导电物体灵敏度稍差。

（4）磁性干簧开关（也叫干簧管）。

它只对磁性较强的物体起作用。

（5）霍尔式。

它只对磁性物体起作用。

课后习题

1、单项选择题

1）欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为D。

而用于测量小位移的螺线管式自感传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为B。

A、50～100kHzB、1～10kHzC、10～50kHzD、100kHz～2MHz

2）电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出C的靠近程度。

P86（07.04选）A、人体B、液体C、黑色金属零件D、塑料零件

3）测得电涡流线圈的直流电阻为50Ω，它在1MHz时的等效电阻（周围不存在导电物体）将上升到C左右。

P86（07.04选）

A、51ΩB、100ΩC、200ΩD、2kΩ

4）电涡流探头的外壳用B制作较为恰当。

P88A、不锈钢B、塑料C、黄铜D、玻璃

5）电涡流探头的激励频率从100kHz提高到900kHz时，电涡流的渗透深度将D。

P86

A、增加1倍B、增加2倍C、减少到原来的1/2D、减少到原来的1/3

6）当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感LC，调频转换电路的输出频率fB。

P90-91（07.04选）

A、不变B、增大C、减小

8）用图5-12b的方法测量齿数z=60的齿轮的转速，测得f=400Hz，则该齿轮的转速n=Ar/min。

P93（07.04选）

A、400B、3600C、24000D、60

第六章电容式传感器——重点，有计算题

知识点1、（简答题）电容式传感器的优点。

P103

（1）可获取较大的相对变化量；

（2）能在恶劣的环境条件下工作；（3）本身发热影响小，所需激励源功率小；（4）动态响应快，所以用于动态测量（07.04简）

知识点2、P103式6-1

A为有效面积d为两极板间距ε为两极板间介质的介电常数（07.04选）（07.04判）（07.04计）

（1）变面积式：

考试卷例题要看

（2）变极距式：

（6-8式P105）

（3）变介电常数式（07.04填）

例题：

有一变极距式电容式传感器，d0＝20mm，ε＝100μF/mm，极板长60×宽60×厚10，现极距减小一半（10mm），问△C、K？

解：

；

；

课后习题

1、单项选择题

3）在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中B。

P109

A、电容和电感均为变量B、电容是变量，电感保持不变C、电容保持常数，电感为变量D、电容和电感均保持不变

4）利用湿敏电容可以测量B。

P113A、空气的绝对湿度B、空气的相对湿度C、空气的温度D、纸张的含水量

7）自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是B。

A、瞬时流量，单位为t/hB、累积流量，单位为t或m2C、瞬时流量，单位为kg/sD、累积流量，单位为kg

8）在图6-25中，管道中的流体自左向右流动时，A。

P120A、p1>p2B、p1

第七章压电式传感器P124

知识点1、（简答题）什么是压电效应？

什么是逆压电效应？

P124某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到

不带电的状态，这种现象称为压电效应。

反之,在电介质极化方向上施加交变电场或电压,它会产生机械变形,当外加电场去掉后,电介质变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。

知识点2、P126（填充、选择）压电元件材料一般有三类一是压电晶体（单晶体）

（07.04填）二是经过极化处理的压电陶瓷（多晶体）

三是高分子压电材料

（1）石英晶体石英晶体的居里点是575℃（即温度达到575℃时，石英晶体失去了压电性质）

（2）压电陶瓷材料P126为了使压电陶瓷具有压电效应，必须对压电陶瓷在100-1700C温度下做极化处理。

钛酸钡（BaTiO3）（07.04选）

锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）工业中应用

铌镁酸铅压电陶瓷（PMN）居里点260℃，P＝70Mpa，可作为高压下的力传感器

（3）高分子压电材料P127

PVF2或PVDF→压电常数高

PVF

PVC*高分子压电材料的工作温度一般低于100℃温度升高↑→灵敏度降低↓

知识点3、P128使用电荷放大器时，如果振动或者动态力较弱，压电元件上产生的电荷量Q就小，这时就必须将电荷放大器面板上的反馈电容Cf选择旋钮往容量小的方向调节。

课后习题：

1、单项选择题

1）将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的D；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的C。

P124（07.04选）A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应

2）当石英晶体受压时，电荷产生在B。

P125

A、与光轴垂直的z面上B、与电轴垂直的x面上C、与机械轴垂直的y面上D、所有的面（x、y、z）上

4）使用电荷放大器测量极微弱振动时，面板上的反馈电容Cf开关应调节到C的位置。

P129A、O.01μFB、1nFC、100pFD、0.1Μf

1F=103mF=106μF=1O9nF=1012pF

第八章超声波传感器

知识点1、声波、超声波

（1）声波——20Hz～20KHz次声波——低于20Hz超声波——高于20KHzP142（07.04简）

（2）超声波的传播波型a、纵波b、横波c、表面波

知识点2、超声波的探伤P154A型超声探伤

A型二维坐标图可以分析缺陷深度、尺寸

探伤B型B超

C型医用CT

P154*A型超声探伤采用了超声脉冲反射法，根据波形不同，可分为a、纵波探伤b、横波探伤c、表面探伤（07.04判）（07.04简）

课后习题

1、单项选择题

3）超声波频率越高，A。

P144A、波长越短，指向角越小，方向性越好B、波长越长，指向角越大，方向性越好

C、波长越短，指向角越大，方向性越好D、波长越短，指向角越小，方向性越差

第九章霍尔传感器

知识点1、（简答题）什么是霍尔效应？

P159如果让一恒定电流通过一金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势，这一现象就是霍尔效应。

知识点2、霍尔元件的特性参数

（1）输入电阻Ri如果T↑→R↓→输出电流↑→霍尔电动势变化为减少这种变化，最好采用恒流源作为激励源。

（2）输出电阻Ro

（3）最大激励电流Im由于I↑→T↑→温漂↑→所以规定了其最大激励电流

（4）灵敏度KH

（5）最大磁感应强度B＞Bm时，非线性误差将增大

（6）不等位电势在额定激励电流下，B＝0，输出开路电压≠0，它是由于4个电极几何尺寸不对称引起的

*使用时多采用电桥法来补偿不等位电动势引起的误差

（7）霍尔电动势温度系数在一定的磁场强度和激励电流的作用下，温度每变化1℃时，霍尔电动势变化的百分数，它与霍尔元件的材料有关（07.04简）

知识点3、霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类，霍尔元件是4端元件。

课后习题

1、单项选择题

4）霍尔元件采用恒流源激励是为了B。

P161A、提高灵敏度B、克服温漂C、减小不等位电势

5）减小霍尔元件的输出不等位电动势的办法是C。

P161A、减小激励电流B、减小磁感应强度C、使用电桥凋零电位器

第十章热电偶传感器（它能将温度信号转换成电动势）

知识点1、（简答题）热电偶的主要优点。

P170

（1）它属于自发电型传感器，因此测量时可以不要外加电源，可直接驱动动圈式仪表。

（2）结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状限制，可按需要选择。

（3）测温范围广，高温电热偶高达1800℃以上，低温可达－260℃。

（4）测量精度较高，各温区中的误差均符合国际计量委员会的标准。

知识点2、温标的转换P171

（1）摄氏温标℃

（2）华氏温标Fθ/F＝（1.8t/℃﹢32）例t＝20℃θ＝（1.8×20﹢32）F＝68F

（3）热力学温标KT/K＝t/℃﹢273.15例t＝100℃T＝100﹢237.15＝337.15K

知识点3、何谓热电效应？

P172

两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势，这种物理现象称为热电效应。

一端——测量端（工作端、热端）另一端——参考端（自由端、冷端）

知识点4、结论P173

（1）如果热电偶两结点温度相同，则回路总的电动势必然等于0。

两结点温差越大，热电动势越大。

（07.04选）（07.04判）

（2）如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同（T≠T0），但总输出热电动势仍为0，因此必需由两种不同材料才能构成热电偶

（3）热电动势的大小只与材料和结点温度有关。

知识点5、与热电偶有关的几个定律P174

（1）中间导体定律：

利用热电偶来实际测温时，连接导线、显示仪表和接插件等均可看成中间导体，只要保证这些中间导体两端温度各自相同，则对热电偶的热电动势没有影响

（2）中间温度定律：

EAB（T，Tn）﹢EAB（Tn，T0）＝EAB（T，T0）看P181例10-11来分析理解

（3）参考电极定律：

EAB（t，t0）＝EAC（t，t0）－EBC（t，t0）参考电极C点（07.04计）

知识点6、热电偶的种类及结构☆P1768种热电偶，分度号，测量范围、名称表10-2要记熟（07.04选）（07.04填）

知识点7、补偿导线P179

P179

（1）工业中一般是采用补偿导线来延长热电偶的冷端，使之远离高温区

（2）使用补偿导线的好处a、它将自由端从温度波动区Tn延长到温度相对稳定区T0，使仪表示值稳定

b、购买补偿导线比使用相同长度的热电极（A、B）便宜了许多

c、补偿导线多是用铜及铜的合金组成，必须保证nA’/nB’＝nA/nB

d、由于补偿导线常用塑料作绝缘层，且为多股导线，所以易于弯曲，便于敷设

（3）使用补偿导线需注意a、两极补偿导线与热电偶的两个热电极的接点必须具有相同温度

b、各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用

c、必须在规定温度范围内使用d、极性勿接反P180表10-4补偿导线

知识点8、热电偶的冷端温度补偿及技术处理P181

（1）冷端恒温法

（2）计算修正法（P181例10-11）（3）仪表机械零点调整法

（4）电桥补偿法（5）利用半导体集成温度传感器测量冷端温度的方法

课后习题

1、单项选择题

2）正常人的体温为37℃，则此时的华氏温度约为C，热力学温度约为C。

A、32F，100KB、99F，236KC、99F，310KD、37F，310K

3）C的数值越大，热电偶的输出热电动势就越大。

P173A、热端直径B、热端和冷端的温度C、热端和冷端的温差D、热电极的电导率

6）镍铬—镍硅热电偶的分度号为D，铂铑13—铂热电偶的分度号是A，铂铑30—铂