检测与技术转换答案董爱华版汇总文档格式.docx
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为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度（即具有较高准确度）的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。
2.2接触式测温和非接触式测温各有何特点，常用的测温方法有哪些?
接触式与非接触式测温特点比较
方式
接触式
非接触式
测量条件
感温元件要与被测对象良好接触；
感温元件的加入几乎不改变对象的温度；
被测温度不超过感温元件能承受的上限温度；
被测对象不对感温元件产生腐蚀
需准确知道被测对象表面发射率；
被测对象的辐射能充分照射到检测元件上
测量范围
特别适合1200℃以下，热容大，无腐蚀性对象的连续在线测温。
对高于1300℃以上的温度测量较困难
原理上测量范围可以从超低温到极
高温，但1000℃以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度
精度
工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级
通常为l.0、1.5、2.5级
响应速度
慢，通常为几十秒到几分钟
快，通常为2～3秒
其他特点
整个测温系统结构简单，体积小，可靠，维护方便，价格低廉；
仪表读数直接反映被测物体实际温度；
可方便地组成多路集中测量与控制系统
整个测温系统结构复杂，体积大，调整麻烦，价格昂贵；
仪表读数通常只反映被测物体表现温度（需进一步转换）；
不易组成测温、控温一体化的温度控制装置
接触式测温：
膨胀式温度计，压力式温度计，热电阻、热电偶测温，热敏电阻测温
非接触式测温：
辐射测温
2.3常用的压力计有哪些，其原理和特点各是什么？
1．弹性压力计
弹性压力计是基于各种形式的弹性元件，在被测介质的表压或真空度作用下产生的弹性变形与被测压力成一定函数关系的原理制成的。
它是工业生产和实验室中应用最广的一种压力计。
2．液柱式压力计
液柱式压力测量是以流体静力学理论为基础的压力测量方法。
根据流体静力学，一定高度的液柱对底面产生的静压力要与被测压力相平衡，这样液柱的高度实际上就反映了被测压力的大小。
以此原理构造的液柱式压力计测压元件主要由装有一定介质液体的玻璃管组成，这种压力计结构简单，使用方便，测量精度高，但测量结果只能就地读取，不能进行远传，而且测量的量程也受限于玻璃管的高度，因而应用受到一定的限制。
现在，液柱式压力计主要是在实验室或工程实验上使用。
3．压力变送器
一般用压力表传递压力信息的距离不能很远，要向远距离传输压力信息，往往是将弹性测压元件与电气传感器相结合构成压力变送器，工业上常称为差压变送器。
它能以统一信号进行传输、显示和控制。
常用的有电容式压力变送器、电感式压力变送器、霍尔式压力变送器等。
2.4流量检测方法有哪些？
有哪些常用的流量检测仪表？
（1）节流差压法
在管路内安装上节流元件，使流体在此处流动状态发生变化，造成节流元件的上、下游间产生压力差。
由于此压力差和流量间有一定函数关系，因此，检测此压差，即可变换出流量。
常用的节流元件有：
孔板、喷嘴等。
（2）容积法
按一定的容积空间输送流体，容积空间的运动次数（或运动速度）与流量成正比。
记录运动次数或速度，则可得出一段时间内的累积流量。
容积式流量计，有椭园齿轮式流量计、膜式煤气表及旋转叶轮式水表等。
（3）速度法
测出流体的流速，再乘以管道截面即可得出流量。
按对流速测量的办法不同，能构成多种多样的流量仪表和检测系统，如常用的有：
标志式、动压管式、热量式、磁电式、超声式等。
（4）流体阻力法
利用流体流动给设置在管道中的阻力体以作用力，作用力大小和流量大小有关。
如常用的靶式流量计，其阻力体是靶，由力平衡式传感器把靶的受力转换为电量。
（5）流体振动法
在管道的特定条件下，使流体流过后产生振动，如涡街流量计、卡门流量计等。
（6）质量流量检测
质量流量检测分为间接式和直接式两种。
间接式质量流量测量是在直接测出体积流量的同时，直接再测出被测介质的密度，或测出压力、温度等参数求出介质密度。
因此检测系统的构成将由测体积流量的流量计（如节流差压式、涡轮式等）和密度计或带有温度、压力等补偿环节来组成，其中还有相应的计算环节。
直接式质量流量测量是直接利用热、差压或动量来检测。
1.节流式差压流量计
2．容积式流量计
3．速度式流量计
4．质量流量计
5．涡街流量计
2.5物位检测有哪些方式？
物位检测时应注意哪些问题？
常用的液位检测仪表有哪些？
（1）直读式物位检测仪表
采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。
方法可靠、准确，但是只能就地指示。
主要用于液位检测和压力较低的场合。
（2）静压式物化检测仪表
基于流体静力学原理，适用于液位检测。
容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。
这类仪表有压力式、吹气式等型式。
（3）浮力式物位检测仪表
其工作原理基于阿基米德定律，适用于液位检测。
漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而可以检测液位。
这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。
（4）机械接触式物位检测仪表
通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。
这类仪表有重锤式、旋翼式等。
（5）电气式物位检测仪表
将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。
（6）其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式仪表等。
在实际生产过程中，被测对象很少有静止不动的情况，因此会影响物位测量的准确性。
各种影响物位测量的因素对于不同介质各有不同，这些影响因素表现在如下方面。
（1）液位测量的特点
1）稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波浪使液面波动。
在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。
2）大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度等物理量不均匀的现象。
3）容器中的液体呈高温、高压或高黏度，或含有大量杂质、悬浮物等。
（2）料位测量的特点
1）料面不规则，存在自然堆积的角度。
2）物料排出后存在滞留区。
3）物料间的空隙不稳定，会影响对容器中实际储量的计量。
（3）界位测量的特点
界位测量的特点则是在界面处可能存在浑浊段。
1、电磁法测量液位
2、利用液位引起的压力进行检测
3、利用液体的浮力进行检测
2.6有哪些常见的机械量参数及其检测仪表？
试设计差动式变面积型电容传感器（角位移式和直线位移式），并画出其结构示意图。
机械量的测量范围包括：
尺寸（长、宽、高）、位移（直线位移、角位移）、速度（直线速度、角速度、转速）、力学量（力、力矩、加速度、振动）等。
位移的检测
（1）直接用非电检测
（2）将位移量转换成模拟电量
（3）将位移量转换成数字量
常见力的检测方法
（1）平衡型测力法
（2）利用弹性体变形测力法
质量和重量的检测方法
目前，在工业生产过程中应用最多的质量测量仪表是各种电子秤
速度的检测
（1）线速度的检测
1）接触辊法
2）光束切断法
（2）角速度的测量
1）采用相应的机械结构把转速变为位移
（a）
（b）
图变面积式电容传感器结构
（a）直线位移式
（b）角位移式
2）采用电磁原理的方法把转速变为角位移
3）把转速转换为模拟电压信号
4）频闪法
5）把转速变换成脉冲数字信号
振动的检测
按静止基准设置，有相对法和绝对法
物体几何尺寸的检测
1．长度的检测
（1）利用位移传感器检测
（2）利用速度或转速传感器检测
（3）利用波的反射检测
厚度的检测
（1）利用超声波进行检测
（2）利用射线检测
（3）利用红外线检测
直径的检测
常用的方法是用光电式检测系统
2.7物质成分分析的主要方法有哪些？
常用的成分分析仪表及其原理？
成分分析的方法有两种类型，一种是定期取样，通过实验室测定的实验室分析方法；
另一种是利用可以连续测定被测物质的含量或性质的自动分析仪表。
成分分析所用的仪器和仪表基于多种测量原理，在进行分析测量时，需要根据被测物质的物理或化学性质，来选择适当的手段和仪表。
热导式气体分析仪，通过检测混合气体导热系数变化得知待测组分含量的。
红外线气体分析器属于光学分析仪表中的一种。
它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。
色谱分析仪器是一种高效、快速、灵敏的物理式分析仪表。
它包括分离和分析两个技术环节。
在测试时，使被分析的试样通过色谱柱，由色谱柱将混合试样中的各个组分分离，再由检测器对分离后的各组分进行检测，以确定各组分的成分和含量。
这种仪表可以一次完成对混合试样中几十种组分的定性或定量的分析，在工业流程中使用的一般多为气相色谱仪。
干湿球湿度计
干湿球湿度计的使用十分广泛，常用于测量空气的相对湿度。
这种湿度计由两支温度计组成，一只温度计用来直接测量空气的温度，称为干球温度计，另一只温度计在感温部位包有被水浸湿的棉纱吸水套，并经常保持湿润，称为湿球温度计。
当棉套上的水分蒸发时，会吸收湿球温度计感温部位的热量，使湿球温度计的温度下降。
水的蒸发速度与空气的湿度有关，相对湿度越高，蒸发越慢；
反之，相对湿度越低，蒸发越快。
所以，在一定的环境温度下，干球温度计和湿球温度计之间的温度差与空气湿度有关。
当空气静止的或具有一定流速时，这种关系是单值的。
测得干球温度和湿球温度后，就可计算求出相对湿度。
粘度检测的方法主要有：
（1）转筒法
转筒法测量粘度采用库埃特原理，把被测量的液体注满两个同心圆筒之间的环形空间，一个圆筒是固定的，另一个圆筒绕它的垂直轴线作均匀的旋转。
以恒定角速度旋转的圆筒所需要的转矩就可作为被测液体粘度的量度。
（2）毛细管法
毛细管法又称为泊肃叶法，它用于测定牛顿液体的粘度。
这种方法的基本原理是，在管内存在层流时，被测液体在恒定流量和温度的条件下，经过毛细管会产生压力降，这个压力降的大小就代表了被测液体的粘度值。
（3）超声波法
超声波法测量液体的粘度主要由粘度传感探头和信号处理器组成。
由信号处理器产生的驱动脉冲输出到围绕在传感元件的线圈上，形成脉冲磁场，它激励探头产生自然振动，探头会对被测液体产生一剪切动作，它会受到液体粘滞阻力的作用。
于是对探头的强迫振动产生阻尼效应，不同粘度的液体会产生不同的阻尼作用。
从而得到粘度值。
3.1测量放大器的基本要求有哪些？
答：
一般来说，对放大器的基本要求是：
增益高且稳定，共模抑制比高，失调与漂移小，频带宽，线性度好，转换速率高，阻抗匹配好，功耗低，抗干扰能力强，性价比高等。
3.2程控增益放大器的量程可由软件自动切换，其工作原理是什么？
可编程增益放大电路的增益通过数字逻辑电路由给定的程序来控制。
其内部有多对增益选择开关,任何时刻总有一对开关闭合。
通过程序改变输入的数字量，从而改变闭合的开关以选择不同的反馈电阻，最终达到改变放大电路增益的目的。
3.3传感器输入与输出之间的耦合方式有哪些？
各有什么特点？
输入与输出之间的隔离方式主要有：
变压器耦合（亦称电磁耦合）、光电耦合等。
变压器耦合的线性度高、隔离性好、共模抑制能力强，但其工作频带窄、体积大、成本高，应用起来不方便。
光电耦合的突出优点是结构简单、成本低、重量轻、转换速度快、工作频带宽，但其线性度不如变压器耦合。
光电耦合目前主要用于开关量控制电路。
3.4信号传输过程中采用电压、电流和频率方式传输各有什么优缺优点？
各适用于什么场合？
（1）采用电压信号传输，模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。
原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。
由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。
如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。
要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。
（2）采用电流信号传输，电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接触电阻无关，也就是说，电流信号的传输是不受硬件设备配置的影响的。
同电压信号传输的方法正相反，由于接收电路低的输入阻抗和对地悬浮的电流源（电流源的实际输出阻抗与接收电路的输入阻抗形成并联回路）使得电磁干扰对电流信号的传输不会产生大的影响。
如果考虑到有电磁干扰比如电焊设备和其他信号发射设备，传输距离又必须很长，那么电流信号传输的方法是合适的。
（3）采用频率信号传输，可将电压信号变换为数字信号进行传送，可以很好地提高其抗干扰能力。
V/F转换电路将输入的电压信号转换成相应的频率信号，输出信号的频率与输入信号的电压成比例。
频率信号传输广泛应用于数据测量仪器及遥测遥控设备中。
3.5在滤波电路中为什么普遍采用RC有源滤波器？
RC有源滤波器是目前普遍采用的一种滤波器，在RC无源滤波器的基础上引入晶体管、运算放大器等具有能量放大作用的有源器件，补偿电阻R上损失的能量，具有良好的选频特性。
3.6非线性硬件校正方法有哪几种？
各自的工作原理是什么？
硬件校正的方法有很多，归纳起来有3大类。
第一种方法是插入非线性器件，即在非线性器件之后另外插入一个非线性器件（亦称为线性化器或线性补偿环节），使两者的组合特性呈线性关系。
第二种方法是采用非线性A/D转换器。
对于逐次比较型，可以利用按非线性关系选取的解码电阻网络；
对双积分型A/D转换器，可以通过逐次改变积分电阻值或基准电压值来改变第二次反向积分时间，从而获得非线性A/D转换电路。
第三方法是采用标度系数可变的乘法器。
由于A/D转换器和乘法器通常是多路测试系统中所有通道的共同通道，很难做到使所有非线性传感器都线性化，因此不常用。
4.1简述传感器的组成及其各部分的功能？
通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。
4.2传感器静态特性性能指标及其各自的意义是什么？
传感器的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移等，其中，线性度、灵敏度、迟滞和重复性是四个较为重要的指标。
线性度
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
灵敏度
灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。
其定义是输出量增量与引起输出量增量的相应输入量增量之比。
迟滞
传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞
重复性
重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度
分辨力
分辨力是用来表示传感器或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力，通常以最小量程的单位值来表示。
漂移
传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移
稳定性
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分，对于传感器，常用长期稳定性来描述其稳定性，即传感器在相当长的时间内仍保持其性能的能力。
阈值
阈值是指传感器产生可测输出变化量时的最小被测输入量值。
4.3传感器的动态特性常用什么方法描述？
有哪些特点？
传感器的动态特性，可以通过传感器的动态数学模型及传感器的动态特性指标来描述。
动态模型是指传感器在动态信号作用下，其输出和输入信号的一种数学关系。
动态模型通常采用微分方程和传递函数来描述。
用微分方程作为传感器的数学模型，其优点是：
通过求解微分方程，容易分清暂态响应与稳态响应，因为其通解只与传感器本身的特性及起始条件有关，而特解则还与输入量有关。
但是，求解微分方程很麻烦，为了求解方便，常采用传递函数来研究传感器的动态特性。
尽管大多数传感器的动态特性可近似用一阶或二阶系统来描述，但这仅仅是近似的描述而已，实际的传感器往往比简化的数学模型要复杂。
因此，传感器的动态响应特性一般并不是直接给出其微分方程或传递函数，而是通过实验给出传感器的动态特性指标。
通过这些动态特性指标来反映传感器的动态响应特性。
4.4描述二阶传感器系统阶跃响应的主要指标及其定义?
1）时间常数：
一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%所需的时间,称为时间常数。
2）延迟时间：
传感器输出达到稳态值的50%所需的时间。
3）上升时间：
传感器输出达到稳态值的90%所需的时间。
4）峰值时间：
二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间。
5）超调量：
二阶传感器输出超过稳态值的最大值。
6）衰减比：
衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。
5.1什么是自感传感器？
为什么螺管式自感式传感器比变气隙式的测量范围大？
自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感变化，通过一定的电路转换成电压或电流输出的装置。
由于转换原理的非线性和衔铁正、反方向移动时自感变化的不对称性，变气隙式自感传感器（包括差动式结构），只有工作在很小的区域，才能得到一定的线性度。
而差动螺管式自感传感器的自感变化量与衔铁的位移量成正比，其灵敏度比单线圈螺管式提高一倍，线性范围和量程较大。
5.2在使用自感式传感器时，为什么电缆长度和电源频率不能随便改变？
等效电感变化量为
上式表明自感式传感器的等效电感变化量与传感器的电感、寄生电容及电源角频率有关。
因此在使用自感式传感器时，电缆长度和电源频率不能随便改变，否则会带来测量误差。
若要改变电缆长度或电源频率时，必须对传感器重新标定。
5.3什么是互感传感器？
为什么要采用差动变压器式结构？
互感式传感器也称为变压器式传感器，把被测位移转换为传感器线圈的互感变化。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级线圈绕组采用差动式结构，故称之为差动变压器式传感器，简称差动变压器。
当衔铁处于中间位置时，由于两个次级线圈完全对称，通过两个次级线圈的磁力线相等，互感，感应电势，总输出电压为0。
当衔铁向左移动时，总输出电压。
当铁芯向右移动时，总输出电压。
两种情况的输出电压大小相等、方向相反。
大小反映衔铁的位移量大小，方向反映衔铁的运动方向，其特性曲线为形特性曲线。
5.4分析开关式全波相敏检波电路的工作过程，它是如何鉴别被测信号的极性？
图（a）为开关式全波相敏检波电路，取，为过零比较器，参考信号经过后转换为方波，为经过反相器后的输出。
若，则为低电平，为高电平，截止，导通，运算放大器的反相输入端接地，传感器信号从的同相输入端输入，输出电压为
当时，与同频同相，，，。
当时，与同频反相，，，。
若，则为高电平，为低电平，导通，截止，运算放大器的同相输入端接地，传感器输出电压从的反相输入端输入，输出电压为
同理可得，当时，。
当时，。
由上述分析可知，相敏检波电路的输出电压不仅反映了位移变化的大小，而且反映了位移变化的方向。
输出电压的波形如图（b）所示。
（a）（b）
5.5零点残余电压产生的原因是什么？
如何消除？
零点残余电压由基波分量和高次谐波构成，其产生原因主要有以下几个方面。
1）基波分量主要是传感器两次级线圈的电气参数和几何尺寸不对称，以及构成电桥另外两臂的电器参数不一致，从而使两个次级线圈感应电势的幅值和相位不相等，即使调整衔铁位置，也不能同时使幅值和相位都相等。
2）高次谐波主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。
当磁路工作在磁化曲线的非线性段时，激励电流与磁通的波形不一致，导致了波形失真；
同时，由于磁滞损耗和两个线圈磁路的不对称，产生零位电压的高次谐波。
3）激励电压中包含的高次谐波及外界电磁干扰，也会产生高次谐波。
可以从以下几方面消除：
1）从设计工艺上保证结构对称性。
首先，要保证线圈和磁路的对称性，要求提高衔铁、骨架等零件的加工精度，线圈绕制要严格一致。
采用磁路可调式结构，保证磁路的对称性。
其次，铁芯和衔铁材料要均匀，应选高导磁率、低矫顽磁力、低剩磁的导磁材料。
另外，减小激励电压的谐波成分或利用外壳进行电磁屏蔽，也能有效地减小高次谐波。
2）选用合适的信号调理电路。
消除零点残余电压的最有效的方法是在放大电路前加相敏检波电路。
3）在线路补偿方面主要有：
加串联电阻消除零点残余电压的基波分量；
加并联电阻、电容消除零点残余电压的高次谐波；
加反馈支路消除基波正交分量或高次谐波分量。
5.6为什么说涡流式传感器也属于电感传感器？
涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的，即利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理工作的。
被测对象以某种方式调制磁场，从而改变激励线圈的电感。
因此，电涡流式传感器也是一种特别的电感传感器。
5.7被测材料的磁导率不同，对涡流式传感器检测有哪种影响？
试说明其理由。
线圈阻抗的变化与金属导体的电阻率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流以及线圈到金属导体之间的距离等参数有关。
假设金属导体是匀质的，则金属导体与线圈共同构成一个系统，其物理性质用磁导率、电阻率、尺寸因子、距离、激励电流强度和角频率等参数来描述，某些参数恒定不变，只改变其中的一个参数，就构成了阻抗的单值函数，由此就可以通过阻抗的大小来测量被测参数。
穿透深度与线圈的激励频率、金属导体材料的导电性质有关，即
由式可以看出，当激励频率一定时，电阻率越大，磁导率越小，穿透深度越大。
5.8感应同步器按其用途可分为哪两类？
各用在何种场合？
试举例说明。
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