自动检测技术复习题.docx

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自动检测技术复习题

一、选择题

1.属于传感器动态特性指标的是（D）

A．重复性B．线性度

C．灵敏度D．固有频率

2.属于传感器动态特性指标的是（B）

A.迟滞B.过冲量

C.稳定性D.线性度

3.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）

A.线性度越好B.迟滞越小

C.重复性越好D.分辨力越高

4.仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。

A相对误差B绝对误差C引用误差

5.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为（C）的输出。

A.电阻B.电容C.电压D.电荷

6.变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量（A）

A.增加B.减小C不变

7.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C）

A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片

B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片

D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除（B）外是线性的。

A变面积型B变极距型C变介电常数型

9.压电式加速度传感器是（D）信号的传感器。

A.适于测量任意B.适于测量直流C.适于测量缓变D.适于测量动态

10.影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（D）

A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度

C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗

11.下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是（B）

A.自感式传感器B.磁电感应式传感器C.电容式传感器D.应变式传感器

12.按照工作原理分类，CCD固体图像传感器属于（A）

A光电式传感器B电容式传感器D．磁电式传感器

13.封装在光电隔离耦合器内部的是（D）

A.一个发光二极管和一个发光三极管B.一个光敏二极管和一个光敏三极管

C.两个发光二极管或两个光敏三极管D.一个发光二极管和一个光敏三极管

14.为了抑制干扰，常采用的电路有（Ｃ）

D转换器　A转换器　C.变压器耦合　D.　调谐电路

二、填空题

1.计算传感器灵敏度的表达式是（K=Δy/Δx）

2.根据测量的手段和方法，测量可分为直接测量和间接测量两大类。

直接测量又分为（偏差式测量）、（零位式测量）和（微差式测量）三种方法。

4、用水银温度计测量水温,如从测量的具体手段来看它属于直接测量测量。

3.按表示方法误差可分为（绝对误差）、（相对误差）和（引用误差）。

4.用测量范围为-50~150kPa的压力传感器测量140kPa时，传感器测得的示值为+142kPa，则该示值的绝对误差为（2KPa），相对误差为（%），引用误差为（1%）。

5.随机误差出现的次数服从正态分布规律，其特点具有（对称）性、（有界）性和（单峰）性。

6.传感器一般由（敏感元件）、（转换元件）、（测量电路）和（辅助电源）四部分组成。

7.有一温度计，它的量程范围为0～200℃，精度等级为级。

该表可能出现的最大绝对误差为（10C），当测量100℃时的示值相对误差为（%）。

8.传感器的（过载）能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过测量范围的能力。

9.传感器的基本特性一般用（静态特性）和（动态特性）来描述。

10.测量系统的静态特性指标主要有（线性度）,（迟滞）,（分辨力）,（稳定度）等。

11.测量的结果应包含两部分内容：

（数值）和（测量单位）。

12.电阻应变片的主要特性参数有（灵敏系数）、（横向效应）、（机械滞后）、（零漂）等。

13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，（全桥差动电路）接法可以得到最大灵敏度输出。

14.电位器式传感器都是由（电阻元件）、（活动电刷）、（骨架）三部分构成。

15.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的（乘积）相等。

16.金属电阻应变片的工作原理是基于（电阻应变效应）。

型气敏电阻材料主要有（二氧化钛）、（二氧化锡）等。

其特点是：

当遇到还原性气体（即可燃气体，如一氧化碳、氢、甲烷等）时，发生还原反应，导电能力（增强），电阻值（减小）。

18.电涡流式传感器就是利用（涡流效应）将非电量变化转换成（阻抗）或（电感）变化而进行测量的。

19.互感式传感器的工作原理类似（变压器）的作用原理，其结构主要包括（铁芯）、（衔铁）和（一次和二次绕组）等。

其测量电路主要有（差动整流）电路和（相敏检波）电路。

20.根据工作原理的不同，电容式传感器可分为（变面积型）、（变间隙型）和（变介电常数型）三种。

21.涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将（增大）。

22.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称（电涡流传感器）。

利用该传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是（金属材料）。

23.自感式传感器的结构主要有（铁芯）、（线圈）和（衔铁）三部分构成。

24.高频反射式电涡流传感器的灵敏度与被测物的（电导率）、（几何形状）因素等有关。

25.压磁式传感器的工作原理是：

某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起极化现象,这种现象称为（压磁效应）.相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形,这种现象称为（磁致伸缩）。

26.根据工作原理的不同，电容式传感器可分为（变面积型）、（变间隙型）和（变介电常数型）三种。

27.在金属或半导体薄片的两端通以控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势，这种现象称为（霍尔效应）。

28.压电式传感器是一种（有源）传感器或（发电）型传感器。

29.压电材料开始丧失压电特性的温度称为（居里点）。

30.常见的压电材料分为三类：

（压电晶体）、（经极化处理的压电陶瓷）和（高分子压电材料）。

31.为了消除导线电阻的影响，工业上热电阻温度测量线路，通常采用（三线制）连接法，在进行精密测量时，常用（四线制）连接法。

32.铂的纯度通常用（XX电阻比）表示.

33.热电偶的热电势大小与（导体的材料）和（两结点温度）有关，为了保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须保持冷端温度（恒定不变）。

34.热电势由两部分组成，一部分是两种导体的（接触电势），另一部分是单一导体的（温差电势）。

35.光电传感器的理论基础是光电效应.通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类.第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的（外光电效应）,这类元件有（光电管）,（光电倍增管）;第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的（内光电效应）,这类元件有（光敏电阻）、（光敏晶体管）;第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的（光生伏特效应）,这类元件有（光电池）。

36.光敏电阻的三大缺点是（光电特性是非线性的）、（响应时间较大）、（受温度影响很大）

1、电阻应变片的结构形式各异，但其结构大体相同，一般由（敏感栅）、（基底和面胶）、（胶粘剂）和（引出线）组成。

2、金属电阻的（电阻应变效应）是金属电阻应变片工作的物理基础。

3、金属电阻应变片有（金属丝式）和（金属箔式）等结构形式。

三、简答题

1、自动检测技术属哪一学科

答：

自动检测技术是信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成信息技术的完整学科。

1.传感器由哪几部分组成，各部分都起什么作用

答：

敏感元件：

把非电量转变成易于转换成电量的中间非电量。

转换元件：

把中间非电量转换成电量。

测量电路：

把转换元件输出信号变成可直接利用的电信号；辅助电源：

为电路提供能量。

2.什么叫系统误差产生系统误差的原因是什么有哪些消除方法

答：

系统误差是指在相同条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按着一定的规律变化的误差。

其误差的数值和符号不变的称为恒值系统误差；误差按着一定规律变化的称为变值系统误差。

产生系统误差的原因:

检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、检测人员对仪器使用欠妥、环境条件变化等原因都可能产生系统误差。

消除方法：

如可以通过实验的方法或引入修正值的方法予以修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。

3.什么叫随机误差产生的原因随机误差出现的次数服从什么规律有什么特点

答：

随机误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化而产生的误差。

产生随机误差的原因:

随机误差是在测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果，其大小表明测量结果重复一致的程度。

随机误差出现的次数服从正态分布规律。

正态分布的特点是：

对称性、有界性、单峰性

4.一个完整的检测系统是由哪几部分组成的各部分都起什么作用

答：

传感器：

把被测非电量转换成电量的装置；

信号处理电路：

把传感器的输出信号转换成易于测量、具有一定功率的电压和电流或频率等信号；

显示记录装置及数据处理仪器：

让检测人员了解和掌握数据大小及变化的过程；

执行机构：

在电路中起通断、控制调节、保护等作用。

5.什么叫电阻的应变效应什么叫压阻效应

答：

金属导体或半导体在受到外力作用时,会产生相应的应变。

其电阻也将随之发生变化。

这种物理现象称为“电阻应变效应”。

压阻效应是指单晶半导体材料（如P-Si,N-Si）沿某方向受到外力作用时，其电阻率发生变化，导致电阻值变化的现象。

6.压阻式压力传感器与其他形式的压力传感器相比有哪些突出的优点

答：

由于四个应变电阻是直接制作在同一硅片上，所以工艺一致性好。

温度引起的电阻值漂移能互相抵消。

由于半导体压阻系数很高，所以构成的压力传感器灵敏度高，输出信号大。

又由于硅膜片本身就是很好的弹性元件，而四个扩散型电阻又直接制作在硅片上，所以迟滞、蠕变都非常小，动态响应快。

7.做为半导体气敏电阻的材料应满足哪些条件

答：

①对被测气体有较高的灵敏度；②选择性要好。

即对和被测气体共存的其他气体不敏感；③能够长时期稳定工作；④检测或报警要快，即响应速度要快。

8.变气隙式自感型电感传感器的灵敏度与哪些因素有关要提高灵敏度可采取哪些措施

答：

可通过减小气隙，采用差动结构的方法来提高灵敏度。

9.为什么电感式、电容式传感器都要组成差动式结构

答:

差动传感器的三个优点:

灵敏度提高一倍,非线性误差降低一级,补偿温度误差.

10.为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路该电桥为什么又采用半桥和全桥两种方式

答：

是因为直流电桥后就配直流放大器，而直流放大器易产生零漂，故大多采用交流不平衡电桥。

采用半桥或全桥方式可以消除测量电路所引起的非线性误差，提高灵敏度，同时还可以实现温度补偿。

11.为什么多数气敏元件都附有加热器

答：

烧掉元件表面的灰尘和油污，加速气体的吸附。

12.什么是压磁效应铁磁材料的压磁效应规律是怎样的

答：

压磁效应：

当铁磁性材料受机械力作用时，在其内部发生应变，从而引起导磁率的变化。

当外加机械力取消后，铁磁材料的导磁率复原。

通常把机械变形（例如拉伸、压缩、扭曲等）影响下，所引起的磁性质变化的效应叫压磁效应。

铁磁材料的压磁效应规律是：

铁磁材料受到拉力时，在作用力方向导磁率提高，而在与作用力相垂直的方向，导磁率略有降低；铁磁材料受到压力作用时，其效果相反。

13.什么是霍尔效应霍尔乘积灵敏度都与哪些因素有关

答：

把半导体或金属薄片放置在磁场中，若在垂直于磁感应强度方向通入控制电流，则在同时与磁感应强度和控制电流的方向上产生电势，这种现象称霍尔效应。

霍尔乘积灵敏度与半导体材料的载流子浓度及霍尔元件的厚度有关。

14.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件

答：

由于KH与n、e、d成反比关系，金属的电子浓度较高，使得KH太小；绝缘体的n很小，但需施加极高的电压才能产生很小的电流，故这两种材料都不宜用来制作霍尔元件，只有半导体的n适中，所以在实际应用中，一般都采用N型半导体材料做霍尔元件。

15.什么是压电效应压电元件材料有哪几类

答：

压电效应是指某些电介质物质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，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，这种将机械能转变为电能的现象称为“正压电效应”，简称“压电效应”。

常用的压电材料有压电晶体，经过极化处理的压电陶瓷和高分子压电材料。

16.为什么说压电传感器只适合于动态测量而不能用于静态测量

答：

由于外力作用而在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗。

这实际上是不可能的。

因此使压电传感器不能用于静态测量。

压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故适宜动态测量。

17.用热电阻测温为什么常采用三线制连接若在导线敷设至控制室后再分三线接入仪表，是否实现了三线连接

答：

可以减小由于连接导线上的电阻随温度的变化而引起的测量误差。

导线敷设至控制室后再分三线接入仪表不能实现三线连接。

18.什么是热电阻效应说明热电阻测温原理。

答：

物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象称为热电阻效应。

热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质工作的，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值对应的温度值。

19.热敏电阻测温有什么特点热敏电阻可分为几种类型

答：

和金属热电阻相比，热敏电阻的温度系数更大，灵敏度高，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50~300℃左右。

热敏电阻一般分为三种类型：

（NTC）热敏电阻（具有负电阻温度系数）、（PTC）热敏电阻（具有正电阻温度系数）和（CTR）热敏电阻（在某一特定温度下电阻值会发生突变）。

20.为什么热电阻一般要选用纯金属制作

答：

纯金属的电阻温度系数比合金的高，其灵敏度比合金的要高，所以一般均采用纯金属作为热电阻元件。

21.什么是热电效应热电势由哪几部分组成热电偶产生热电势的必要条件是什么

答：

由A、B两种不同的导体两端紧密地连接在一起，组成一个闭合回路，当两结点温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应。

热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势所组成的。

产生热电热的必要条件是：

构成热电偶的两个热电极材料不同，且两结点温度不同。

22.光敏电阻的三大缺点是什么

答：

1、光敏电阻的光电特性呈非线性；2、多数光敏电阻的响应时间都较大（约几十毫秒至几百毫秒）；3、光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降。

23.消除或减弱噪声干扰通常采取哪些措施

答：

消除或抑制干扰源、破坏干扰途径、削弱接收回路对干扰的敏感性

24.常用的抗干扰技术有哪些

答：

屏蔽技术、接地技术、隔离技术、滤波器

四、简述题：

1.简述光纤微弯曲位移（压力）传感器的工作原理。

（8分）

答：

基于微弯曲损耗原理，研制成光纤微弯曲传感器。

如图，它由两块波形板（变形器）构成。

其中一块是活动板；另一块是固定板。

波形板一般采用尼龙、有机玻璃等非金属材料制成。

一根阶跃型多模光纤（或渐变型多模光纤）从一对波形板之间通过。

当活动板受到微扰（位移或压力作用）时，光纤就会发生周期性微弯曲，引起传播光的散射损耗，使光在芯模中再分配：

一部分光从芯模（传播模）耦合到包层模（辐射模）；另一部分光反射回芯模。

当活动板的位移或所加的压力增加时，泄漏到包层的散射光随之增大；相反，光纤芯模的输出光强度就减小。

这样光强受到了调制。

通过检测泄漏出包层的散射光强度或光纤芯透射光强度就能测出位移（或压力）信号。

2.电容式传感器在使用中存在哪些问题这克服这些问题应采取哪些改进措施（8分）

答：

1）电容传感器在高温、高湿及高频激励条件下工作而不可忽视其附加损耗和电效应的影响时其等效电路应考虑寄生电容、低频损耗并联电阻、串联损耗电阻及电容器的引线电感的影响，此时的传感器的等效灵敏度与传感器的灵敏度、电源角频率、电容引线电感及电容器电容都有关，因此每当改变激励频率或更换传输电缆时，都必须对测量系统重新进行标定。

2）边缘效应的影响：

电容传感器的边缘效应相当于传感器并联了一个附加电容，其结果使传感器的灵敏度下降和非线性增加。

解决的方法一是增大初始电容量；二是加装等位环。

3）寄生电容的影响：

由于传感器本身电容很小，所以寄生电容可能导致传感的电容量发生明显的变化，而且寄生电容极不稳定，还会导致传感器特性的不稳定,对传感器产生严重的干扰。

采取的措施是：

除对传感器本身要进行屏蔽外，对引出线采用驱动电缆技术（双层屏弊等电位传输技术）。

5）温度的影响：

温度对结构尺寸的影响，电容传感器由于极板间隙很小而对结构尺寸的变化特别敏感.在传感器各零件材料线膨胀系数不匹配的情况下,温度变化将导致极间隙有较大的相对变化,从而产生很大的温度误差.采取的措施一是在设计电容传感器时,要尽量的满足补偿条件，二是在制造电容传感器时，一般要选用温度膨胀系数小，几何尺寸稳定的材料。

三是采用差动对称结构，在测量电路中加以补偿。

温度对介质的影响，当采用介电常数的温度系数较大的一类介质时必须注意温度变化造成的误差，采取温度补偿措施。

3.简述XKJ-48型袖珍式气体检漏仪的工作原理。

（8分）

答:

（1）合上电源开关

，电路处于工作状态，发光二极管

亮，指示测试仪开始工作。

（2）当被检测气体浓度小于气敏传感器反应的门限值时，QM-N5传感器测量丝测出的电阻值很大，流过

、

的电流很小，其电压降很小，与非门

输入低电平（用“0”表示）。

输出端3为高电平（用“1”表示）。

发光二极管

不亮，且

输入高电平，其输出为低电平，封锁了

、

组成的多谐振荡器，即不起振，压电蜂鸣器HA不发出响声。

（3）当被检测气体浓度达到气敏传感器动作门限值时，QM-N5测量丝测出电阻大大减小，流过

、

的电流产生其电压降增大，与非门

输入高电平，输出低电平，发光二极管

点亮。

输入低电平，输出高电平，

、

振荡器起振，蜂鸣器HA发出声音，即二极管

和HA进行声光报警。

4.简述载体催化元件（黑元件）的结构及工作原理。

这种气敏传感器有哪些主要的优缺点

答：

（1）由于燃烧需要氧气，因此在待测气体浓度较大时，氧气浓度相对较小，燃烧不完全，出现非线性现象。

（2）表面的催化剂有逐渐衰老的现象和受激后复活化的现象。

还受有机硅分子、硫、氯、铅等化合物的中毒影响。

元件长期不加温时，还受水蒸气和氧化氮的影响。

（3）元件工作时的功耗相对来说较大，由于其电源体积大，不易制成袖珍便携式仪器。

5.为了提高变间隙型电容式传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题

答：

采用差动式结构或增大S和减小d均可提高传感器的灵敏度，但增大S和减小d受到传感器体积和击穿电压的限制。

此外，对于同样大小的Δd，d0越小则Δd/d0越大，由此造成的非线性误差也越大。

7.简述检测与测量两个概念有何不同

答：

检测：

检验和测量；检验：

分辨出被测参数量值所归属的某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或现象是否存在。

测量：

把被测末知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。

8.简述压电式传感器的误差主要来源于哪些方面应采取怎样的措施加以解决

答：

1）环境温度的影晌。

环境温度的变化将会使压电材料的压电常数、介电常数和体电阻等参数发生变化。

使传感器的灵敏度下降，低频响应变差。

为了保证传感器在高温环境中的低频测量精度，应当采用电荷放大器与之匹配。

对于某些铁电多晶压电材料所具有热释电效应。

采用截止频率接近或高于2HZ的放大器，这种缓慢变化的热电输出就不存在了。

对于瞬变温度对压电式传感器的影响，一般可采用采用剪切型结构、隔热片、温度补偿片、冷却措施等方法进行补偿。

2）环境湿度的影响，解决的方法是传感器的有关部分要选用绝缘性能好的绝缘材料，并采取防潮密封措施。

3）横向灵敏度的影响，解决的方法是在测量时仔细调整传感器的位置，使传感器的最小横向灵敏度方向对准最大横向加速度方向，可使横向加速度引起的误差信号输出为最小。

4）基座应变的影响，解决的方法是采用剪切型传感器，由于剪切型传感器因其压电元件不与基座直接接触，基座应变的影响比一般压缩型传感器要小得多。

5）电缆噪声的影晌，解决的方法是除选用特制的低噪声电缆外外，在测量过程中应将电缆固紧，以避免相对运动。

6）接地回路噪声的影响，解决的方法是让整个测试系统在一点接地。

这样，由于没有接地回路，就不会有回路电流和噪声信号。

4）

9.电容式传感器在实际中主要存在哪些问题，分别采用什么方法加以解决

答：

1）高温、高湿、高频条件下应考虑附加损耗和电效应的影响。

在高频条件下，必须考虑引线电感的影响，它的存在会使传感器有效电容变化从而引起传感器有效灵敏度的改变，传感器等效灵敏度与传感器的灵敏度、电源角频率、电容引线电感及电容器电容有关，每当改变激励频率或更换传输电缆时，都必须对测量系统重新进行标定。

2）边缘效应问题：

边缘效应会使灵敏度下降非线性增加。

解决方法：

增大电容器的初始电容量，加装等位环。

3）寄生电容的影响：

解决方法：

静电屏蔽，双层屏蔽等电位传输技术（驱动电缆技术）4）温度的影响；解决方法：

对结构尺寸的影响应适当地选择电极支架和电极材料，或采用差动对称结构或在测量电路中加以补偿；对介质的影响应尽量选择介电常数温度系数较小的介质。

或对此类温度误差加以补偿。

五、计算题

1.已知待测电压约为80V左右。

现有两只电压表，一只为级，测量范围为0～300V，另一只为级，测量范围为0～100V。

问选用哪一只电压表测量较好为什么

答：

级的较好。

2.用测量范围为-50~150kPa的压力传感器测量140kPa时，传感器测得的示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、相对误差和引用误差。

答案：

2kpa，%，1%。

3.用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度,把热电偶直接与电位差计相连接.在某时刻,从电位差计测得热电势为,此时电位差计所处的环境温度为20℃,试求该时刻温箱的温度是多少度

答案：

-100C。

4.有三台测温仪表，量程均为0—6000C，精度等级分别为级、级和级，现要测量5000C的温度，要求相对误差不超过%，选用哪台仪表合理

答案：

3%，%，%。

可选用级和级的。

5.已知某一被测电压约为10V，现有如下两块电压表：

①150V，级；②15V,级。

问选择哪一块表测量误差较小

解：

%，%。

选择第二块表测量误差较小。