检测技术期末复习资料

分章节知识点 C1

1．检测系统的静/动态特性有哪些？P10-11 2．一阶系统的计算；

3．仪表的误差与等级方面的计算。 C2

对位移、力与压力、振动、转速、温度、物位、流量、成分等常用工程量作测试，按提出的测试要求，设计测试方案，选传感器，分析方法，测试步骤，预期结果。参习题

一 简答题

1．测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为几类，各是什么？P241 答：测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为四大类，分别为：1）液柱式压力计；2）弹簧式压力计；3）电气式压力计；4）活塞式压力计。 2．测量的基本方程式是什么？它说明了什么？ 答：

3．测量物位仪表按其工作原理主要有哪些类型？P205

答：1）直读式物位仪表；2）差压式物位仪表；3）浮子式物位仪表；4）电磁式物位仪表；5）和辐射式物位仪表；6）声波式物位仪表；7）光学式物位仪表。 4．什么是温度？温度能够直接测量吗？P251

答：温度是表征物体冷热程度。 温度不能直接测量，只能供助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同变化的特性来加以间接测量。

5．什么是压力式温度计，它是根据什么原理工作的？P252 答：应用压力随温度的变化来测量的仪表叫压力式温度计。它是根据在密闭系统中的液体。气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理制作的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。 6．什么是温标的三要素？何谓温标？

答：温标——温度的标尺，其三要素：1）选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点；2）规定了不同温度范围内的基准仪器；3）建立了基准仪器的示值与国际温标间关系的插补公式。 7．什么是绝对误差？

答：是测量结果与真值之差。 8．什么是相对误差？

答：是绝对误差与被测量值之比。 9．什么是引用误差？

答：是绝对误差与量程值比。

10．热电偶冷端补偿一般采用哪几种方法？见《传感器》 答：1）、冰点法 2）、计算法 3）、平衡电桥法 4）、机械零点调整法

11. 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。P6/8 答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括

电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。

指示仪被测量传感器测量电路记录仪电源数据处理仪器 检测系统的组成框图

传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

12．测试系统实现不失真测试的条件是什么?见《信号与系统》

A?f??const,??f???2?ft0

即不失真测试系统的输入为x(t),输出为y(t)不失真, 即输出

y(t)只可放大S倍和延时t0时刻.

13. 虚拟仪器的特点是什么？R379表15-1-1

解：⑴具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言。

⑵提供丰富的数据采集，分析及存储的库函数。

⑶提供传统的数据调试手段，如设置断点，单步运行，同时提供独具特色的执行工具，使程序动画式进行，利于设计者观察到程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。

⑷囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂得总线标准的开发者也能驱动不同总线标准接口设备与仪器。

⑸提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLL（动态链接库），DDE（共享库），Activex等。 ⑹具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络，远程测控仪器开发。

14 ．检测技术有哪些发展方向？ P8

检测技术的发展方向有智能仪器/虚拟仪器/网络仪器等。 15．推导式流量计有哪几种组合方式？见笔记。

推导式质量流量计有三种组合方式，分别为：

1. 检测2. 检测3. 检测

的流量计和密度计的组合方式。 的流量计和密度计的组合方式。 的流量计和检测

的流量计的组合方式。

16．流量仪表如何分类? 自己归纳 17．压力仪表如何分类? 自己归纳 18．物位仪表如何分类? 自己归纳 19 振动信号分类 见笔记

20力的测量方法中可以归纳为哪几种测量力的原理。

答：力的测量方法可以归纳为利用力的动力效应和静力效应两种测量力的原理。 力的动力效应是可以改变物体的机械运动状态或改变物体所具有的动量使物体产生加速度。力的静力效应是使物体产生变形，在材料中产生应力。

二．计算题

1 . 1151GP压力变送器的测量范围原为0～100KPa，现零位迁移100%。则 1)．仪表的测量范围变为多少？ 2)．仪表的量程是多少？

3)．输入多少压力时，仪表的输出为4、12、20mA？

解：仪表的原测量范围为0～100KPa，现零位正迁了100%，所以： 1)．测量范围成了100～200KPa。 2)．仪表的量程是200-100=100KPa。

3)．输入为100KPa时，仪表的输出为4mA。 输入为150KPa时，仪表的输出为12mA。 输入为200KPa时，仪表的输出为20mA。

2.有两台测温仪表，其测量范围分别是0～800℃和600～1100℃，已知其最大绝对误差均为±6℃，试分别确定它们的精度等级。 解：据基本误差δm=Δmax/（A上-A下）×100%可得 δm1=6/（800-0）×100%=0.75% δm2=6/（1100-600）×100%=1.2%

根据常用工业仪表的精度等级系列，测量范围为0～800℃的测温仪表应定为1级精度，测量范围为600～1100℃的测温仪表应定为1.5级精度。

3.有一台气动差压变送器，表量程为25000Pa，对应的最大流量为50t/h，工艺要求40t/h时报警。问：（1）不带开方器时，报警值设在多少？（2）带开方器时，报警值设在多少？

解：(1). 不带开方器时对应40t/h流量的差压,

根据差压流量公式：Q2=K×△p

ΔP1=25000×（40/50）2=16000Pa 对应40t/h流量的输出

I1=（16000/25000）×16+4=14.24mA (2). 带开方器时 因为ΔQ=K×ΔP

对应40t/h流量的差压

ΔP2=25000×（40/50）=20000Pa 对应40t/h流量的输出

I2=（20000/25000）×16+4=16.8Ma

4.某节流装置在设计时,介质的密度为520Kg/m3,而在实际使用时,介质的密度为480Kg/m3.如果设计时,差压变送器输出100Kpa,对应的流量为50t/h,则在实际使用时,对应的流量为多少?

解：根据以质量流量为单位的基本公式P264 (10-3-14)

现在除了介质密度以外,其余条件均未改变,

现设计介质密度ρ设=520Kg/m3, 实际介质密度为 ρ实=480Kg/m3, 变送器输出100Kpa时的设计流量

1/2

M设=50t/h,所以实际流量M实为50*(48/52)

5.有一台差压变送器，其测量范围为0-10000Pa，在该仪表的说明书中规定可实现的负迁移100%（最大迁移量-100%），试问该表的最大迁移量是多少？

解：负迁移就是在不改变量程的情况下将零点向负方向迁移，迁移量占量程的百分数就是迁移的百分数。

迁移量=10000×100%=10000 Pa，因此，对0-10000Pa的变送器可迁移成-10000-0 Pa。

6.用差压变送器测流量，差压为25Kpa，二次表量程为０－200T／h，差压变送器输出电流为4—20mA，试求流量为80T/h、100T/h时对应的差压值和电流值是多少？

解：根据差压流量公式：Q2=K×△p

△px/△p max =（Qx/Q max）2

△px=△pmax（Qx/Qmax）2

Ix=（Qx /Qmax）×16+4

△p1=25000（80/200）2=4000Pa

I1=4*16/25+4=6.56mA

△p2=25000(100/200) 2=6250Pa I2=6.25×16/25+4=8 mA

7.用一支铂铑-铂热偶测炉膛温度，在无其他补偿方法时，测得热电势为10.638mv，自由端温度为50℃，试求实际温度。 解：50℃查表为ES(50,0)=0.299Mv

Es（t，0℃）=10.638+0.299=10.937mV 查表得t=1115.25℃

8.用DDZ-Ⅲ型差压变送器测量流量，流量范围是0-16m3/h，问当流量为12m3/h时，输出信号是多少？

解：差压与流量的平方成比例，变送器的输出电流与其差压成比例，所以，变送器输出的4-20mA电流与其流量平方成比例。

即：（I-4）/（20-4）=Q2/Qm2=122/162

I=4+[（20-4）*122/162]=13mA 答：输出信号是13mA。

9.检定一块1.5级刻度为0-100KPa的压力表，发现在50KPa处的误差最大，为1.4KPa，其它刻度处的误差均小于1.4KPa，问这块压力表是否合格？ 解：该表的最大引用误差=1.4/100 ×100%=1.4%<1.5% 所以，这块压力表合格。

10.有一个变化范围为320-360 KPa的压力。若用下列A、B两台压力变送器进行测量，那么在正常情况下哪一台的测量准确度高些？压力变送器A：1级，0-600KPa；压力变送器B：1级，250-500Kpa

解：用变送器A时，测量结果的最大误差 δmax=±1%×（600-0）=±6 KPa 用变送器B时，测量结果的最大误差 δmax=±1%×（500-250）=±2.5 KPa 所以用变送器B测量准确度高

11.现用一单管水银压力计测某空气罐内的压力。若当地的重力加速度为标准重力加速度（即g=980.665cm/s2），当地环境温度为 30℃时，从压力计上读得的表压值为420mmHg，试求罐内的绝对压力是多少mmHg，折合多少Pa？（标准重力加速度下的大气压为760mmHg，0℃与30℃时，汞的密度分别为13.5951和13.52g/cm3）

解：罐内绝对压力为 P绝=P大气+P表

=760+420×13.52/13.5951 =760+417.68=1177.68 mmHg =156.866 Kpa

罐内的绝对压力是1177.68 mmHg，约等于156.866 KPa。

12.已知工作状态下的质量流量标尺上限Qm=500t/h，工作状况下被测流体密度ρ=857.0943kg/m3，试求工作状态下最大的体积流量Qv 解：质量流量和体积流量之间的关系为：

Qm ＝ρQv

Qv＝Qm ／ρ＝500000/857.0943=58.337 m3/h

13.过热蒸汽的质量流量M=100 t/h，选用的管道内径D=200mm。若蒸汽的密度ρ=38kg/m3，则蒸汽在管道内的平均流速为多少？解：质量流量M和体积流量Q之间的关系为：Q=M/ρ=100×1000/38=2631.58 m3/h=0.731 m3/s 管道截面积S为

S=（л/4）D2=（л/4）×（0.2）2=0.0314 m2 因为Q= S×u

所以蒸汽的平均流速u为

u =Q /S=0.731/0.0314=23.3 m/s

14.有一测温点，热电偶基本误差为δ1=±4℃；补偿导线基本误差为δ2=±4℃；记录仪基本误差为δ3=±6℃；附加误差为δ4=±6℃，试计算这一温度测量系统的误差是多少？

15如图用差压变送器测量液位。已知ρ1=1200kg/m3, ρ2=950kg/m3,h1=1m,h2=5m;H=0-3m,g=9.8m/s2,求差压变送器的量程与迁移量。

解： 当液位在H=0-3m变化时，差压的变化量为： P188

Hmaxρ1g=3.0*1200*9.8=35280Pa;

根据差压变送器的量程系列，可选40kPa H=0时，有

Δp=-(h2-h1)ρ2g=-(5-1)*950*9.8=-37240Pa；即为其负迁移量

16用温度计测量炉子的温度，已知炉温在500~540?C之间作正弦曲线的波动，其周期为80s，

该测量系统的时间常数τ=10s，试求：

1)输出信号；y(t)=15.72sin(πt/40-0.665)

2)输出与输入信号之间的相位差；(φ(w)=0.665rad/s) 2)输出与输入的滞后时间。(Δt=8.48s)

17有一应变式等强度悬臂梁式力传感器，如图所示。假设悬臂梁的热膨胀系数与应变片中

的电阻热膨胀系数相等，R1?R2，构成半桥双臂电路。1）求证：该传感器具有温度补偿功能；2）设悬臂梁的厚度??0.5mn，长度l0?15mn，固定端的宽度b?18mn，材料的弹性模量E=2*10N/m，桥路的输入电压Ui?2V，输出电压为1.0mV，K＝2.0。求作用力F。 公式在P231 (9-3-12)

10

ε=σ/E=6l0F/(Ebδ) 差动桥输出UO=Ui/2*k*ε

2

应变式等强度悬臂梁力传感器

18 如图所示是用压电式传感器和电荷放大器测量某种机器的振动，已知传感器的灵敏度为100pG/g，电荷放大器的反馈电容Cf=0.01uF,测得输出电压峰值为Uom=0.4V,振动频率为100Hz。

1）求机器振动的加速度最大值 am(m/s2); 2)假定振动为正弦波，求振动的速度v(t)； 3）求出振动的幅度的最大值xm0

三．阐述题

1．差压流量计原理：R264

12?3压电式加速度传感器测振示意图 1－传感器 2－机器 3－底座

伯努利方程

22vpvp2 112??gh2??1? ghh?h2 2?1222?2 1v1p1v2p2 ?1＝?2＝????2222v?v 2??p22?1?p1?p2??pq?Av?Avv?vp?p111122 2v???? 2??q?Av2A22?p2?p??Av222 2???A2? 1????A1?

2．下图为感应同步器位置测量装置，P160

滑尺与定尺相互平行，并保持一定的间距。

滑尺通以交流激磁电压，按正弦规律变化的磁场，定尺上感应电压，定尺上

感应电压随位移的变化而变化（相同频率）。

规律：滑尺移动一个节距 T,感生电动势按余弦波形变化一个周期2π， 在一个节距T内： x/2???/2? 检测 θ 的变化， 即可检测一个节距内的位移量 .

3． 超声波测量流量/液位的原理：P270

超声波传感器1超声波传感器2 B1B2 L

电路管道

在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L。如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为t2，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流动速度为v，则

Lt1? 流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度， 因

c?v此超声波传播时间差为

2LvL?t?t2?t1?22 t2?c?vc?v c2v??t由于c>>v, 从上式便可得到流体的流速， 即2 L

4． 压力/液位/机械量的电测原理：见各节EG 电容式物位计原理《传感器》

如．阐述霍尔式压力测量原理: P246等其他电测方式。

图2

5．如图2，U形管压力计两肘管的内径分别为d1 = 6mm，d2 = 6.5mm，管内封液为水，被

测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm。如果以该值的2倍作为被测压力值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。

6．热导池原理

P282

四． 翻译题

1. Principle of high precision displacement sensor

The structure of the high precision displacementsensor based on the Michelson interference principle is illustrated in Fig. 2. The two components of the incident light beam from the laser are transmitted by the polarizing prismatic spectroscope, and then are reflected from the reference mirror and reflection mirror,

respectively. After to-and-fro transmission via a 1/4 wave plate, the vibration directions of the two components rotate 90°. The interference stripes of the two components are produced by the polarizing analyzer. The signal of the interference stripes is detected by the photoelectric cells in the photoelectric receiver.

1. Laser; 2. Right prism;

3. Polarizing prismatic spectroscope; 4. Reference mirror; 5. 1/4 wave plate; 6. Diamond stylus; 7. Right prism; 8. Reflection mirror; 9. Polarizing analyzer; 10. Amplifying lens; 11. Photoelectric receiver Fig. 2 Structure of the displacement sensor

2. Temperature measurement

Temperature measurement is to measure the area of one of the most important function, frequently used in weather observation, environmental research, laboratory and other production process. Under specific conditions in the manufacturing and industrial quality remained stable, temperature measurement is the foundation and very important. Therefore, this paper will describe the field of industrial temperature measurement widely used in the thermocouple temperature sensors and resistancetemperature sensor (RTD) and the measurement principle of compensation thermocouple cold-related knowledge.

3. Measuring instrument

In physics and engineering, measurement is the activity of comparing physical quantities of real-world objects and events. Established standard objects and events are used as units, and the measurement results in a given number for the relationship between the item under study and the referenced unit of measurement. Measuring instruments are the means by which this translation is made. All measuring instruments are subject to varying degrees of instrument error.

Physicists use a vast range of instruments to perform their measurements. These range from simple objects such as rulers and stopwatches to electron microscopes and particle accelerators. Virtual instrumentation is widely used in the development of modern measuring instruments.

3. Wireless strain measurement

Wireless strain measurement system contains: strain sensor, Wireless Node, Wireless Gateway as well as DAQ software. Wireless digital can offer very low noise which compare with long wired cable, so it provides high accuracy result. This system is using wireless mesh equipment and support up to thousands of measurement points in the same network. Wireless strain measurement system has been widely used in bridges, buildings, aircraft, ships, vehicles, crane-line, etc. The system uses advanced transmitter / receiver and strain measurement module，it is very easy to be installed and maintenance.

无线应变测量系统由无线应变传感器节点、网关、计算机采集处理软件组成。无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个测量系统具有极高的测量精度和抗干扰能力。无线传感器节点采用无线网状网设备，可以组成庞大的网络结构，支持多达上千个测点同时进行大型结构试验。无线应变测量系统被广泛应用于桥梁、建筑物、飞机、船舶、车辆、起重机械在线监测等。本系统采用先进的发射/接收和

应变测量设备，便于安装，工作稳定性高。五 五五 五 设计题

1. 试选择一种传感器，设计测量液位。要求画出所用传感器的结构，并简述工作原理。

2．利用所学知识，在自来水表玻璃外面安装若干电子元器件，改造成数字式自来水累积流量测量显示器。要求画出所用传感器的结构，并简述工作原理。

3．设计一数显温度计。要求：

1）数显体温计的主要技术指标为：测温范围为0℃~100℃；

精度为±0.1℃；数字显示。 2）画出电路图，简述工作原理。

4．设计一粮食水分计，要求画出所用传感器的结构，并简述工作原理。 a range

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