自动检测技术及应用期末模拟试题17

自动化09级自动检测技术复习题 一、判断题

1. 传感器标定时，标准器应有足够的精度，其允许的基本误差不应超过被校传感器允许基本误差的1/3～1/5，并具有计量部门周期检定的合格证书。X

2. 系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。

3. 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数都服从正态分布规律。

3. 传感器所能测量的最大被测量（输入量）的数值称为测量上限，最小被测量称为测量下限，上限与下限之间的区间，则称为测量范围。传感器所能测量的最大被测量（输入量）的数值称为测量上限，最小被测量称为测量下限，上限与下限之间的差值，则称为量程。检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。

4. 对于数字仪表而言，指示数字的最后一位数字所代表的值就是它的分辨力。当被测量的变化小于分辨力时，仪表的最后一位数字保持不变。

5. 为了减少读数误差。读数时要正视量具的读数装置，不要造成斜视误差。测量同一个点有2～3个接近的数值时，应取算术平均值作为测量结果。

6. 灵敏度是传感器在稳态下输入（出）增量与输出增量的比值 。X

7. 莫尔条纹的作用是能连续实现变倍并在很大程度上消除由于刻线不均匀引起的误差。 8. 光电池是利用内光电效应制成的光电元器件。X

9. 一般可用霍尔传感器测量磁场强度、电流、角位移、功率、转速、开关信号等参数。

10. 原始的压电陶瓷是一个非压电体，不具有压电效应。为了使压电陶瓷具有压电效应，就必须进行极化处理。

11. 互感传感器本身就是变压器，有一次绕组和二次绕组。一次侧接入激励电源后，二次侧将因互感而产生电压输出。当绕组间互感随被测量变化时，输出电压将产生相应的变化。 12. 镍铬—考铜电偶的分度号为K。

13. 变面积式电容传感器的输出特性是非线性的，这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。

14. 压电效应即在电介质的极化方向施加交变电场，它会产生机械变形。当去掉外加电场，电介质变形随之消失的现象。

15. 常用的接近开关有电涡流式、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式 、超声波式等。 16. 脉冲细分技术能在不增加脉冲细分技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。20. 电涡流接近开关可以利用电涡流效应检测出塑料零件的靠近程度。

17. 10分度的游标卡尺的读数可精确到0. 1mm。20分度的游标卡尺的读数可精确到0. 05mm。50分度的游标卡尺可精确到0.02mm。√

18. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的大得多，所以采用石英晶一般体采用石英晶体制作标准力传感器。 19. 采用高分子压电薄膜振动感应片，可制成玻璃破碎报警装置。

20. 由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，并且安全可靠，这使它可以方便有效地用于各种大型机电，石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。 21. 电位器式位移传感器结构简单、价格低廉，输出信号大，一般不需放大，动态响应好。

22. 传感型光纤式传感器利用外界因素改变光纤中光的特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，它具有传光、传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。

23. 由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。

24. 磁尺是检测位移的基准尺，磁头用来读取磁尺上的记录信号。按读取方式不同，磁头分为动态磁头和静态磁头两种。

25. 为了减少读数误差。读数时要正视量具的读数装置，不要造成斜视误差。测量同一个点有2～3个接近的数值时，应取算术平均值作为测量结果。 26. 粉尘较多的场合不宜采用磁栅式传感器。

27. 铂铑—铂热电偶的分度号为B， 与铂铑—铂热电偶的配套的补偿导线为铜-铜镍。镍铬—镍硅热电偶的分度号为B。

28. 电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度上升而增大的原理来测量温度的。 29. 霍尔集成传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。

30. 霍尔元件一般采用N型半导体作为材料。霍耳电压UH大小与材料的性质有关。一般来说，金属材料n较大，导致RH和KH较大，故适宜做霍耳元件. 差动变压器的零点残余电压主要是因为差动变压器的两个次级线圈的电气参数和几何尺寸的不对称造成的。另外导磁材料存在铁损、不均质，初级线圈有铜损耗电阻，线圈间存在寄生电容，这均使差动变压器输入电流与磁通不同相。一般可用霍尔传感器测量磁场强度、电流、角位移、功率、转速、开关信号等参数。

31. 原始的压电陶瓷是一个非压电体，不具有压电效应。为了使压电陶瓷具有压电效应，就必须进行极化处理。石英晶体的压电系数比压电陶瓷的大得多，所以采用石英晶一般体采用石英晶体制作标准力传感器。 32. 压电逆向效应即在电介质的极化方向施加交变电场，它会产生机械变形。当去掉外加电场，电介质变形随之消失的现象。

二、填空题

1．光敏电阻是一种利用 内光电效应（光导效应）

制成的光电元件。它具有精度高、体积小、性能稳定、价格低等特点，所以被广泛应用在自动化技术中作为 开关式光电信号 传感元件。

2．根据内光电效应制成的光电元器件有 光敏二极管 、 光敏三极管 、光敏晶

体管和 半导体光敏电阻 等。 等.

3．灵敏度是传感器在稳态下 输出量增量⊿y 与 引起输出量增量 的 相应输入量增量⊿x之比 。

4．迟滞现象是指传感器在 正向行程(输入量增大) 和 反向行程(输入量减小)

期间， 输出—输入特性曲线 不一致的程度。

5．根据外光电效应制成的光电元器件有 真空光电管 、 充气光电管 、光电摄像管。

6．传感器标定时，标准器应有足够的精度，其允许的基本误差不应超过被校传感器允许基本误差的 1/3~1/10 ，并具有计量部门周期检定的合格证书。

7．负温度系数的热敏电阻根据其温度特性又分为 测量温度 和 突变型 两类，其中 可用于用于温度补偿， 用于温度开关控制。AD590集成温度传感器为 传感器，

其灵敏度为1uA/K，在25℃时其输出电流大小为 。常用的热电阻型号有 和 。

8. 热电偶传感器是一种能将温度转换为 电势 的装置, 它属于 自发电型 传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；测温范围广：下限可达-270?C ，上限可达2300?C以上。

9. 一温度计显示所测华氏温度为86℉，则其摄氏温度为 ，热力学温度为 。一温度计显示所测华氏温度为313.15K，则其摄氏温度为 ，华氏温度为 。 10．用一个温度计测量得到温度为75℃， 可计算求得其华氏温度为 ，热力学温度为 。欲测量15000C左右钢水的温度，要求测量精度比较高，应选择的 热电偶 传感器。测量CPU散热片温度应选用 薄片 热电偶；测量锅炉烟气温度应选用 普通型 热电偶；测量十米深岩石钻孔温度应选用 铠装 热电偶。

11．有一只八月码道绝对式角编码器，其分辨率为 1/2^8 ， 能分辨的最小角位移

为 。

12．将开关型霍尔IC制作成具有施密特特性是为了 增加灵敏度 _ ___ ，其回差（迟滞）越大，它的 抗机械振动干扰 能力就越强。

14．光敏二极管在测光电路中应处于 反偏 偏置状态，而光电池通常处于 正偏 偏置状态。 15．接近开关的主要特性有 额定动作距离 、 工作距离 、 动作滞差 、 重复定位精度 、 动作频率 等。

16．光栅中采用sin和cos两套光电元件是为了 辩向 。

17．当主光栅与指示光栅的夹角为?（rad）、主光栅与指示光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹移动 一个莫尔条纹间距L 。

18. 20分度的游标卡尺则可以精确到 0.05mm 。. 19. 测量超过30m的位移量应选用 磁栅 传感器。

20. 有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在30秒内连续输出了204800个脉冲。则该编码器转轴的转速为 200r/min 。

21.公式EH=KHIBcos? 中的角? 是指 _ 磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角 ___ 。 22． PTC表示 正温度系数 ; NTC表示 负温度系数 ;

CTR表示临界温度电阻器。

23. 某直线光栅每毫米刻线数为50线，采用四细分技术，则该光栅的分辨力为 5mm 。 24、压电式传感器是一种典型的 有源

传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面将产生 电荷 ，从而实现非电量电测的目的。

25. 电容式传感器的测量转换电路有 谐振幅值电路 、调幅电路、调频电路、调相电路和 桥式电路

。其中 调频电路 可以将变间隙式电容传感器输入输出的非线性关系转换为线性关系。

26. 差压式检测液位时，测量的压差越大，则表明被测的液位越 。

27．光敏电阻是一种利用 具有光电导效应的材料 制成的光电元件。 28. 霍尔集成传感器分为 线型 传感器和 开关型 传感器。 29. 应变效应指的是金属和半导体材料的 随它承受的 而发生变化的现象。 30．减小零点残余电压的方法一般有 提高加工工艺精度 ，以及 外电路补偿法 。

31．脉冲细分技术能在不增加 及价格的情况下提高光栅的 。

33. 高分子压电材料的最大特点是具有 ，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状，经 后就现出压电特性。

34. 自感式传感器是利用 自感量 随气隙而改变的原理制成的。

2 0 35．以下为某外径千分尺示意图，则该千分尺测量值为 4.10mm 。

20 15 10 0 5 10 5 0 15 20 。

36.常见的电容式传感器测量转换电路有 桥式电路 、 调频电路

、 运算放大器电路

37．在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为 光生伏特效应

。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象称为 外光电效应 。

38．量具使用前，应做外观、 校对零值 和 相互作用检查

检查，不应有影响使用准确度的外观缺陷，活动部分应 转动平稳 ， 锁紧装置 应灵活可靠。

39. 高分子压电材料的最大特点是具有 ，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状，经 后就现出压电特性。

40．重复性是指传感器在输入量按同一方向作 全量程多次测试

时，所得特性曲线 不一致的程度 。

41. 自感式传感器实现了将被测非电量转变为电感量的变化， 还需要测量转换电路将电感量的变化转换为容易测量的电压或电流信号。常用的测量转换电路有 桥式测量 电路、 调幅

电路、调频电路、 调相 电路。

42．光电开关是用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。它把发射端和接收端之间 转化为 电流的变化 以达到探测的目的。

三、名词解释

1. 系统误差、随机误差、测量误差1、在相同测量条件下多次测量同一物理量，其误差大小和符号保持恒定或某一确定规律变化，此类误差称为系统误差。2、在同一条件下，多次测量同一被测量，有时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。3、测量值与真值之间的差值称为测量误差。

2．热电效应、热电阻效应、光电效应、霍尔效应、重复性1、热电效应，是当受热物体中的电子(洞)，因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。2、热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。3、光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。4、霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。5、重复性是传感器在输入量

按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。

四、简述题

1. 电阻应变片为什么要进行温度补偿？补偿方法有哪些？电阻应变片在不恒定的温度条件下，电阻会发生一些变化，所以测电阻都要在常温下，所谓的常温为28摄氏度，在温度每达到要求时就要进行温度补偿。 应变片的温度补偿方法通常有两种，即线路补偿和应变片自补偿。

2. 如图为热敏电阻测量温度的电路图，试述对其进行标定过程。

3.. 差动变压器的为何会产生零点残余电压?如何消除零点残余电压？零点残余电压产生原因：

①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。 方法：1．从设计和工艺上保证结构对称性 2．选用合适的测量线路 3．采用补偿线路

4. 电容式传感器的基本原理是什么?可分为哪几种类型？1、电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容变化的一种传感元件。2、极距变化型电容式传感器、变面积式电容传感器、变介电常数

式电容传感器

5. 试述测量仪表静态标定的过程和步骤。1、利用标准仪器分别给出测量设备量程的起始值和满量程值，反复调试测量设备使其输出显示量与标准量一致。2、将测量设备传感器全量程分为若干个等间距点；按照等间距点，由起始值到满量程逐一输入标准量程，并记录下与个输入值相对应的输出值。3、再由满量程值到起始值逐一输入标准量值，同时记录对应的各输出值。4、按2、3所述过程，对测量设备进行正、反行程反复循环多次测试，将得到的输出、输入测试数据用表格列出或画成曲线。5、对测试数据进行必要的处理，根据处理结果，可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。 6. 如图为各类型热敏电阻温度特性曲线，试从图中分析比较热敏电阻和金属热电阻灵敏度大小，各类型热敏电阻适用的应用场合。

7．试画出电容式传感器测量原理框图，它分为哪几种类型。164页

8．简述电阻应变片传感器工作原理. 是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化

的现象，俗称为电阻应变效应。

9. 常见测转速的传感器有哪些？试分析各自工作原理。

10. 试述应变片的粘贴工艺过程1、应变片的检查2、试件的表面处理3、确定贴片位置4、粘贴应变片5、固化处理6、粘贴质量检查7、引出线的固定和保护8、防潮防蚀处理。 四、计算或作图题

1. 现用一块0-100V，0.05电压表测量一标准30V的直流电压值，所测数据为30.05V，试计算该测量值的绝对误差，相对误差和引用误差。

2. 某块压力表的测量范围是（-1～15）MPa，该仪表准确度等级为1.0，试计算该仪表的最大允许误差。 3．下表为标定电子秤时测得的一组数据， 砝码重量（g） 输出电压（mV） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 21 41 62 82 101 121 141 160 180 200 请据此数据画出实验曲线,并计算本系统的灵敏度和非线性误差。 4. 下表为光电传感器测量转速时测得的一组数据， 砝码重量（g） 输出电压（mV） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 21 41 62 82 101 121 141 160 180 200 请据此数据画出实验曲线,并计算本系统的灵敏度和非线性误差。

5. 利用数字万用表测得铂热电阻阻值为130.2Ω，计算此时铂热电阻对应测量温度点的温度。

6．如图所示，用K型（镍铬-镍硅）热电偶测量炼钢炉熔融金属某一点温度，A′、B′为补偿导线，Cu为铜导线。

已知t1 = 50℃， t2 = 0.0℃，t3 =30℃。

（1）当仪表指示为28.498mV时，计算被测点温度t = ?

（2）如果将A′、B′换成铜导线，此时仪表指示为26.677 mV，再求被测点温度t’ = ?

（3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的什么定律？如果被测液体不是金属，还能用此方法测量吗？为什么？

7． 用K型（镍铬-镍硅）热电偶测量某一点温度， 已知冷端温度t1 = 40℃， 用毫伏表测得热电势为

30.757mV，计算被测点温度t = ?。

8. 有一增量式光电编码器，其参数为2048p/r，采用四细分技术，编码器与丝杠同轴连接， 丝杠螺距t=2mm，如图所示。当丝杠从图中所示的基准位置开始旋转，在1s时间里，光电编码器后续的细分电路共产生了4?51456个脉冲。请列式计算：

(1) 丝杠共转过多少圈，又多少度； (2) 丝杠的平均转速n为多少r/min？

(3) 螺母从图中所示的基准位置移动了多少mm？ (4) 螺母移动的平均速度v为多少m/s？

(5) 细分之前的分辨力为多少度，而细分之后的分辨力为多少度？(15分）

9. 如下为在室温20℃时测得的K型热电偶经放大50倍以后的测量数据，试计算并填写以下表格。（16分） 10. 250采用

① 栅距和分辨力 ② 莫尔条纹宽度

对应温度 测量所得热电势（mV) 实际热电势（mV) 冷端修正后热电势（mV) 对应热电偶测量温度(℃) 热电偶测量相对误差 50℃ 63.3 有一直线光栅, 每毫米刻线数为线, 主光栅与指示夹角θ为1.5 ?, 8细分技术, 列式计算:

100℃ 167 11. 某工厂采用下图所示的电容传感器来测量储液罐中的绝缘液体的液位。己知内圆管的外径为20mm，外

圆管的内径为40mm，内外圆管的高度h1=3m，安装高度h0=0.5m。被测介质为绝缘油，其相对介质常数εr=2.3，测得总电容量为401PF，求液位h。（10分） 提示： 套管型电容的的计算公式为C?2??LlnDd，真空介电常数为8.85?10?12F/m

12．有一台水位变送器，量程范围为0～10m，对应的输出电流为4 ～20mA，求：

1) 输出电流I与水位W的关系表达式（输出输入方程）； 2）画出W与I的输入输出特性曲线； 3）计算当W为15m时变送器输出电流。

13． 利用全桥电路测量桥梁的上下表面应变时应变片粘接示意图，请画出由这些应变片连成全桥时并附有调零的测量电路图。

14 .下表为标定电子秤时测得的一组数据，请据此数据画出实验曲线,并计算本系统的灵敏度和非线性误差和迟滞误差。（12分）

砝码重量（g） 上升时输出电压（mV） 下降时输出电压（mV） 1 21 42 62 82 101 121 141 161 181 200 0 21 41 62 82 101 121 141 160 180 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

六、 设计分

析题 1. 光电测速计原理图如下，试述其工作原理.

2. 如图所示为一个利用集成温度传感器LM45C进行超温报警的电路图，试分析其工作原理？（注：LM45C为集成温度传感器，CA3140为集成运放即电压比较器）

+5V0.1μF13kΩ10kΩ10kΩ1000pF32.5V10.1μF1MΩ7+470ΩIC1LM45C23VL610kΩ2-IC2CA31404VT9013100kΩVSLM4431+47μFRP47kΩM0.1μF、

3. 如图所示为一个利用三五定时器NE555组成的光控延时电路，试分析其工作原理？（注：IC为NE555）

4. 设计一光电开关用于生产流水线的产量计数，画出结构图，并简要说明，为防止日光灯等其他光源的干扰，设计中应采取什么措施？

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