检测习题121

第1章 绪论习题

1.1试用方框图描述检测系统的组成，并简述其工作的全过程。 答：

传感器将被测物理量(如噪声,温度等) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动1.2 如何理解检测技术的发展方向？

控制装置。

0.6~0.7P4

1．3试说明二阶测试系统的阻尼度大多 采用的原因。 答：阻尼比在这个范围内可提高系统响应的快速性，以及工作的范围更大些。 1．4 测试系统实现不失真测试的条件是什么?

答：不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致，只是幅值相对增大和时间相对延迟（幅频特性为一常数，相频特性与频率成线性的关系）。只能努力使波形失真限制在一个允许的误差范围内，即做到工程意义上的不失真测量。

??0.141.5 设一力传感器为二阶分系统。已知其固有频率为800Hz，阻尼比为，当测频率为400Hz变化的力参量时，其振幅比A(?)和相位差?(?)各为多少?若使该装置的阻尼比??0.7，则A(?)和?(?)又为多少?

解：由

测量频率为400Hz变化的力参量时 :

若装置的阻尼比为0.7，则:

3

1.6试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各≥3种）

答：非接触式测量：

a) 热电式传感器：测量温度 b) 光纤传感器：测量光信号

c) 核辐射传感器：测量核辐射粒子 接触式测量：

a) 应变片式电阻传感器：测量电阻值 b) 应变式扭矩传感器：测量扭矩

1.7.某动压力测量时，所采用的压电式压力传感器的灵敏度为90.0nc/Mpa，将它与增益为

0.005V/(nC)的电荷放大器相连，然后将其输出送入到一台笔式记录仪，记录仪的灵敏度为

20mm/V，试计算系统的总灵敏度。又当压力变化3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量

多少？

解：系统的总灵敏度为：9030.005320=9mm/Mpa 偏移量为：933.5=31.5mm

第2章 测控电路习题

2.1运放输出电压的饱和值为 +10V。求uo1 、 uo2 、 uo

∞ 4V ui1 10K 5K uo1 5K 5K ∞ uo

-1V ui2 ∞ 5K 5K 解：uo1 =4V；uo2 =-10/52（-1）= 2V

uo2

uo?(1?10K5K10K)uo2?uo1?2V5K5K?5K5K4

2.2 计算uo

ui+5V20k?20k?10k?_?+20k?20k?_?+5k?uo1??10?(ui?5)??0.5(ui?5)20第3章 温度测量习题

3.1某热电偶灵敏度为0.04mv/℃，把它放在温度为1200℃的环境，若以指示表处温度为50℃为冷端，是求热电势的大小？

解： 指示的热电势：（1200-50）30.04=46mV;

3.2将一支灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50℃。电压表上的读数为60mV,求热电偶热端温度？

解：由EAB(T、T0)= EAB(T、Tn)+ EAB(Tn、T0 )得60/0.08+50=800℃

3.3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-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？

镍铬-镍硅热电偶分度表 端温0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热 电 动 势 (mv) -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -0.70 -0.74 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16

3.5分析下图中应采用什么类型的热敏电阻Rt补偿三极管环境温度变化的影响.

?+?uo110k ?uo+uo??20?uo1?0.5(ui?5)20 测量度℃ -20 -10 -0 +0 +10 +20 5

答：（a）NTC (B) PTC (C) PTC

3.6非接触测温方法的理论基础是什么？

【答】辐射式温度传感器是利用物体的辐射能随温度而变化的原理进行测温的， 它是一种非接触式测温传感器，测温时只需把辐射式温度传感器对准被测物体， 而不必与被测物体接触。 辐射式温度传感器的工作原理是基于热辐射基本定律：普朗克定律、斯忒芬—玻尔兹曼定律和维恩定律。

第4章 其他非电量量测量习题

4.1 有一薄壁圆管式拉力传感器如题图4.1所示。已知其弹性元件材料的泊桑比为0.3，电阻应变片的灵敏系数为2，贴片位置如图。若受拉力P作用，问：

1） 欲测量P力的大小，应如何正确组成电桥？

2） 当供桥电压e?2V，输出电压是多少（1???1?10?6）？(1.3mV) ?1??2?500??时，

R1R1MR4R2PPR3R4R2PR3

题图4.1 题图4.2

4.2 悬臂梁受力如题图4.2所示：轴向力P和弯矩M。问：

1）欲测量弯矩M，应该如何布片、接桥？ 2）欲测量轴向力P，应该如何布片、接桥？

4.3 在一块压电晶体上测得其几何尺寸是长l为10mm，宽w为10mm，厚t为2mm。其中

?=4.0631011F/m，d33=2.03pC/N。试求在wl面上施加一个力F为0.001N时，在压电晶

体上测量电压输出应是多少？

6

解：其电压输出为： =0.1V

4.4、有一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图所示。R1、R3、R2、R4贴在等截面轴

上。已知等截面轴的截面积为0.00196m，弹性模量E为2.0?1011Nm2，泊松比为0.30。R1、R3、R2、R4标称阻值均为120?，灵敏度为2.0，他们组合桥如图b所示，桥路电压为2V，测得输出电压为2.6mV。求： 1）等截面轴的纵向及横向应变。 2）重物m有多少吨？

2R1R3R1R2R3R4R4Ema)b)UoR2测量吊车起吊重物重量的拉力传感器示意图

4.5 、下图所示为一直流电桥，供电电源电动势E?3V，R3?R4?100?，R1和R2 为相同型号的电阻应变片，其电阻均为100?，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000??，试求此时电桥输出端电压UO。

ER1R2R2R4R3U0R1F4.6容式、电感式、电阻应变式传感器的测量电路有何异同？举例说明。 解答：电容式传感器的测量电路

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采用环形二极管充放电法，具体电路下图2（P147）所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R的并联，R上的电压为U0，则有：

BD1CxU0?RI?Rf?E(Cx?Cd)

其中，Cx为电容式液位计的电容值，

Vi1AV V VD2f为方波的频率，ΔE=E2-E1为方波的

幅值，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节

E1AE2T1T2eR C i4C VD4i2CCd?C0?2??H，则输出电压U0D1ndi3Cd环形二极管电容测量电路原理图

与液位h之间呈线性关系。

4.19 试对利用霍尔式传感器实现转速测量进行解释。

n?f?60( / )Z

解：转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上小磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。

n-转速；f-信号频率；Z-槽数。

4.20 某电容式液位传感器由直径为40mm和8mm的两个同心圆柱体组成。储存罐也是圆柱形，直径为50cm，高为1.2m。被储存液体的εr＝2.1。计算传感器的最小电容和最大电容以及当传感器用在该储存罐内时的灵敏度。（真空介电常数ε0＝8.854310F/m）（10分）

提示： 套管型电容的的计算公式为C?-12

2??L?12，真空介电常数为8.85?10F/m Dlnd

13 VD3

【解答】已知传感器的电容量C被测液位高度h成正比，则当h＝0时电容量最小，

Cmin2??0h2???8.854?10?12?1.2???41.46pF。…………3分 ln(r2/r1)ln(1008)同理，被测液位高度最大时，传感器的电容量最大，

Cmax2??0?rh2???2.1?8.854?10?12?1.2???87.07pF。……………3分 ln(r2r1)ln(128)储存罐的容积为V??d2h4???(0.5)2?1.24?235.6L，

故传感器的灵敏度为K?Cmax?Cmin87.07?41.46??0.19pF/L。……4分

V235.64．21 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。 4．22 常用于测量压力的方法中，按工作原理可以分为哪四种？ 答：常用于测量压力的方法按原理可以有四种方法： 1)以流体静力学原理为基础制成的液压式测压法。

2)根据弹性组件受力变形原理并利用机械机构将变形量放大的弹性变压测压法 3)基于静力平衡原理与作用在已知面积上重量相比较的负荷测压法。 4)通过弹性组件制成测力传感器将被测压力转换成电阻量、电感量、电容量、

频率量等各种电学量测压力的方法。

第5章 阐述题

1.超声波测量流量/液位的原理：

电路管道B1LB2超声波传感器1超声波传感器2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

Lt?1 流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度， 因此超声波

c?v2LvL?t?t?t?21 14 22t2?c?vc?v

传播时间差为

由于c>>v, 从上式便可得到流体的流速， 即

2． 电容式物位计原理《传感器P48》 3

．

简

述

相

位

差

式

转

矩

测

量

仪

的

工

作

原

理

。

c2v??t2L

采用相位差式转矩测量仪时，在转轴上固连一对测量圆盘（1,2），在基座上安装一对信号拾取器（3,4）。当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为零，且随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相对扭转角、扭矩成正比。

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4.阐述振动加速度测量原理：推导见P179

5. 阐述酒精测试仪原理P235

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第6章 综合设计题（每题10分）。

1、 选用一种传感器来设计一种酒店大厅的自动门控制器。主要功能是：客人走进门，门

自动为客人打开，人离开门后门自动关闭。答题要求： （1） 根据功能要求画出控制器的原理框图；

说明你所选用传感器的理由； （2） 阐述你所设计的控制器工作原理；

2、 试设计一个教室灯光自动控制器，该控制器保证教室的光强度适合于人阅读，同时达

到解决能源的目的。

答题要求：1）、画出控制器的电路结构框图； 2）、分析电路的工作原理. 3.根据所学知识，设计一数显温度计 数显温度计的主要技术指标为：

a、 测温范围为33℃~43℃； b、 精度为±0.1℃； c、 数字显示。 答题要求：

①阐述原理 ………………….3 ②设计思想…………………………………….3 ③框图 ……………….4

EG1 采用数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用51 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

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