现代检测技术与仪表孙传友

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《现代检测技术及仪表》第2版习题解答

孙传友编

第1章

1-1答：

钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。如果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。仪器工业是信息工业的重要组成部分。

1-2答：

同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性：

1、便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。

2、电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。

3、把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。

4、

第5章

5-1

答：相同点：磁敏二极管和磁敏三极管都是PN结型的磁敏元件，都有本征区I，本征区I的长度较长，其一个侧面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面处容易使电子—空穴对复合而消失，称为r(recombination)面(或r区)，

不同点：磁敏二极管的结构是在高阻半导体芯片(本征型)I两端，分别制作P、N两个电极，形成P-I-N结。当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流。当磁敏二极管受到外界磁场H+(正向磁场)作用时，电子和空穴受到洛伦兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合消失速度比光滑面I区快，因此形成的电流因复合速度快而减小。当磁敏二极管受到外界磁场H-(反向磁场)作用时，电子—空穴对受到洛伦兹力作用向光滑面偏转，电子—空穴的复合率明显减小，因而形成的电流变大。磁敏二极管反向偏置时，仅流过很微小电流，几乎与磁场无关。

磁敏三极管的结构是在弱P型近本征半导体（本征区I）上，用合金法或扩散法形成三个结，即发射结、基极结、集电结。当磁敏三极管未受到磁场作用时，基极电流大于集电极电流，使β=Ic/Ib<1。受到正向磁场(H+)作用时，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电极电流显著下降，当反向磁场(H-)作用时，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。

5-2

检测技术与仪表

——简答题

1、测量一定存在误差，这种说法说法是否正确？为什么？ 答：由于测量仪器的精度有限，测量环境的影响以及测量方法科学合理性、人员等方面的原因，测量一定存在误差。 2、说明一个理想的传感器应具备哪些性质？

答：单值性：阻值随温度变化成单值关系，最好是线性关系；

复现性：在不同的测量条件下测量值应在一定的准确度

内一致；

选择性：阻值只对温度变化敏感，否则将产生误差； 超然性：对温度场的干扰尽可能小； 灵敏性：相对温度系数要大；

稳定性：在规定的工作条件下保持其恒定的计量性能； 经济型：价格可能被介绍。

3、仪表的防爆和防护是否相同？为什么？

答：不相同。仪表的防爆是易燃易爆环境下对电动仪表使

用提出的要求；而防护是指仪表能否在制定的环境下正常运行。

4、什么是仪表的上限、下限和量程？

答：测量范围的最高值称为仪表的上限，测量范围的最低

值称为仪表的下限；测量上限与测量下限代数差的模称为量程。

5、仪表的三大组成部分指的是什么？各部分有什么作用？ 答：传感器：与被测量直接联系，感受被测量的变化，并

发出一个

第１章 绪论

1.1.1传感器的基本概念 一、 传感器的定义

国家标准定义――“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转

换成可用信号输出的器件或装置。”（当今电信号最易于处理和便于传输）

通常定义――“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”

或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。

二、 敏感器的定义――把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置

１、当X?Z即被测非电量X正是传感器所能接受和转换的非电量(即可

用非电量)Z时，可直接用传感器将被测非电量X转换成电量Y。 ２、当X?Z即被测非电量X不是传感器所能接受和转换的非电量(即

可用非电

量)Z时，就需要在传感器前面增加一个敏感器，把被测非电量X

转换为该传

感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)Z。

1.2.2传感器的分类和命名法 一、 传感器的类型

二、传感器的分类方法：按照被测的非电量分类，

按照输出量的性质

1.3 检测仪表与系统概述

1.2.

1检测仪表与系统的基本组成

传感器:把被测的非电量变换成电量

测量电路:把传感器的输出电量变成电压或电流信号 显示装置:显示测量结果。模拟显示

数字显示 图像显示

1.3.2常规检测仪表与系统的基本类型

二、普通

第１章 绪论

1.1.1传感器的基本概念 一、 传感器的定义

国家标准定义――“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转

换成可用信号输出的器件或装置。”（当今电信号最易于处理和便于传输）

通常定义――“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”

或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。

二、 敏感器的定义――把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置

１、当X?Z即被测非电量X正是传感器所能接受和转换的非电量(即可

用非电量)Z时，可直接用传感器将被测非电量X转换成电量Y。 ２、当X?Z即被测非电量X不是传感器所能接受和转换的非电量(即

可用非电

量)Z时，就需要在传感器前面增加一个敏感器，把被测非电量X

转换为该传

感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)Z。

1.2.2传感器的分类和命名法 一、 传感器的类型

二、传感器的分类方法：按照被测的非电量分类，

按照输出量的性质

1.3 检测仪表与系统概述

1.2.

1检测仪表与系统的基本组成

传感器:把被测的非电量变换成电量

测量电路:把传感器的输出电量变成电压或电流信号 显示装置:显示测量结果。模拟显示

数字显示 图像显示

1.3.2常规检测仪表与系统的基本类型

二、普通

昆明理工大学 课程设计

摘要

压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部产生极化现象，会在其表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后它又会恢复到不带电的状态，物体产生的电荷与外力成正比，电荷的极性随外力方向改变而变化，这种现象称为压电效应。压电材料 它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电传感器广泛应用在科学研究、教学试验上。压电式传感器大致可以分为4种，即:压电式测力传感器，压电式压力传感器，压电式加速度传感器及高分子材料压力传感器。

关键词：压电效应；工作原理；组成结构；测量原理图；特性及参数选择；应用；发展趋势

1

昆明理工大学 课程设计

目录

引言..............................................................................................................

第1章习题解答

１、在图1-1-3（b）中，表头的满偏电流为0.1mA，内阻等于4900Ω，为构成５mA、50 mA、500 mA三挡量程的直流电流表，所需量程扩展电阻R1 、R2、R3分别为多少？ （1Ω、9Ω、90Ω）

解：据公式(1-1-8)计算得R1+R2+R3=Rg

I3 1Ig=4900Ω=100Ω， 5mA 10.1mA

R1+R2=

Ig

I1IgI2(Rg+R1+R2+R3)=0.1mA×(4900Ω+100Ω)=10Ω， 50mAR1=(Rg+R1+R2+R3)=0.1mA×(4900Ω+100Ω)=1Ω 500mA

故R2=9Ω,R3=90Ω

２、在图1-2-2中，电压表V的“Ω/V”数为20kΩ/V,分别用5V量程和25量程测量端

（2.50V，4.17V，5.01 电压U0的读数值分别为多少?怎样从两次测量读数计算求出E0的精确值?

V）

解：5V档量程内阻 RV1=20k25V档量程内阻 RV2=20k()×5=100kΩ， ()×25=500kΩ。

图1-2-2中 E0=5伏，R0=100kΩ，

5V档读数V01=RV1100 E0= 5=2.5V， RV1+R0100+100

RV2500 E0=

班级： 姓名： 准考证号： 任课教师 考场教室 座位号 ―――――――――――――――――――装 订 线――――――――――――――― 第 1 页 共 2 页

中国民航大学2012－2013学年第1学期

《 现代检测技术 》考试试卷

课程编号： 试卷类型： A 考试形式：闭卷笔试 考试日期： 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总分 注意事项：1.试卷后一页为草稿纸，可以撕下；2.不准携带任何书籍、资料、纸张等。

1. 压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。

2. 热电偶产生的热电动势由哪几种电动势组成，试证明热电偶的标准电极定律。

3. 说明光电效应的分类，并列举出典型的器件。（6分）

4. 简述空速管工作原理, 说明全压、静压与气流的相对关系。（4分）

5． 什么是压电效应？ 压电传感器等效电路的主要形式有哪几个？ 压电式传感可以测量哪些物理量？（6分）

第一章

1、 检测系统通常由哪几个部分组成？各类检测系统对传感器及信号调理电路的一般要求

是？

答：

传感器要求准确性、稳定性、灵敏性、耐腐蚀性好、低能耗等。信号调理要求能准确转换、稳定放大、可靠的传输信号，信噪比高、抗干扰能力要好。

2、 试述信号调理和信号处理的主要功能和区别，并说明信号调理单元和信号处理单元通常

由哪些部分组成？

答：信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波，转换，滤波，放大等，以便检测系统后续处理或显示。 信号处理模块是自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和大脑相类似。

信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。

信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器（DSP）和大规模可编程集成电路，或直接采用工业控制计算机来构建。

第二章

1、什么是绝对误差？什么是相对误差？什么是引用误差？

答:（1）绝对误差是测量结果与真值之差，绝对误差＝测量值－真值

（2）相对误差是绝对误差与被测量值之比，常用绝对误差与仪表示值之比，以百分数表示，相对误差＝（绝对误差／仪表示值）×100%

（3）引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示。引用误差＝（绝对误差／量

现代检测理论大作业

现代检测理论大作业

目 录

1 测控系统的理论基础 .......................................................................................................... 1

1.1 拉格朗日插值 ............................................................................................................... 1

1.2 自然三次样条插值 ....................................................................................................... 1

2 测控系统的感知技术 .......................................................................................................... 4

2.1 传感器的静态特性及主要指标 .......