《检测技术及仪表》模拟卷试题参考文献.docx

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《检测技术及仪表》模拟卷试题参考文献

机电一体化技术（航空电气方向）专业

《检测技术及仪表》

形成性考核作业册

姓名_________________

学号_________________

分校_____

信息技术与机电工程系

2013年9月

《检测技术及仪表》形成性考试作业一

成绩__________

教师签名__________

日期__________

第1章绪论

思考题与习题

1-1.单项选择题

1）用万用表交流电压档（频率上限仅为5kHz）测量频率高达100kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于  B  。

用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.7V，该误差属于  A 。

A.系统误差    B.粗大误差    C.随机误差    D.动态误差

1-2.指出下列情况哪些属于随机误差，哪些属于系统误差，或两者皆有？

1）电压表刻度不均匀；2）米尺因温度改变而伸缩；3）天平未调水平；4）游标卡尺零点不准；5）电子秤内部温度与环境不一致产生温漂；6）加热丝的电阻随温度变化对恒温器温度带来的误差；7）电压表视差；8）电桥检流计的零点漂移；9）欧姆表的接触电阻；10）电网电压的变化对恒温器加热功率带来的误差。

答：

1、系统；2、系统；3、系统；4、系统；5、系统+随机；

6、系统；7、随机；8、系统；9、系统+随机；10、随机。

1-3.某压力表准确度为2.5级，量程为0～1.5MPa，求：

1）可能出现的最大满度相对误差γm。

2）可能出现的最大绝对误差△m为多少千帕？

3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差γx。

答：

1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即γm=±2.5%

2）△m=γmAm=±2.5%×1.5Mpa=±0.0375Mpa=±37.5kPa

3）γx=△m×100%/Ax=±0.0375×100%/0.70=±5.36%

1-4.现有准确度为0.5级的0～300℃的和准确度为1.0级的0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？

答：

经计算，用0.5级表以及1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差分别为±1.88%和±1.25%。

计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差的绝对值反而小，所以更合适。

1-5现对一个量程为60MPa，压力表进行校准，测得数据如下。

仪表刻度值/MPa

0

10

20

30

40

50

60

标准仪表示值/MPa

0.0

9.8

20.1

30.3

40.3

50.4

60.1

绝对误差/MPa

修正值/MPa

试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该压力表的精度等级。

解:

数据如下。

仪表刻度值/MPa

0

10

20

30

40

50

60

标准仪表示值/MPa

0.0

9.8

20.1

30.3

40.4

50.2

60.1

绝对误差/MPa

0

0.2

-0.1

-0.3

-0.4

-0.2

-0.1

修正值/MPa

0

-0.2

0.1

0.3

0.4

0.2

0.1

1-6.最大绝对误差为0.4Mpa

该压力表精度等级为1级

被测对象温度为200℃左右，现有以下几种规格的温度计，试从提高测量精度的角度出发，应选哪一种温度计，为什么？

A表量程0~300℃精度等级1.5级

B表量程0~400℃精度等级1.5级

C表量程0~500℃精度等级1.0级

解：

A表△A=300×±1.5%=±4.5℃

△B=400×±1.5%=±6℃

△C=500×±1.0%=±5℃

《检测技术及仪表》形成性考试作业二

成绩__________

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日期__________

第2章电阻传感器

2-1.希望用温度传感器控制养鸡场的室内温度，请你做一个方案，要求如下：

1）上网查阅有关养鸡场的资料和鸡舍温度要求；2）写出你的设计方案和所实现的技术指标；3）画出养鸡场的加热、测温设备布置图；4）画出温度测控系统的原理框图；5）简要说明温度测控系统的工作过程。

答：

1、育雏期的人工保温：

雏鸡的绒毛稀短，体温调节机能不健全，保温能力差，在低温环境中，容易受凉而引起拉稀或产生其它疾病，甚至被冻死，所以，雏鸡要给以人工保温。

育雏期以后的温度控制：

育雏期以后的雏鸡，体温调节机能已基本健全，一般不必继续保温。

但是，适宜的舍内温度有利于健康和增重，提高饲料转化率，故这时仍需注意调节舍内温度，最适宜的温度是15—28℃。

2、采用低成本器件实现较高精度的温度控制，具有一定的实用性，通过温度传感器将采集到的温度信号转化成与之对应的电信号（电压或电流），经过处理放大后通过A/D转换器进行A/D转换，将得到的数字信号输入到单片机中进行处理，并通过外围设备（屏幕）显示。

处理过程即为判断室内温度，并控制加热系统（如进气口的开度、燃料的入量等），最终达到温度设定值。

实现的技术指标：

1.使鸡场内的温度始终保持在一个合适的范围内，根据不同的外界环境设定温差允许的精度，以便于满足肉鸡生存坏境的需要。

2.温控器同时配制LED数码显示或液晶屏显示，实时显示室内的温度。

3.温控器在检测到室内的温度超过上下限，并已经超出温控系统的调控范围时，能够通过声光报警提示人们注意并作出相应的调整以满足温度要求。

3、

4、温度测控系统的原理框图如下图所示：

5、温度测控系统的工作过程：

由温度传感器检测鸡舍环境温度，使之维持在一个相对恒定的范围之内（可设定），若温度低于设定值的最低值，则启动加热设备，使温度升高；若温度高于最高温度，则可开启通风设备，使温度降低；使之成为一个温度反馈系统，保持温度的恒定。

《检测技术及仪表》形成性考试作业三

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第3章电感传感器

3-1.请上网查阅有关资料，并简要写出汽车车速里程表原理。

车速表主要由永久磁铁、铝罩、护罩、刻度盘和表针等组成，永久磁铁与主动轴紧固在一起，主动轴由来自变速器输出轴的挠性软轴驱动，指针、铝罩固接在中心轴上，刻度盘固定在表外壳上。

不工作时，铝罩在游丝的作用下，使指针位于“0”位。

当汽车行驶时，软轴驱动主动轴带动“U”形永久磁铁旋转，在铝罩上感应出电涡流而产生磁场，这个磁场与永久磁铁的旋转磁场相互作用产生钮矩，使铝罩向永久磁铁旋转方向转过一定角度，直到由游丝的弹力所产生的反方向扭矩与之平衡。

车速越高，产生的扭矩越大，指针在刻度盘上摆动的角度就越大，即指示的车速就越高。

里程表主要由蜗轮蜗杆和数字轮组成，当汽车行驶时，主动轴经三对蜗轮蜗杆驱动数字轮上的最右侧的第一个数字轮（一般为1/10Km），任一个数字轮与左侧相邻的数字轮传动比都为10：

1，这样显示的数字呈十进位递增，便自动累积了汽车总的行驶里程。

3-2.某二线制电流输出型压力变送器的产品说明书注明其量程范围为0～200Pa，对应输出电流为4～20mA。

求：

当测得输出电流I=12mA时的被测压力p。

答：

因为该仪表说明书未说明线性度，所以可以认为输出电流与被测压力之间为线性关系，即I与p的数学关系为一次方程，所以有I=a0+a1p（式中a0、a1—待求常数）。

当p=0时，a0=4mA；当p=200Pa时，I=20mA，代入上式得a1=0.08mA/Pa，所以该压力变送器的输入/输出方程为I=4mA+0.08（mA/Pa）p，将I=12mA代入上式得p=（I-a0）/a1=[（12-4）/0.08]Pa=100Pa 

《检测技术及仪表》形成性考试作业四

成绩__________

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日期__________

第4章电涡流传感器

4-1.电焊条外面包有一层药皮。

在焊接时，药皮熔化，覆盖在高温熔融焊料上面，起隔绝空气、防止氧化作用。

如果药皮涂敷不均匀会影响焊接质量。

图4-24是检测药皮厚度均匀度的示意图。

请分析填空:

1）因为电焊条药皮是__不导电_____（导电/不导电）材料，所以对电涡流探头不起作用。

2）药皮越薄，电涡流探头与金属焊条的间距就越__小____，焊条表面的电涡流就越___大___，电涡流探头线圈的等效电感量L就越__小____，调频式转换电路输出频率f就越__大__。

根据f的大小可以判断出药皮的厚度是否合格。

4-2.工业或汽车中经常需要测量运动部件的转速、直线速度及累计行程等参数。

现以大家都较熟悉的自行车的车速及累计公里数训练仪的设计为例，来了解其他运动机构的类似原理。

现要求在自行车的适当位置安装一套传感器及有关电路，使之能显示出车速（km/h）及累计公里数（km）等。

当车速未达到设定值（vmin）时绿色LED闪亮，提示运动员加速；当累积公里数达到设定值（Lmax）时，红色LED闪亮、蜂鸣器响，提示运动员停下休息，计数器同时复位，为下一个行程做准备。

具体要求如下：

1）你所选择的测圈数的传感器是_电涡流转速传感器___；2）画出传感器及显示器在自行车上的安装简图（必须较形象的画出自行车及传感器，并标出传感器的安装位置）；3）画出测量转换电路原理框图（包括显示电路、电源等）；4）设自行车后轮直径为26in（1in=25.4mm），请写出公里数L与车轮直径D（m）及转动圈数N之间的计算公式：

L=_NπD__m；写出车速v与每圈转动的距离及所花时间t1之间的关系：

v=_0.06nπD__km/h；5）简要说明工作原理。

答：

工作原理：

1.观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及转速成正比，因此应将注意力集中到自行车的前、后轮上。

设车轮的直径为D（m），则周长l=πD，车轮转动的圈数即为自行车行驶距离的基本参数。

若转动圈数为N，则累计路程L=Nl=NπD；若每分钟转动的圈数为n（n=N/t，圈/分钟）则车速v=60nl/1000（km/h）=0.06nπD（km/h）。

《检测技术及仪表》形成性考试作业五

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日期__________

第5章电容传感器

5-1．单项选择题

1）轿车的保护气囊可用__D____来控制。

A.气敏传感器  B.湿敏传感器  

C.差动变压器D.电容式加速度传感器

5-2.某两线制4～20mA电流输出型仪表的电源电压为24V，变送器的最低工作电压为12V，传输线路共1km，传输电阻为100Ω，试求：

1）最大取样负载电阻RL可以达到多少欧？

2）当取样电阻RL取250Ω时，取样的最大输出电压U0为多少伏？

3）当取样电阻RL取250Ω时，传输线的电阻值最多为多少欧？

4）当采取HART通信方式时，取样电阻RL不应低于多少欧？

答：

1、最大采样电阻对应最小电流最大工作电压即：

24/0.004=6000Ω，所以最大负载电阻=6000-100=5900Ω。

2、0.02*250V=5V

3、12/0.02=600Ω,600-250=350Ω

4、250Ω

5-3.谈谈轿车防“侧向碰撞”的传感器选择和安装，并画出简图。

答：

侧向碰撞加速度传感器。

当车辆侧向发生碰撞时，加速度传感器将碰撞信号传递给安全气囊系统，控制车内所有安全气囊起爆，同时将此信号传递到车身电脑系统和燃油控制单元，实现燃油切断功能。

车身电脑系统接收到安全气囊起爆信号后，自动对车门解锁，保证驾乘者顺利脱离车舱。

《检测技术及仪表》形成性考试作业六

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日期__________

第6章电阻传感器

6-1.某压电元件用于测量振动，灵敏度d11=100×10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=1000pF，Rf=10MΩ，测得图6-4中A1的输出电压Uo=0.2V，求：

1）压电元件的输出电荷量Q的有效值为多少库伦？

2）被测振动力F的有效值为多少牛顿？

3）电荷放大器的灵敏度KQ为多少mV/pC？

4）该电荷放大器的下限截止频率为多少？

答：

1）Q=CfUo=（1000×10-12×0.2）C=200pC

2）KQ=U/Q=200V/200×10-12C=1mV/pC

3）F=Q/d11=200×10-12V/（100×10-12V/N）=2N

4）fL=1/（2πRfCf）≈1/（2×3.14×10×106×1000×10-12s）=16Hz

6-2．用图6-5所示的压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为250×10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=2000pF，测得输出电压U0=5sinwt（V）。

求：

1）该压电式传感器产生的总电荷Q（峰值）为多少pC？

2）此时作用在单向脉动力传感器上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？

答：

1、Q=Cf*U0=2000*5=10000pC

2、Fm=Q/d11=2000*10-12*5/20*10-12=500

所以ΔF=500sinwt

《检测技术及仪表》形成性考试作业七

成绩__________

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日期__________

第7章超声波传感器

7-1.超声波液位计原理图如图7-14所示，从显示屏上测得t0=2ms，th1=5.6ms。

已知水底与超声探头的间距h2为10m，反射小板与探头的间距h0为0.34m，求液位h。

答：

由于c=2h0/t0=2h1/th1，所以有h0/t0=h1/th1，

h1=h0th1/t0≈（5.6×0.34/2.0）m=0.95m

所以液位h为：

h=h2-h1=（10-0.95）m=9.05m

《检测技术及仪表》形成性考试作业八

成绩__________

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日期__________

第8章电阻传感器

8-1．单项选择题

1）测量玻璃纤维和碳纤维复合材料制作的风力发动机叶片的疲劳裂痕，应选用__A____探伤；测量储油罐底部的腐蚀缺陷，应选用__A____探伤。

A.超声波  B.漏磁   C.磁记忆    D.电涡流

2）某霍尔电流传感器的额定匝数比为1/1000，额定电流值为300A，被测电流母线直接穿过铁心，测得二次电流为0.15A，则被测电流为__D____A。

A.0.15  B.45   C.0.15×10-3 D.0.15×103E.0.045

《检测技术及仪表》形成性考试作业九

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日期__________

第9章热电偶传感器

9-1.用镍铬-镍硅（K型）热电偶侧炉温时，冷端温度t0=30℃，在直流毫伏表上测得的热电动势EAB（t，30℃）=38.505mV，试求炉温为多少？

答：

查看镍铬-镍硅热电偶（见附录D）分度表，测得EAB（30℃，0℃）=1.203mV，根据EAB（t，0℃）=EAB（t，t0）+EAB（t0，0℃）有：

EAB（t，0℃）=EAB（t，30℃）+EAB（30℃，0℃）=（38.505+1.203）mV=39.708mV。

反查K型热电偶的偶分度表，得到t=960℃

《检测技术及仪表》形成性考试作业十

成绩__________

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日期__________

第10章光电传感器

10-1.请谈谈如何利用热释电传感器及其他元器件实现宾馆玻璃旋转门的自动启停，并防止夹手的保护措施有哪几种？

答：

实现宾馆玻璃大门的自动开闭：

被动式热释电红外探头：

人体都有恒定的体温，一般在37。

C左右，会发出10nm左右特定波长的红外线，被动式热释电红外探头（又叫红外人体探测传感器）就是靠探测人体发射的红外线而进行操作的。

红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生报警信号。

被动式热释电红外探头包含两个互相串联或并联的热释电元件，而且制成的两个电极方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件儿乎具有相同的作州，使其产生的释电效应相互抵消，于是传感器无信号输出。

当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生温差△T，则有信号输出，大门开启；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。

《检测技术及仪表》课程期末考试复习

1.课程教材：

《自动检测技术与转换技术》梁森（第3版），机械工业出版社

2.期末考试比例（大约）：

单项选择20分；填空20分；多项选择12分；简答题26分；分析设计题22分。

3.复习样题

一、填空题

1.传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。

静态特性指标的有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、稳定性等。

2.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为模拟式测量和数字式测量。

3.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以分为在线测量和离线式测量。

4.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以分为偏位式测量、微差式测量和零位式测量。

5.某0.1级电流表满度值

，测量

的绝对误差为±0.1mA。

6、服从正态分布的随机误差具有如下性质集中性、对称性、有界性。

7.硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光电流在很大范围内与照度与呈线性关系。

8.把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用差动形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

9、霍尔传感器的霍尔电势UH为KHIB若改变I或B就能得到变化的霍尔电势。

10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量微小的位移。

11.压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量频率太低的被测量，特别是不能测量静态值。

12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性好灵感度提高一倍、测量精度高。

13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：

端恒温法（冰浴法）、计算修正法、电桥补偿法和仪表机械零点调整法。

14．空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器。

15.从原理来分，电容式传感器结构类型有：

变面积式、变极距式、变介电常数式。

16.变极距式电容传感器的电容变化与极板间距之间的关系是成非线性关系，为了减小这种关系带来的测量误差，常采用差动结构来解决。

17.电涡流式传感器分反射式和透射式两种，透射式是采用低频（选“高频”或“低频”）的激励方式。

18.电涡流式传感器与激励源频率的关系是：

频率越高，电涡流的渗透深度越浅，趋肤效应越严重。

19.变气隙自感传感器为了消除非线性误差，可采用差动结构。

20.在测量次数足够多的情况下，如某个数据的剩余误差的绝对值明显大于真值，可认为该测量值为粗大误差，该坏值应予剔除。

21.各类传感器的测量放大器的作用是放大微弱电信号。

此外，还要求能对干扰信号有很强的抑制能力。

22.电感式传感器结构类型有：

电涡流式变压器、自感式变压器和互感式变压器。

23.通常压电陶瓷材料的压电常数比石英的压电常数大（选“大”或“小”）。

24.压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应。

它是典型的自发电式传感器。

25.热电偶的热电势由温差电势和接触电势两部分电势组成，实际应用其冷端温度应保持在零度，否则要进行冷端温度补偿。

二、单选题

1.随机误差小表示测量结果的。

（A）

A.准确度高B.精密度高C.精度高D.绝对误差小

2.准确度高表明测量结果的。

（C）

A.系统误差小B.系统误差大C.随机误差小D.随机误差大

3.差动电感传感器中的相敏电路的作用是（D）

A、放大信号B、检测出衔铁移动距离

C、提高灵敏度D、检测出衔铁移动方向

4.（C）指传感器在稳定状态下输出变化值与输入变化值的比。

A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度

5.（A）指传感器能检出被测信号的最小变化量。

A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度

6.热敏电阻是将被测量转换为（D）

A.电压变化B.电流变化C.电荷变化D.电阻变化

7.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择  C  测量转换电路。

A.单臂电桥    B.半桥    C.差动全桥 

8.湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了  B  。

A.提高灵敏度  B.防止产生极化、电解作用C.减小交流电桥平衡难度

9.当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部印制板漏电增大，机箱上有小水珠出现及电路板有结露等，影响了仪器的正常工作。

该水珠的来源是  C  。

A.从天花板上滴下来的

B.由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴

C.空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴

10.在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用  D  传感器来检测。

A.应变片    B.热敏电阻    C.气敏电阻  D.湿敏电阻

11.希望线性范围为±1mm，应选择绕组骨架长度为___B___左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。

A.2mm    B.20mm    C.400mm    D.1mm

12.反射式电涡流传感器激磁线圈的电源是___C___。

A.直流B.工频交流C.高频交流D.以上都不对

13.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了__C____。

A.提高灵敏度      

B.将输出的交流信号转换成直流信号

C.使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度

14.希望线性范围为±1mm，应选择绕组骨架长度为___B___左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。

A.2mm    B.20mm    C.400mm    D.1mm

15.在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入相等厚度的___C___，可测得最大的电容量。

A.塑料薄膜    B.干的纸    C.湿的纸    D.玻璃薄片

16.电容传感器中两极板间的电容量与下列哪项无关D。

A.极板间相对覆盖的面积B.极板间的距离

C.电容极板间介质的介电常数D.极板的厚度

17.收音机调台是通过调节下列哪种电容值来改变谐振频率的B。

A.变极距式    B.变面积式    C.变介电常数式

18.压电式传感器目前主要用于测量B。

A.静态的力或压力B.动态的力或压力C.速度

19.压电式传感器的