河北农大现科院检测技术复习资料孟庆臣.docx
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河北农大现科院检测技术复习资料孟庆臣
检测技术
复习资料
主编：
孟庆臣杨文娟
一、2010-2011年真题
、简答题（每小题6分，共42分）
1.简述传感器的定义及组成。
2.金属电阻应变片和半导体应变片在工作原理上有何不同？
各有什么优缺点？
3.差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？
怎样减小和消除它的影响？
4.说明电容式传感器检测导体或绝缘体时的工作原理。
5.如果磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路获得相对应的
速度和加速度？
6.说明热电偶冷端处理的重要性。
冷端温度处理的方法有哪些？
7.在直流电桥测量电路中，说明差动桥电路为什么能够自动补偿外界干扰（例如温度）对输出的影响？
三、计算题（共15分）
1.将一只灵敏度为0.04mv/C的热电偶与毫伏表相连，已知电压表接线端温度为30C,毫伏表的输出为30mv,求热电偶热端的温度为多少？
（5分）
2.以阻值R=120Q，灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为120Q的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V,并假定负载为无穷大，当应变片的应变为2和2000时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
（10分）
四、综合题（共25分）
设计一宾馆智能保安系统，系统包括：
（1）客房火灾报警系统（火焰、温度、烟雾监测等）；
（2）宾馆大堂玻璃门来客自动开门、关门系统。
设计要求：
安装方便，价格适中。
答题步骤：
1.设计思路（简述该系统原理及结构）；
2.总体构成（用原理框图或图文描述该系统方案）
3.方案分析（分析本设计的优点、缺点）。
、填空题
前30题由毛月蓉同学总结
31、传感器由、、三部分组成。
32、有一温度计，它的量程范围为Os200C,精度等级为0.5级。
该表可能出现的最大误差为，当测量100C时的示值相对误差为。
33、热电阻主要是利用电阻随温度升高而这一特性来测量温度的。
34、金属电阻的是金属电阻应变片工作的物理基础。
35、绝对误差是与之差。
36、测量范围为一20mA到20mA模拟指针仪表，测得一个实际值是10mA的电流，测
得的结果是11mA则满度相对误差m=。
37、衡量传感器静态特性的主要技术指标有、、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性、漂移、可靠性等。
38、电阻应变片接入电桥电路的三种接法分别为、、。
39、减小霍尔元件温度误差的补偿方法有、。
40、影响电容式传感器可变电容大小的因素有、、。
41、形成干扰必须的三个条件是、、。
42、压电传感器串联输出型可等效为并联输出型可等效为。
43、光敏电阻的主要参数有、、、。
44、产生电磁干扰的三要素有、、。
三、选择题<仅供参考>
1．以下误差在数据处理时应该剔除的是。
A粗大误差B绝对误差
C系统误差D随机误差2．不能实现非接触式测量的传感器是。
A压电式传感器B电涡流式传感器
C光电式传感器D超声波传感器
3．金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是。
A机械滞后B温漂C蠕变D横向效应
4．湿空气的露点是指在不变的情况下降温，使湿空气达到饱和，并出现
第一滴液滴时的温度。
A空气温度和总压力B总压力和湿度
C湿度和水蒸气分压D空气温度和水蒸气分压
5.传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的的是。
A转换元件B敏感元件C转换电路D放大电路
6.热电偶的冷端补偿法中，应用最广泛的是。
A冷端恒温法B补偿导线法
C计算修正法D电桥补偿法
7.压电材料按一定方向置放在电场中，其几何尺寸发生变化，称为效应。
A压电B压阻C逆压电D压磁
8.传感器能感知的输入变量越小，表示传感器的。
A重复性越好B可靠性越高
C分辨率越高D稳定性越好
9.下列传感器中，属于发电型测力传感器的是。
A电容式传感器B自感式传感器
C压电式传感器D电阻式传感器
10.对压电式加速度传感器，希望其固有频率。
A.接近零B.尽量低些
C.尽量高些D.任意
11..非线性度是表示校准曲线的程度。
A.接近真值B.偏离拟合直线
D.重复性
C.正反行程不重合
12.半导体应变片具有等优点。
A.灵敏度高B.温度稳定性好
C.可靠性高D.接口电路复杂
13.将电阻应变片贴在上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感
器。
A.质量块B.导体
C.弹性元件D.机器组件
14.半导体热敏电阻的电阻率随着温度上升，电阻率
A.
上升
B.迅速下降
C.
保持不变
D.归零
15.
测量范围大的电容式位移传感器的类型为
A
．变极板面积型
B
．变极距型
C
．变介质型
D
．容栅型
16.在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。
A、电容式B、电阻式C、热电偶D、电感式
17.热电阻测量转换电路采用三线制是为了
C、减小非线性误差
D、提高电磁兼容性
A、提高测量灵敏度B、减小引线电阻的影响
18.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___
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
19.用涡流传感器测量齿数Z=60的齿轮的转速，测得f=400Hz，则该齿轮的转速n等于______r/min。
A.400B.3600C.24000D.60
填空31-44题和选择1-19题参考答案
31.敏感元件、转换原件、测量电路
32.1C1%
33.升高
34.电阻应变效应
35.测量值、真值
36.±2.5%
37.线性度、迟滞
38.单臂工作桥工作方式、半桥工作方式、全桥工作方式
39.恒温措施补偿、恒流源温度补偿
40.板间覆盖的面积、介电常数、极距
41.干扰源、受干扰体、干扰传播途径
42.电压放大器、电荷放大器
43.暗电阻和暗电流、亮电阻和亮电流、光电流、响应时间
44.电磁干扰源、接收载体、电磁干扰信号耦合的通道
1-5AADBB6-10BCCCA11-15BACBD16-19CBCA
四、简答（计算）题
1、叙述传感器的定义及传感器的组成。
传感器：
一种将被测量转换成电信号的装置。
构成：
敏感元件、转换元件、测量电路。
2、叙述传感器的静态特性和动态特性的定义。
研究静态及动态特性有何意义？
静态特性是指被测量与输出量均处于稳定状态的输出-输入关系。
在被测量随时间变
化的情况下，传感器的输出量跟随输入量变化的能力，用动态特性的指标来描述。
意
义：
为了掌握一种揭示传感器性能指标的方法，从而全面去衡量传感器的性能差异及
优劣。
3、绝对误差与相对误差有区别吗？
研究测量误差的意义是什么？
有区别。
绝对误差描述了测量出来的实际值与真值之间的偏差。
相对误差则是误差△
x与被测量的平均值的比值。
意义：
测量质量优劣程度，用相对误差来说明测量的质量更准确。
4、重复性与迟滞特性有什么区别？
传感器在正向和反向时，输出特性曲线不重合的程度，称为迟滞。
传感器在被测量按同一方向做多次全量程实验时，所得到的输出特性曲线的不一致程度，用重复性来表示。
5、分辨率与分辨力的区别是什么？
分辨力：
传感器能够测量到的最小输入变化量△x，它代表了传感器的最小量程，与
输入量同量纲。
分辨率：
表示传感器的分辨能力，用于说明其分辨质量。
6、线性化的意义是什么？
线性化的方法有哪些？
非线性特性没有线性特性所具有的便利性质，因此常常用线性代替非线性，称为非线性的线性化。
方法：
理论线性度、端基线性度、平均选点线性度、独立线性度、分段线性化。
7、如果一块精度等级为1.0级100mA的电流表，其最大误差在50mA处为1.4mA,试问这块电流表是否合格？
仪表精度等级=△x/XmX100%所以△x=100x1%=1mA<1.4mA所以不合格。
8、被测电压的实际值为10V,现有150V,0.5级和15V,2.5级两种电压表，问选择哪一电压表误差较小？
第一块表：
△x1=150X0.5%=0.75V，第二块表：
△x2=15x2.5%=0.375V，因为△x1>
△x2，所以选择第二块表。
9、电阻式传感器的类型有哪些？
电位器、电阻丝、热电阻、热敏电阻传感器。
10、金属电阻应变片与在工作原理上有何不同？
金属电阻应变片R=pL/S，利用电阻应变效应。
半导体应变片，压阻效应制作而成，如果在半导体晶体上添加作用力,晶体除了产生应变外,其电阻率将会发生变化。
11、试简述电阻、热敏电阻的阻值随温度变化的机理。
热电阻是利用金属的电阻值能随温度变化而变化制成的传感器。
热敏电阻是利用半导
体的电阻随温度变化的特性职称的测温元件。
12、在测量时,为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿？
分析说明常用的温度误差补偿方法。
半导体应变片灵敏度高,可测微小应变。
他的主要缺点是：
一是温度稳定性差,二是灵敏度的非线性大，必须采用温度补偿和非线性补偿措施。
13、电感传感器有哪些类型？
各有什么特点？
电感传感器类型：
自感传感器，互感传感器，涡流传感器。
自感传感器特点：
由线圈，铁芯，衔铁三部分组成。
互感传感器：
把被测量转化为互感系数变化的传感器。
涡流传感器：
利用电涡流效应将被测物理量转化为电参数来进行测量。
14、简述压磁效应。
在外力的作用下，引起铁磁材料内部发生应变，使各磁畴之间的界限发生移动。
从而使磁畴的磁化方向转变，铁磁材料的磁化强度也发生也发相应的变化。
15、根据你所学的传感器相关知识，请分别列出下列物理量可以使用什么传感器测
量？
1、加速度：
电阻应变传感器、电感传感器、压电传感器
2、温度：
热敏电阻传感器、半导体温度传感器、
3、工件尺寸：
电容传感器、超声波传感器
4、压力：
电阻应变传感器、电容传感器、压电传感器
16、已知待测拉力约为70N左右，现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0
s500N;另一只为1.0级，测量范围为Os100N。
问选用哪一只测力仪表较好？
为什么?
（写出计算过程）
第一块表：
△x1=500X0.5%=2.5V，第二块表：
△x2=100X1.0%=1V，因为△x1>Ax2，所以选择第二块表。
17、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？
怎样减小和消除它的
影响？
原因：
次级线圈的结构不对称，激磁电压中的高次谐波及铁磁材料的磁滞等。
通常采用相敏整流电路。
18、简述涡流式电感传感器的工作原理及应用。
涡流传感器是利用电涡流效应将被测物理量转化为电参数来进行测量的。
电磁炉。
19、电容式传感器有哪些结构类型？
简述他们的工作原理与分类。
改变极板间距d的电容传感器、改变极板面积S的电容传感器、改变介质介电常数&
的电容传感器、差动电容传感器。
20、试说明电容式传感器检测导体或绝缘体时的工作原理。
导体串联电容，绝缘体放入介电常数为£的绝缘体。
21、简述电容传感器的优缺点。
优点：
（1）需要的作用能量低
（2）可获得较大的相对变化量（3）能在恶劣的环境下工作（4）本身发热的影响小（5）动态响应快。
缺点：
（1）输出特性的非线性
（2）泄露电容的影响（3）易受外界电场的干扰
22、光电效应有哪几种？
与之对应的光电器件各有哪些？
有外光电效应和内光电效应。
外光电效应元件有光电管、光电信增管等。
内光电效应元件有光敏电阻及它制成的光导管等。
结光电效应的光电元件：
光电池，光电晶体管。
侧向光电效应的光电元件：
位置光敏元件等。
23、光电传感器有哪几种常见形式？
各有哪些用途？
光电耦合器，用途：
开关信号实现自动控制。
光电池开关电路。
光电式转速传感器：
测转速实现非接触测量。
尺寸自动检测。
缺陷检测：
钞票检查，透明液体内混浊物的检查机器人的眼睛和安全监测。
24、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同场合下应该选用哪种器件最为合适。
光敏电阻具有很高的灵敏度，光谱响应的范围可以从紫外线到红外线区域，而且体积小，性能稳定，价格较低，所以被广泛应用在检测系统中。
光敏电阻特性：
暗电阻与亮电阻，伏安特性，光照特性，光谱特性，频率特性和响应时间，光谱温度特性。
光电池优点：
性能稳定，光谱范围广，频率特性好，传递效率高，能耐高温辐射等。
特性：
光电池的温度特性。
光敏三极管比光电二极管具有更高的灵敏度。
特性：
光敏晶体管的伏安特性，光照特性，温度特性，时间常数。
25、当光源波长入=（0.8）~（0.9）卩m时，宜采用哪几种光敏元件做测量元件？
为什么？
光敏电阻：
硫化镉。
光电池：
硅光电池。
光敏晶体管：
硅光敏晶体管。
26、光电传感器的光源类型有哪些？
钨丝灯、弧光灯、发光二级管、激光光源。
27、什么是压电效应？
在测量电路中引入前置放大电路有什么作用？
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就会产生极化现象，同时在他的两个表面上便会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。
压阻效应：
电阻丝发生变化。
压磁效应：
加外力时，铁磁材料内部产生硬力引起导磁率变化。
所以压电传感器输出信号较微弱，输入后，信号放大使灵敏度提高。
28、什么是正压电效应？
什么传感器是利用该效应原理工作的？
当外力方向发生改变时，电荷的极性也随之改变，人们把这种机械能转化成电能的现象称为正压电效应。
加速度传感器、压力传感器。
29、什么是逆压电效应？
什么是横向效应和纵向效应？
在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称作逆压电效应。
沿电轴X方向的力作用下产生的电荷的压电效应称为纵向压电效应；沿机械轴Y方向的力作用下产生的电荷的压电效应称为横向压电效应。
30、为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？
他是否可逆？
磁电传感器是一种结构较为复杂的A型（有源）的传感器，它以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础，是可逆的（发电机与电动机相转换）。
31、磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？
磁电式传感器主要用于测量那些物理量？
a.磁电式传感器以导体和磁场发生相对运动而产生电动势，是有源的A型结构传感
器。
电感式传感器以线圈的自感或互感随线圈的磁阻等的变化来实现非电量的监测，
是B型无源的，工作时需要加激励电源。
b.测速度，如果为积分电路则测位移，如果
为微分电路则测加速度。
32、如果磁电式传感器是速度传感器，他如何通过测量电路获得相应的位移和加速度？
经过一个积分电路可测位移大小，经过一个微分电路可测得加速度大小。
33、什么叫热电动势，接触电动势和温差电动势？
热电动势：
若闭合回路有两种不同导体A和B组成，两个接触点所处的环境温度不同，则在该回路中就会产生热电动势。
接触电动势：
两种不同导体A、B相互接触式，
由于两种导体电子密度不同，电子在两个方向上的速度不同，从而A、B得电子数不
同，因此形成的电位差Ua—Ub称作接触电动势。
温差电动势：
同一导体的两端由于温度不同而产生的一种热电动势，由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，从而高温移到低温端的电子比从低端移到高温段的电子数多，高温端失去电子而带正电荷，低温端得到电子而带负电荷，从而形成静电场，此时导体两端产生的电位差称作温差电动势
34、试述热电偶测温的基本原理和基本定理。
均质导体定律：
由一种均质导体组成闭合回路，不会产生热电动势。
中间导体定律：
在热电偶导体中接入第三种材料的导线，只要第三种材料导线的两端温度相同，第三种导线的接入不会影响热电偶的的热电动势，称作中间导体定律。
标准电极定律：
当冷热端温度分别为TO、T时，接入标准电极A,用导体BC组成
的热电偶的热电动势。
35、说明热电偶冷端处理的重要性？
冷端温度处理有哪些方法？
为了达到热电动势与被测温度之间的单值函数关系，应使热电偶冷端温度保持不变，
另外，各种热电偶的热电动势与温度的关系数据表都是在T0=0C时做出的方法。
延
伸导线法；0C恒温法；冷端恒温加计算修正法；电桥补偿法。
36、将一灵敏度为0.08mv/C的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50C、若电位计上的读数是60mv,热电偶的热端温度是多少？
解：
灵敏度=输出/输入T'输入=60/0.08=750T=T'+50=800C
37、简述光栅传感器测量的基本原理。
利用莫尔纹测量位移的原理：
1处光通量为0；n处光通量最大。
为了避免两块光栅
尺在作相对运动的擦碰，两块光栅尺之间必须有适当的间隙。
在光栅有衍射作用实际的光能量分布将是一个近似的正弦波。
辨向原理：
设置两个以上光电接受元件，他们相距的距离，以得到两个相位差90°的正弦波信号，然后把它送到辨向电路中去处
理。
正向位移时，脉冲数增加；反向位移时，便从累积的脉冲数中减去反向移动所得到的脉冲数，这样光栅传感器就能辨向，从而能够精确测量。
38、说明光栅传感器的结构与类型。
结构：
光源、主光栅、指示光栅和光电元件。
类型：
A按光线走向分类：
透射光栅、
反射光栅B按物理原理分类：
黑白光栅、相位光栅C按形状和用途分：
长光栅、圆光栅。
39、叙述霍尔效应，在哪些材料中能产生霍尔效应，制作霍尔元件应采用什么材料？
导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的物理效应。
半导体材料。
硅、锗、砷化铟、锑化铟等。
40、常用超声波换能器有哪些？
高频超声波用哪一种？
为什么？
压电式和磁致伸缩式。
高频超声波用压电式，因为压电式利用逆压电效应。
41、超声波在介质中传播的形式有哪些？
具有哪些特性？
横向震荡和纵向震荡。
横向震荡：
只能在固体中产生。
而纵向震荡可在固体、液体和气体中产生。
42、利用超声波进行厚度检测的基本方法是什么？
若已知超声波在工件中的声速为
5640m/s，测的时间间隔t为22卩s，试求出工件厚度。
脉冲回波法。
L=vXt/2=5640X22/2X10-6=0.062m
43、简要叙述光纤传光原理及特性参数。
光导纤维芯子的折射率n1要大于皮层介质的折射率n2,当光线从芯子入射，其入射
角大于或等于临界角时，光线就会产生全反射，在界面经过无数次反射呈锯齿线路在芯子内向前传播，最后送至光纤的另一端。
特性参数：
数值孔径、光纤模数、传输损耗。
44、常用的直流电桥有哪几种？
常用交流电桥有哪几种？
直流电桥：
由直流电源供电的电桥，常用于测量电阻，电阻率等参数的变化，常用的几种电桥电路：
单臂桥测量电路（惠斯登电桥）、半桥测量电路（差动桥）、全桥测量电路。
交流电桥：
是电参数传感器的主要测量电路，其作用是将转换元件电参数（R、L、C等）的变化转换为电桥的电压或电流输出。
常用的交流电桥有：
阻抗电桥、变压器电桥、紧耦合电桥。
45、电桥的零位调整有哪两种方法？
1.串联法2.并联法
46、为什么等臂电桥测电阻比较精确？
可较好地消除或减小测量导线的电阻和接触电阻的影响。
47、以阻值R=120Q灵敏度系数S=2的电阻丝应变片与阻值为120Q的固定电阻组成电桥，供桥电压为2V,并假定负载为无穷大，当应变片的应变为2^£和2000卩£时，分别求出单臂、双臂、全电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
£x=2|1£
单臂：
U0=E/4*△R/R=E/4*K*£x=2X10-6
双臂：
U0=E/2*△R/R=E/2*K*£x=4X10-6
全臂：
U0=E*△R/R=E*K*£x=8X10-6
£x=2000
单臂：
U0=E/4*△R/R=E/4*K*£x=2X10-3
双臂：
U0=E/2*△R/R=E/2*K*£x=4X10-3
全臂：
UO=E*△R/R=E*K*£x=8X10-3
灵敏度之间的关系：
K全=2K双=4K单
48、为了保证微弱信号能够被精确放大，对测量电路的性能有哪些要求？
1.对测量放大电路输入阻抗的要求：
对于电压接口形式，应尽可能地Ri大一些；而
电流接口形式应小一些。
2.低噪声3.高共模抑制比（CMRR）4.高度线性5.高稳定性，低漂移。
49、测量中常用于差值信号放大的电路有哪些？
1.三运放形式仪表放大电路2.具有浮动电源的差动放大电路3.用于交流信号放大的自举电路4.补偿电路5.精密折点电路
50、滤波器按信号形式可分为哪几种？
按采用元件类型可分为哪几种？
滤波器按信号形式可分为模拟信号滤波器和数字信号滤波器；按采用元件类型可分为有源滤波器和无源滤波器等等
51、滤波器的基本性能参数有哪些？
1.截止频率2.带宽B和品质因数Q3.纹波幅度4.10倍频程选择性
52、P132图11.2-8要求会分析。
五、综合题
设计一宾馆智能保安系统，系统包括：
（1）客房火灾报警系统（火焰、温度、烟雾
监测等）；
（2）宾馆大堂玻璃门来客自动开门、关门系统。
设计要求：
安装方便，价格适中。
答题步骤：
1.设计思路（简述该系统原理及结构）；
2.总体构成（用原理框图或图文描述该系统方案）；
3.方案分析（分析本设计的优点、缺点）。
方案设计:
（1）客房火灾报警系统:
1设计思路
火灾自动报警系统的组成及工作原理：
火灾自动报警系统主要是由触发器件（火
火灾探测器
光电传感器
温度传感器
手动火灾报警按钮
灾探测器）、火灾报警装置以及具有其他辅助功能的装置组成，它能在火灾初期将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报
警控制器，并发出声、光警报信号，启动消防联动设备。
光电烟雾传感器的基本原理是，当光源和感光兀件之间存在烟雾粒子时，
感光兀
件接收的光强度将发生变化，通过对感光兀件光电转换的电压变化的检测，
实现对烟
雾的检测。
温度传感器米用热电式传感器对温度的测量来反映火灾现场的温度。
②总体构成
③方案分析
优点：
传感器输出信号一般比较微弱，需要过数据米集前置电路对其进行放大、滤
波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。
光电传感器对烟雾浓度测试的灵敏度
高。
热电式传感器对温度的检测灵敏度高。
缺点：
（1）传感器存在非线性误差，烟雾浓度与输出电压存在一定的非线性。
（2）电子
兀器件参数的离散性、温度不稳定性造成误差。
（3）电源虽然系统米用直流电源供电，
危害很大。
（4）环境因素包括环境温度、湿度、空气中的尘埃等对传感器有一定的影响。
（5）系统还受到各种外部电磁噪声的干扰。
（2）
升级会员 