无水印《航空工程检测技术》辅导提纲.docx

1、无水印航空工程检测技术辅导提纲航空工程检测技术课程辅导提纲军区空军自考办第一章 检测与转换技术的理论基础一、内容提要1、检测与转换技术的概念：是指自动检测技术和自动装换技术的总称，是研究工程检测技术中信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术。信息提取是指从自然界众多的被检查与测量量中提取有用的信息。信息转换是将所提取的有用的信息进行电量转换。信息处理是将变换后的电信号进行变换处理以获得最终的检测结果。2、自动检测系统的概念：是指自动测量、自动诊断、自动计量以及信号自动处理等多单元的总称。包括被测物理量、敏感元件、电子测量电路、及其输出单元。3、传感器的概念：从被测参量中提取有价值信号的专用器

2、件。4、传感器的类型：A型结构电量传感器；B型结构电参数传感器；C型结构电参数传感器；D型结构差动结构型传感器。5、差动结构型传感器与简单结构型传感器的区别：(1)差动电路所接受的信号是取+y和-y之差。(2)灵敏度高,抗干扰能力强,线性度好。6、误差的基本概念(1)等精度测量所谓等精度测量，是指在同一条件下所进行的一系列的重复测量。这里强调的是二点，一是同一条件，二是不只一次的测量。(2)非等精度测量与等精度测量相比，所谓非等精度的测量，指的是在检测过程中，其客观条件不能维持不变，使得多次测量的结果有较大的差异，影响了测量的精度。(3)真值真值指被测量的本身所具有的真正值。这种量具有时间和空

3、间的含义，比如行星之间的相对运动等。(4)实际值实际值是为了区别于真值、算术平均值的近似值而命名的。工程上常把挡次更高的标准量器具所测得的值，当作“真值”。为了使大家都明白这种值并非是真正的 “真值”,所以给它命名为实际值。7、示值由测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。8、测量误差测量误差是指被测量的实际值与用测量器具所测出来的数值之差，其大小与测量器具的精度等级有关。9、误差的分类(1)按表示法分类绝对误差：绝对误差实际上就是示值和被测量真值的差值。修正值：绝对值与X大小相等但符号与恰好相反的值，称其为修正值。相对误差：实际相对误差A是用绝对误差X与被测量的实际值。示值相对误差x是用绝

4、对误差X与量器具的示值X的百分比值来定义的。引用误差：是用绝对误差x与量器具的满度值Xm百分比值来定义的。容许误差：某一具体的量器具的误差值所不应超过的最大范围。(2)按误差出现的规律分类系统误差：包括恒定系差和变值系差。变值系差包括：累进性的系差、周期性的系差、按复杂规律变化的系差。系统误差产生原因：材料属性,零部件及其加工工艺有缺陷；环境温度、湿度或压力参数不恒定；外界干扰；观测者技术不熟练或有孤僻动作。随机误差：是指在同一条件下若进行多次测量，发现测量结果的绝对值及其符号以不能预见的方式发生变化。粗大误差：有时即使测试条件一定,但测量结果却会显著地偏离其实际值,这种显著偏离后所造成的误差

5、,简称粗差。粗大误差产生的主要原因是：测量方法不妥当;随机因素的影响;测量人员粗心大意。10、随机误差(1)随机误差的分布规律的特点：集中性；对称性；有限性；抵偿性。(2)随机误差的评定指标：算术平均值X；均方根误差；算术平均值X的均方根误差X。11、系统误差(1)系统误差的削弱或消除方法：引入修正值法；零位式测量法；替换法；补偿法；对照法。(2)系统有无误差的判断及其检查的方法：恒定系差的检查；校准和比对；改进测量条件；理论计算及分析。(3)变值系差的检查方法：累进性系差的检查；周期性系差的检查。二、重点内容检测与转换技术、自动检测系统、传感器、误差的基本概念，误差的分类、评定、判断及其检查

6、的方法。三、典型例题1、填空题(1) 检测与转换技术是研究工程检测技术中 、 以及 的理论和技术。答案：信息提取 信息转换 信息处理(2) 传感器的概念是指： 。答案：从被测参量中提取有价值信号的专用器件(3) 误差按误差出现的规律分类可分为 、 和 。答案：系统误差 随机误差 粗大误差(4)变值系差的检查包括 和 。答案：累进性系差的检查 周期性系差的检查2、选择题(1)传感器类型中的D型结构是指（）。A）电量传感器 B）电参数传感器C）差动结构型传感器 D）非电参数传感器答案：C(2) 按（）来分，误差可分为基本误差、附加误差。A）误差的来源 B）被测量随时间的变化速度C）使用条件 D）误

7、差与被测量的关系答案：C(3)下列哪种（）方法属于系统误差的削弱或消除的一种方法？A）理论计算及分析 B）校准和比对C）改进测量条件 D）补偿法答案：D(4)下列哪种（）方法属于系统有无误差的判断及其检查方法的一种方法？A）理论计算及分析 B）零位式测量法C）替换法 D）补偿法答案：A3、简答题(1) 简述自动检测系统的概念。答案：自动检测系统的概念是自动测量、自动诊断、自动计量以及信号自动处理等多单元的总称。包括被测物理量、敏感元件、电子测量电路、及其输出单元。(2) 简述系统误差的削弱或消除方法。答案：引入修正值法、零位式测量法、替换法、补偿法、对照法。(3) 简述随机误差的分布规律的特点

8、。答案：集中性、对称性、有限性、抵偿性。(4)什么是等精度测量?答案：同一条件下所进行的一系列的重复测量。(5)自动检测系统由哪几部分组成?答案：敏感元件、测量电路、输出单元或显示部分。4、计算题已知：测量标称值为15.0mm的圆棒直径d，直径独立进行了n=15次测量，结果如下：试计算其算术平均值X及算术平均值X的均方根误差X。测量序号测量结果测量序号测量结果115.0141114.999215.0041215.004314.9971315.002415.0081414.994514.9931515.019614.9991614.993715.0131715.009815.0091814.98

9、3914.9891915.0031015.0012015.007答案：解：先计算算数平均值：由算数平均值可以得到残差为：测量序号测量结果测量序号测量结果10.01211-0.00320.002120.0023-0.00513040.00614-0.0085-0.009150.0176-0.00316-0.00970.011170.00780.00718-0.0199-0.013190.00110-0.001200.005根据贝塞尔公式，标准差：mm四、思考题1、等精度测量和非等精度测量的异同点是什么?答案：等精度测量和非等精度测量的相同点在于：一是两者都是测量；二是都属于多次测量。等精度测量和

10、非等精度测量的不同点在于：等精度测量是在同一条件下所进行的一系列的重复测量，而非等精度测量在检测过程中，其客观条件不能维持不变，使得多次测量的结果有较大的差异，影响了测量的精度。2、随机误差的评定指标有哪些？答案：随机误差的评定指标有：算术平均值X、均方根误差、术平均值X的均方根误差X。3、差动结构型传感器与简单结构型传感器的区别？答案：差动结构型传感器与简单结构型传感器的区别：(1)差动电路所接受的信号是取+y和-y之差；(2)灵敏度高,抗干扰能力强,线性度好。4、系统误差的判断及其检查的方法有哪些？答案：系统有无误差的判断及其检查的方法：恒定系差的检查；校准和比对；改进测量条件；理论计算及

11、分析。第二章 特殊传感器一、内容提要1、霍尔效应：若静止载流体位于磁场中，当电流I的方向与磁场强度H的方向有一夹角时，则在平行于H、I方向的载体两侧面之间产生电动势。一块长为l，宽为b，厚度为d的半导体，置于磁感应强度为B的外磁场中，当有电流I流过时，半导体中电子所受到的洛仑兹力为：F=evBsin式中 v半导体中电子运动的速度；B磁场的磁感应强度；e电子的电荷量，e=1.60210-19C。2、霍尔元件的材料主要有：硅、砷化铟、锑化铟3、霍尔元件的符号： 4、霍尔元件的电路连接方法：串联：在直流激励情况下，为了获得较大的霍尔电势，可以将几块霍尔元件串联，正确的连接方法是：将霍尔元件的激励电极

12、并联，霍尔电极串联。在交流激励情况下，为了获得较大的霍尔电势，可采用下图的连接方法：还可以采用差分放大电路：5、霍尔元件主要技术指标：（1）输入、输出电阻；（2）额定激励电流和最大允许激励电流；（3）不等位电势与不等位电阻；（4）霍尔电势温度系数。6、磁敏二极管和磁敏三极管是磁电转换元件。7、磁敏二极管结构：包括P+区、r区、N+区和I区。结构图如下：表示符号为：8、磁敏二极管的工作原理是：当磁敏二极管没有受到外加磁场作用时：由于有外加有正向偏压，所以大量的空穴从P区通过I区进入N区，大部分电子通过I区进入P区，从而形成电流。这时，只有很少的电子空穴对在I区复合掉。 当磁敏二极管受到外界磁场H

13、+作用时：电子和空穴都受洛仑兹力的作用而向r区偏移。在r区，电子和空穴高速复合，因此在这种情况下，电子空穴对的复合率显然比没有磁场作用时要大的多，导致I区的载流子密度减小，使通过二极管的电流减小。当磁敏二极管受到反向磁场H-作用时：电子和空穴受到洛仑兹力使电子和空穴都向I区偏移，即载流子在I区停留时间变长，由于I区的复合率很小，所以电子空穴对在I区复合的机会很少，同时载流子继续注入I区， I区载流子的密度增加，使二极管的电流增大。9、磁敏三极管结构：表示符号为：10、磁敏三极管的工作原理是：当磁敏三极管不受磁场作用时：由于基区的宽度大于载流子有效扩散长度，所以注入的载流子只有很少数会扩散到集电

14、极，大部分的载流子都会通过流到基极，形成基极电流。这样由于基极电流大于集电极电流，所以电流放大系数=Ic/Ib1。当磁敏三极管受到H+（正向磁场）作用时：由于洛仑兹力的作用，载流子将向发射结一侧偏转，从而使集电极电流显著下降，所以电流放大系数下降。当磁敏三极管受到H-（反向磁场）作用时：载流子在洛仑兹力的作用下，向集电结一侧偏转，使集电极电流增大，所以电流放大系数增大。 11、磁敏二极管和磁敏三极管的应用：测量弱磁场；测量电流；测量转速；漏磁探伤。12、激光的定义：利用某些物质原子中的粒子受激发而发出的光。13、激光的特点：具有方向性好、亮度高、相干性好的特点。14、激光器的组成：工作物质,激

15、励能源和谐振腔三个部分。15、激光器的分类：固体激光器；气体激光器；液体激光器；半导体激光器。16、激光的应用：激光测距与激光雷达；激光测速。17、三自由度陀螺传感器的典型特性是稳定性和进动性。18、磁栅传感器由磁尺、磁头和检测电路组成。19、磁头有两种形式：动态磁头、静态磁头。20、影响磁栅传感器的性能主要因素：磁尺磁性涂层的均匀程度和磁信号录制的均匀性；磁头和磁芯的剩磁效应；对外磁场干扰的敏感性；磁尺上磁信号的尺寸误差和磁头的间距误差对测量精度的影响；激磁绕组的平衡。二、重点内容霍尔效应，磁敏二极管和磁敏三极管。三、典型例题1、填空题(1)霍尔元件的材料主要有 、 、 。答案：硅 砷化铟

16、锑化铟(2) 磁敏二极管和磁敏三极管是 转换元件。答案：磁电(3) 磁敏二极管结构包括 、 、 和 。答案：P+区 r区 N+区 I区(4) 磁栅传感器由 、 和 。答案：磁尺 磁头 检测电路(5) 磁头有两种形式 、 。答案：动态磁头 静态磁头(6) 三自由度陀螺传感器的典型特性是 和 。答案：稳定性 进动性2、简答题(1) 简述霍尔效应的概念。答案：霍尔效应是指若静止载流体位于磁场中，当电流I的方向与磁场强度H的方向有一夹角时，则在平行于H、I方向的载体两侧面之间产生电动势。(2) 简述在直流激励情况下霍尔元件的串联电路连接方法。答案：正确的连接方法是：将霍尔元件的激励电极并联，霍尔电极串

17、联。(3) 磁敏二极管和磁敏三极管有哪些应用？答案：测量弱磁场、测量电流、测量转速、漏磁探伤。(4) 简述激光的定义。答案：利用某些物质原子中的粒子受激发而发出的光。(5) 激光有哪些特点？答案：激光具有方向性好、亮度高、相干性好的特点。(6) 简述激光器的组成。答案：工作物质,激励能源和谐振腔三个部分。(7) 激光器按照工作物质分有哪几种?答案：气体激光器、液体激光器、固体激光器、半导体激光器。四、思考题1、影响磁栅传感器的性能主要因素有哪些？答案：影响磁栅传感器的性能主要因素有：磁尺磁性涂层的均匀程度和磁信号录制的均匀性；磁头和磁芯的剩磁效应；对外磁场干扰的敏感性；磁尺上磁信号的尺寸误差和

18、磁头的间距误差对测量精度的影响；激磁绕组的平衡。2、画出在交流激励情况下霍尔元件的电路连接方法。答案：在交流激励情况下，为了获得较大的霍尔电势，可采用下图的连接方法：还可以采用差分放大电路：3、画出霍尔元件的表示符号。答案：霍尔元件的符号： 4、霍尔元件主要技术指标有哪些？答案：霍尔元件主要技术指标有：（1）输入、输出电阻；（2）额定激励电流和最大允许激励电流；（3）不等位电势与不等位电阻；（4）霍尔电势温度系数。5、画出磁敏二极管结构图和表示符号。答案：磁敏二极管结构：包括P+区、r区、N+区和I区。结构图如下：表示符号为：6、画出磁敏三极管结构图和表示符号。答案：磁敏三极管结构：表示符号为

19、：第三章 温度测量一、内容提要1、温标：温标及符号温标的物理基础单位及符号定义的固定点及分度与摄氏温标的换算摄氏温标t根据水银的体积随温度呈线性变化的特性度（）1个标准大气压力下的水的冰点是0、沸点是100华氏温标F根据水银的体积随温度呈线性变化的特性度（）1个标准大气压力下的水的冰点是32F、沸点是212F列氏温标R根据水与酒精的混合物的体积随温度呈线性变化的特性度（）1个标准大气压力下的水的冰点是0R、沸点是80RR =0.8t热力学温标T根据热力学第二定律，在理想的可逆循环中，测量热量而测知温度开尔文（K）1个标准大气压力下的水的三相点是273.16K国际实用温标T、t对热力学温标所采用

20、的一个国际协议性温标开尔文（K）度（）化学纯净物质的平衡态温度，即三相点，它们是：平衡氢三相点：13.81K氧的三相点：54.361K水的三相点：0.01金的三相点：1064.432、热电偶测温元件的特点：测温的准确度较高；结构简单，维修方便；测温范围较广；信号传送较远，便于集中检测及自动控制；可能制造出热容量较小、动态响应快的测温元件。3、热电偶：由两种不同的导体组成闭合回路称为热电偶。热电偶的基本工作原理是基于物体的热电效应。4、热电效应：由两种不同的导体组成闭合回路，当两个接点温度不同时，回路中将产生电势。两个接点温度差别越大，所产生的电势也越大；组成回路的导体材料不同，所产生的电势也不

21、一样，这个现象称为物体的“热电效应”。5、热电偶的基本规律均质导体定律：用均质导体组成闭合回路，则不论此导体是否存在温度梯度，均不产生电动势，即回路中无电流；反之，此导体一定是非均质的。中间导体定理：在热电偶的任一部位接入第三根导体，只要保持两接入点温度相同（图中为t0），则导体C的接入对回路电势没有影响。参考电极定理：任意两导体A、B分别与第三根导体C组成热电偶，而且这两热电偶的接点温度对应相同。如果知道了这两热电偶的热电特性EAC(t，t0)和EBC(t，t0)，则由导体A、B组成的热电偶的热电特性EAB(t，t0)为：中间温度定理：热电偶的热电势只决定于热电偶的材料和冷、热接点的温度差，

22、而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。6、普通型热电偶的结构特点：气密性能好；具备一定的抗压和抗湾能力；物理、化学性能稳定；热导性能好。7、铠装热电偶的结构特点：一般来说，铠装热电偶的外径、热容量都比较小，适合用于测量热容量较小的物体的温度；时间常数小，响应速度快；可以在小范围弯曲变形；长度最多可达100米；绝缘性能较差；由于加工工艺较为特殊，热电极在不同程度上留有残余应变；电阻高，机械强度较差。8、热电偶参考温度有三种情况：用冰点器使参考端温度恒定在0度；若热电偶参考端温度不是0度，而是处在某一恒定值时的修正方法；参考端温度Tn为波动值时的修正方法：(1)用补偿导线将参考端的温度

23、移到温度较为稳定的地方，再按上例进行修正。(2)用冷端温度补偿器直接进行补偿。9、热电偶的显示仪表一般分为两种：一是用补偿法来进行测温，例如电子电位差计等；另一类显示仪表是动圈式仪表。10、热电偶的测量线路有三种：热电偶串联测量线路：热电势大、精度比单热电偶高。热电偶并联测量线路：热电势小、当部分热电偶断路时不会中断整个并联线路的工作，其测量结果基本有效。温差测量线路。11、传热误差：辐射传热误差、导热误差。12、新型温度传感器：PN结和集成电路温度传感器、直接以频率输出的温度传感器、光纤传感器。二、重点内容温标和热电偶测温三、典型例题1、填空题(1) 热电偶的基本工作原理是基于物体的 。答案

24、：热电效应(2) 热电势包括有 和 两部分。答案：温差电势 接触电势(3) 热电偶的基本规律主要有 、 、 和 。答案：均质导体定律 中间导体定律 中间温度定律 参考电极定律2、选择题(1) 热电偶按照（ ）情况来划分，又可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。A）工业标准化 B）热电偶的结构类型C）电极材料 D）测温范围答案：A(2) （ ）热电偶分为棒形热电偶、树枝形热电偶、耙形或梳形热电偶。A）标准化 B）非标准化 C）多点式 D）高温答案：C(3) 热电偶串联测量线路的特点是（）。A）热电势小、精度比单热电偶高。B）热电势大、当部分热电偶断路时不会中断整个并联线路的工作，其测量结果基本有效

25、。C）热电势大、精度比单热电偶高。D）热电势小、当部分热电偶断路时不会中断整个并联线路的工作，其测量结果基本有效。答案：C(4) 传热误差包括辐射传热误差和（）。A）附加误差 B）随机误差 C）系统误差 D）导热误差答案：D3、简答题(1) 热电偶测温元件有哪些特点？答案：测温的准确度较高； 结构简单，维修方便； 测温范围较广；信号传送较远，便于集中检测及自动控制； 可能制造出热容量较小、动态响应快的测温元件。(2) 简述热电偶的结构组成。答案：热电偶是由两种不同的导体组成闭合回路。组成热电偶的导体称为“热电极”。热电偶所产生的电势称为“热电势”。热电偶中温度高的一端叫 “热端”，也叫 “热接

26、点”；另一端则叫“冷端”，也叫“冷接点”。(3) 什么是热电效应？答案：由两种不同的导体组成闭合回路，当两个接点温度不同时，回路中将产生电势。两个接点温度差别越大，所产生的电势也越大；组成回路的导体材料不同，所产生的电势也不一样，这个现象称为物体的“热电效应”。四、计算题已知：华氏温标与摄氏温标关系如下：现已知当前华氏温度为77F，试计算当前摄氏温度值t。答案：已知可知：当前摄氏温度值t为25。五、思考题1、什么是均质导体定律？答案：用均质导体组成闭合回路，则不论此导体是否存在温度梯度，均不产生电动势，即回路中无电流；反之，此导体一定是非均质的。2、什么是中间导体定律？答案：在热电偶的任一部位

27、接入第三根导体，只要保持两接入点温度相同（图中为t0），则导体C的接入对回路电势没有影响。3、简述普通型热电偶的结构特点。 答案：气密性能好 ；具备一定的抗压和抗湾能力 ；物理、化学性能稳定；热导性能好。4、简述铠装热电偶的结构特点。答案：一般来说，铠装热电偶的外径，热容量都比较小，适合用于测量热容量较小的物体的温度；时间常数小，响应速度快；可以在小范围弯曲变形；长度最多可达100米；绝缘性能较差；由于加工工艺较为特殊，热电极在不同程度上留有残余应变；电阻高，机械强度较差。5、在利用PN结温度传感器测量温度时应注意哪些问题？答案：在利用PN结温度传感器测量温度时应采用定电流或定电压电源，而且如

28、果温度范围拓宽，要注意其特征（电压与温度的关系）的分数性 。第四章 压力测量一、内容提要1、压力的定义：在物理学中，将流体介质垂直作用于单位面积的力称为压强，而在工程上把它称为压力，经常以符号P表示：P= F/ S （8-1）式中 F 流体介质垂直作用于物体表面的力（N）； S 承受力的面积（m2）。2、压力的分类（1）在工程技术中流体压力又分为：表压力（相对压力）：当绝对压力大于大气压时，该绝对压力与大气压之差。绝对压力：相对于零压力（即绝对真空）所测得的压力，它是表压力和大气压力之和。差压：两个相关压力之间的相对差值。（2）在工程上，还按压力随时间的变化关系分为：静压：不随时间变化或随时间

29、变化缓慢的压力。动压：随时间作快速变化的压力。总压：流体运动方向垂直面上的压力，为静压、动压之和。3、压力的单位(1)物理大气压（atm）：当温度为0、重力加速度为9.80665m/s2、高度为0.760m、密度为13.5951103kg/m3的水银柱所产生的压力。工程大气压（at）：一平方厘米的面积上均匀作用有一公斤力时所产生的压力。(2)毫米液柱以液柱如水银、水或其它液体的高度来表示压力的大小。常用的有毫米汞柱（mmHg）和毫米水柱（mmH2O）。1毫米汞柱压力又称为1托（1Torr）。在标准情况下，即在温度为0、密度为13.5951103kg/m3，重力加速度为9.80665m/s2时而对于水柱来说，在其标准情况下，即温度为4、密度为1000kg/m3、重力加速度为9.806 65m/s2时(3)CGS制单位（bar）：一平方厘米的面积上均匀作用有106达因力时所产生的压力，单位是巴。巴是厘米克秒制中的压力单位，曾常用于气象学和航空测量技术中，它的千分之一是mbar或mb。(4)国际单位制（Pa）：每平方米的面积上作用有一牛顿的力，即帕斯卡。它是国际单位制（SI）中规定的压力单位，也是我