电技检测与转换复习题.ppt

人武14电技复习,自动检测与转换技术,一、单项选择题：（15*2=30分） 二、填空题（ 10*2=20分） 三、名词解释（4*3=12分） 四、简答题：（3*5=15分） 五、计算分析题：（2*5=10分） 六、综合应用分析题（1*6+1*7=13分）,第一章 概述 1、什么是传感器？ 答：传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 2、按传感器的输入量分类是怎样的？ 答：按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：分为位移、速度、温度、压力传感器等 3、传感器有何共性？ 答：传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量 4、按传感器的输出量分类是怎样的？ 答：按传感器的输出量进行分类 ：模拟式和数字式,5、传感器的功能是什么？ 答：传感器功能：检测和转换。 6、按传感器的工作原理分类是怎样的？ 答：按传感器的工作原理进行分类 ：电阻式、电容式、电感式、压电式、磁敏式、热电式、光电式传感器等 7、什么是敏感元件和转换元件？ 答：敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件 转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分,第二章 传感器基本特性 1、什么是传感器的标定？ 答：传感器的标定是通过实验建立传感器输入量与输出量间的关系，并确定出不同使用条件下的误差关系或测量精度。 2、传感器的校准是什么？ 答：传感器的校准是指对使用或储存一段时间后的传感器性能进行再次测试和校正，校准的方法和要求与标定相同。,第3章 电阻式传感器 1、应变片采用半桥差动和全桥差动电路各有什么特性？ 答：应变片采用半桥差动时电桥电压灵敏度KU=E/2， 应变片采用全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。 2、什么是应变效应？ 答：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为“应变效应”。,第4章 电感式传感器 1、在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点， 它可以测量的机械位移是多少？ 答：1100mm 2、螺线管式自感传感器采用差动结构的目的是什么？ 答： 提高灵敏度，减小温漂,3、电涡流电感式传感器的主要应用有哪些？ 答：电涡流电感式传感器的主要应用有位移测量、振幅测量、转速测量、无损探伤 4、电感式传感器的工作基础是什么？ 答：电感式传感器的工作基础是电磁感应，分为变磁阻式、变压器式、涡流式等,第5章 电容式传感器 1、在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入什么物质可测得最大的电容量。 答： 云母片 2、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中电容和电感是什么关系？ 答：电容是变量，电感保持不变,第6章压电式传感器 1、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的什么特性？ 答：利用压电材料的压电效应 2、蜂鸣器中发出“嘀嘀”声的压电片发声原理是利用压电材料的什么特性？ 答：利用压电材料的逆压电效应,第7章 磁敏式传感器 1、当有金属工件、塑料工件和磁性工件时，电涡流式接近开关 、 霍尔传感器、 光电式接近开关 、电容式接近开关不可以识别磁性工件的传感器是哪一个？ 答：电涡流式接近开关 2、当有金属工件、塑料工件和磁性工件时，电涡流式接近开关 、 霍尔传感器、 光电式接近开关 、电容式接近开关不可以识别金属工件的传感器是哪一个？ 答：霍尔传感器,第8章 热电式传感器 1、热端为100，冷端为0时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为4.0mV，则镍铬和考铜组成的热电偶所产生的热电动势应为多少mV？ 答：6.95 2、在实验室中测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用何种方式可减小测量误差。 答： 冰浴法,3、热电偶温度与热电动势是如何实现温度测量的？ 答：热电偶温度与热电动势之间的函数关系一般通过实验的方法来确定，编制出热电势与温度的分度表供查阅使用，每10分档，中间值按内插法计算。 4、热电偶的冷端温度补偿方法有哪几种方式？ 答：热电偶的冷端温度补偿方法有：(1) 热电偶补偿导线 (2) 冷端0恒温法 (3) 冷端温度修正法 (4) 冷端温度自动补偿法（电桥补偿法）,第9章光电式传感器 1、光敏二极管的响应时间是多少？ 答： 100ns以下 2、光敏三极管的响应时间为多少？ 答：510us 3、光电耦合器件不可以应用什么场合？ 答：双向信号传输 4、光电耦合器件不可以应用什么场合？ 答： 双向信号传输,5、单模光纤的特点是怎样的？ 答：信号畸变小 6、多模光纤的特点是怎样的？ 答：传输模式不只一种 7、绝对式光电编码器当码道n=8时，其最小能分辨的角度是多少？ 答：=360/256 8、增量式光电编码器当码道n=8时，其最小能分辨的角度为多少？ 答：=360/8,9、有一只2048p/r增量式角编码器，光敏元件在20秒内连续输出了102400个脉冲。则该编码器转轴的转速为多少？ 答： 150 r/min 10、设某编码器的额定工作参数是 N1024 脉冲/转，在0.5 S时间内测得4096个脉冲，其转速为多少？ 答：480r/min,11、光栅传感器利用莫尔条纹来达到什么目的？ 答：提高光栅的分辨力 12、光栅细分在莫尔条纹信号变化一个周期内发出50个脉冲，即可使测量精度提高到多少倍？ 答：50 13、光电式传感器具有什么特点？ 答：光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、可实现非接触式测量等特点。 14、光电式传感器按工作原理分类包括有哪些？ 答：光电式传感器按工作原理分类包括：光电效应传感器、红外热释电探测器、固体图像传感器、光纤传感器,15、已知某计量光栅的栅线密度为100线/mm，栅线夹角=0.1=0.001745rad。求： (1) 该光栅形成的莫尔条纹间距是多少? (2) 若采用该光栅测量线位移，已知指示光栅上的莫尔条纹移动了40条，则被测位移为多少？ (3) 若采用四只光敏二极管接收莫尔条纹信号，并且光敏二极管响应时间为10-6 s ，问此时光栅允许最快的运动速度v是多少?,解：(1) 由光栅密度为100线/mm，可知其光栅栅距W=1/100mm=0.01 mm 根据公式可求莫尔条纹间距BH =W/ 式中为主光栅与指示光栅夹角。 =0.1=0.001745rad BH = 0.01/0.001745mm=5.7306mm (2) 计量光栅对位移起放大作用，光栅每移动一个栅距，莫尔条纹移动一个间距BH。 指示光栅上莫尔条纹移动了40条，对应的光栅也就移动了40个栅距， 即被测线位移为x=400.01mm=0.4mm (3) 光栅运动速度与光敏二极管的响应时间成反比，即 v=W/t=（0.01/10-6）mm/s =10m/s 所以最大允许速度为10m/s,16、已知某计量光栅的栅线密度为250线/mm，栅线夹角=0.1=0.001745rad。求： (1) 该光栅形成的莫尔条纹间距是多少? (2) 若采用该光栅测量线位移，已知指示光栅上的莫尔条纹移动了50条，则被测位移为多少？ (3) 若采用四只光敏二极管接收莫尔条纹信号，并且光敏二极管响应时间为10-6 s ，问此时光栅允许最快的运动速度v是多少?,解：(1) 由光栅密度为250线/mm，可知其光栅栅距W=1/250mm=0.004 mm 根据公式可求莫尔条纹间距BH =W/ 式中为主光栅与指示光栅夹角。 =0.1=0.001745rad BH = 0.004/0.001745mm=2.29mm (2) 计量光栅对位移起放大作用，光栅每移动一个栅距，莫尔条纹移动一个间距BH。 指示光栅上莫尔条纹移动了50条，对应的光栅也就移动了50个栅距， 即被测线位移为x=500.004mm=0.2mm (3) 光栅运动速度与光敏二极管的响应时间成反比，即 v =W/t=（0.004/10-6）mm/s =4m/s 所以最大允许速度为4m/s,17、图(a)是光电式数字转速表的工作原理图。在电动机的转轴上安装一个具有均匀分布齿轮的调制盘，当电动机转轴转动时，将带动调制盘转动，发光二极管发出的恒定光被调制成随时间变化的调制光，透光与不透光交替出现，光敏管将间断地接收到透射光信号，输出电脉冲。 (1)图（b）为放大整形电路，分析工作过程； (2)当N=8， 1秒钟共计数400个，求转速是多少？,答：电动机转轴转动时，将带动调制盘转动，当有光照时，光敏二极管产生光电流，使RP2上压降增大，直到晶体管V1导通，作用到由V2和V3组成的射极耦合触发器，使其输出U0为高电位； 当没有光照时，光敏二极管不产生光电流，使RP2上压降减小，直到晶体管V1截止，作用到由V2和V3组成的射极耦合触发器，使其输出U0为低电位。 从而使放大整形电路输出整齐的脉冲信号 ，转速可由该脉冲信号的频率来确定，该脉冲信号可送到频率计进行计数，从而测出电动机的转速。每分钟的转速n与脉冲频率f之间的关系为：n=60f/N 式中N为调制盘的齿数。 (2) n=60f/N=60400/8=3000 r/min,18、图为路灯自动控制器电路原理图。 （1)分析工作过程； （2)若VCC=12V，中间继电器KA的驱动线圈阻值RKA=120，额定动作电流为70mA。设V2的足够大。 求：在强光照时，流过中间继电器KA的电流，以及继电器的状态。 （3） 二极管VD在电路中有何作用？,答：（1）VD为光敏二极管。 当夜晚来临时，光线变暗，VD截止，V1饱和导通，V2截止，继电器K线圈失电，其常闭触点K1闭合，路灯HL点亮。 天亮后，当光线亮度达到预定值时，VD导通，V1截止，V2饱和导通，继电器K线圈带电，其常闭触点K1断开，路灯HL熄灭。 （2）V2饱和导通时。 I2ces=（12-0.3V)/0.12k=100mAKA的动作电流（75mA），所以KA可靠动作，常闭触点K1断开 （3）晶体管V2截止的瞬间，会产生较高的反生电势，此时二极管VD导通，有电流通过反向接法的“续流二极管”VD，减小了V2的对地过电压，从而保护了V2不会被较高的反生电势击穿损坏。,第13章新型传感器 1、什么是智能传感器？ 答：智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断，量程自动转换，漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。 2、什么是网络传感器？ 答：网络传感器是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据就近登陆网络，在网络覆盖范围内实时发布和共享。,第14章 参数检测 1、工作中常见的硬度、频谱、振动、压力 的检测量属于热工量检测的是哪个？ 答：压力 2、工作中常见的检测量硬度、频谱、振动、压力，属于机械量检测的什么 答：振动 3、检测中使用一次仪表，新的国家标准规定电流输出和电压输出是多少？ 答： 420mA、 15V,4、检测中由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输，所以在一次仪表中多采用电流输出型，新的国家标准规定电流输出为多少？ 答： 420mA 5、速度的测量方法有哪些？ 答：速度的测量方法有：（1）定义法、（2）加速度积分法或位移微分法、（3）利用物理参数测量速度、（4）多普勒效应测速度 6、常用的振动检测方法有哪些？ 答：常用的振动检测方法有：（1）差动变压器法、（2）电涡流法、（3）应变片法、（4）压电效应法,7、什么是测量方法？ 答：测量方法就是将被测量与标准量进行比较，从而得出比值的方法 。 8、根据测量方式的不同测量可分为哪几种？ 答：根据测量方式的不同测量可分为：直接测量、间接测量和组合测量 。 9、传感器与检测技术的发展有何作用？ 答：以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的传感器与检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产力发展和科技、社会进步的广阔领域内发挥着重要作用 10、检测技术的发展包括有哪些？ 答：检测技术的发展包括有：（1）测量质量不断提高新型测量技术（2）不断涌现测量系统的智能化（3）自动化水平不断提高（4）测量系统的网络化,11、什么是测量系统？ 答：测量系统就是由传感器与数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节等组合在一起，为了完成信号测量目标所形成的一个有机整体。 12、什么是参数的测量？ 答：参数的测量是以自然规律（包括守恒定律、场的定律、物质定律、统计法则以及各种效应）为基础，利用敏感元件特有的物理、化学或生物等效应，把被测量的变化转换为敏感元件的某一物理量（化学量，或生物量）的变化。,13、什么是测量？ 答：以确定被检测值为目的的一系列操作，即利用物质的物理的、化学的或生物的特性，对被测对象的信息进行提取、转换以及处理，获得定性或定量结果的过程 14、什么是测量结果？如何表示？ 答：经测量过程所获得的被测量的量值称为测量结果 测量结果有多种表示方式，如数值、曲线或图形等 15、测量通常包括哪两个过程？ 测量通常包括两个过程：一是转换过程；二是比较过程 16、测量结果有哪两个部分组成？ 答：测量结果应包括两个部分：比值和测量单位,第18章 测量不确定度与回归分析 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%0.6%，该压力表的精度等级应定为多少级？ 答：1 .0 2、某仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买精度等级为多少 级的压力表？ 答：0 .5 3、对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性，该误差称为什么误差？ 答： 随机误差,4、多次重复测量时，误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），该误差称为什么误差？ 答： 系统误差 5、什么是测量的准确度和精密度？ 答：测量的准确度是反映测量结果中系统误差的影响程度；测量的精密度是反映测量结果中随机误差的影响程度， 6、测量的准确度和测量的精确度反映测量的什么程度？ 答：测量的准确度是反映测量结果中系统误差的影响程度；测量的精确度是反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度。,7、什么是系统误差？ 答：系统误差是由测量系统本身的缺陷或测量方法的不完善造成的，使得多次重复测量时，系统误差的大小或符号保持不变，或按一定规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化），称为系统误差。 8、什么是粗大误差？ 答：由于测量者粗心大意或环境突然急剧变化引起的测量明显偏离测量结果的误差，称为粗大误差，粗大误差必须避免。,9、什么是系统误差？如何从误差根源上消除系统误差？ 答：系统误差：是由测量系统本身的缺陷或测量方法的不完善造成的，使得测量值中含有固定不变或按一定规律变化的误差。 系统误差的消除方法有： （1）消除系统误差产生的根源 （2）在测量系统中采用补偿措施 （3）实时反馈修正 （4）在测量结果中进行修正,10、分析系统误差的产生原因一般从哪几个方面着手？ 答：分析系统误差的产生原因一般从以下5个方面着手： （1）所用测量仪表或元件本身是否准确可靠 （2）测量方法是否完善 （3）传感器或仪表的安装、调整、放置等是否正确合理 （4）测量仪表的工作环境条件是否符合规定条 （5）测量者的操作是否正确。如读数时的视差、视力疲劳等都会引起系统误差,11、已知被测电压的准确值为240V，某电压表上的准确度等级S2.5级、满度值Am300V、示值Ax245V。 （1）求最大绝对误差m、与240V正确值的误差、示值相对误差x以及引用误差m，判断是否符合出厂时给定的精确度？ （2）在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为24V，示值相对误差x将如何变化？从而得到什么结论？,解：准确度等级S2.5级，满度值Am300V，最大绝对误差： m300V2.51007.5V 示值Ax245V，用更高级别的检验仪表测得精确被测电压=240V 与示值值的误差245V-240V=5V 示值相对误差x(5/245)*100%=2.04% 引用误差m（5/300）100%1.67% 小于出厂时所标定的2.5%，符合出厂时给定的精确度。 2. 若绝对误差 仍为5V，当示值Ax为24V 示值相对误差x（5/24）100%=20.83% 结论：示值相对误差大的多，应该采用示值在满度的2/3左右的仪表。,12、已知被测电压的准确值为350V，某电压表上的准确度等级S5.0级、满度值Am500V、示值Ax365V。 （1）求最大绝对误差m、与350V正确值的误差、示值相对误差x以及引用误差m，判断是否符合出厂时给定的精确度？ （2）在仪表绝对误差不变的情况下，被测电压降为35V，示值相对误差x将如何变化？从而得到什么结论？,解：（1）准确度等级S5.0级，满度值Am500V，最大绝对误差： m500V5.010025V 示值Ax365V，用更高级别的检验仪表测得精确被测电压=350V 与示值值的误差365V-360V=15V 示值相对误差x(15/365)*100%=4.11%。 引用误差m（15/500）100%3.00% 小于出厂时所标定 （2） 若绝对误差 仍为15V，当示值Ax为39V 示值相对误差x（15/39）100%=38.46% 结论：示值相对误差大的多，应该采用示值在满度的2/3左右的仪表。,第19章 虚拟仪器 1、什么是虚拟仪器？ 答：虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统,第20章 自动检测系统 1、设计一个数字化Pt100铂热电阻温度传感器的测温系统如图所示。已知铂热电阻温度系数即灵敏度A3.8510-3/；恒流源电流Io5.0mA；差分放大器的放大倍数为80；如果要求测温系统的测温范围为0300，分辨率不小于0.01,试选择A/D转换器。,解：采用两个完全相同的恒流源分别给测温热电阻RT与标准参考电阻Rf（其值为100欧）供电。 调节差分放大器使得测量温度为0时放大器的输出为0V。当测量温度为300时，送入差分放大器的电压差值为 U=I0RT-I0R0(1+At)-I0Rf = I0RfAt 经差分放大器放大后的输出电压（满量程输出为： Um=kU=kI0