检测与信号处理技术考核题

一 名词解释 1 敏感器 2 粗大误差 3 静态误差 4 分辨率 5 界位 敏感器 把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置 粗大误差 在一定的条件下测量结果显著的偏离其实际值时所对 应的误差 静态误差 测量过程中 被测量随时间变化缓慢或基本不变时的 测量误差 分辨率 仪表能够检测到被测量最小变化的本领 一般模拟式仪 表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半 数字式仪表的分辨率 为最后一位的一个字 界位 在同一容器中 由于两种密度不同 且互不相容的液体 之间或液体与固体之间的分界面 相界面 位置 二 简答题 1 检测系统是由哪几部分组成的 他们各自的功能是什么 答 检测系统是由传感器 信号调理器和输出环节三部分组成 传感器 信号变换器 将被测量的信息转化成电参数 信号调理电路 将电参数转换成标准电信号 测量电桥 信号放 大 信号隔离 硬件滤波 V F 转换 F V 转换和 V I 转换 输出环节 显示与记录装置 数据通信接口和控制装置 2 常用的减少系统误差的方法有哪些 答 引入修正值法 零位式测量法 替换法 替代法 代替法 和对照法 交换法 3 试比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同 答 1 同样温度之下 热电阻输出信号较大 易于测量 以 0 100 C 为例 如用 K 热电偶 输出为 4 095mV 用 S 热电偶更小 只有 0 643mV 但用铂热电阻 如 0 C 时为 则 100 C 时为 100 电阻增加量为 如用铜热电阻 电阻增加量可达 139 1 39 1 42 8 测量毫伏级的电动势 显然不如测几十欧的电阻增量容易 2 热电阻对温度的响应是阻值的增量 必须借助桥式电路或 其它措施 将起始阻值减掉才能得到反映被测温度的电阻增量 通 常起始阻值是对应于时的阻值 热电偶对温度的响应是全 0tC 0 R 部热电动势 对参比温度而言不需要减起始值 因为起始值 0 0tC 为零 3 热电阻的测量必须借助外加电源 测量时 将电流加入热 电阻 通过测量电阻两端的电压 推导出电阻值 热电偶只要热端 冷端温度不等 就会产生电动势 它是不需电源的发电式传感器 4 热电阻感温部分的尺寸较大 通常约几十毫米长 它测出 的是该空间的平均温度 热电偶的热端是很小的焊点 它测出的是 该点的温度 5 同类材料制成的热电阻不如热电偶测温上限高 由于热电 阻必须用细导线绕在绝缘支架上构成 支架材质在高温下的物性限 制了测温范围 例如铂组成的热电偶可测 1600 而铂热电阻却只 能工作在 1000 C 以下 通常只到 650 C 但在低温领域热电阻可 用到 250 C 热电偶一般用在 0 C 以上 三 计算题 1 用分度号为 的铜热电阻测温 测得 若 求此时的被测温度 解 由 0 1 t RRt 得 0 3 71 02 1 1 50 98 22 4 28 10 t R R tC 2 对某量进行 15 次测量 测得数据为 28 53 28 52 28 50 28 52 28 53 28 53 28 50 28 49 28 49 28 5 1 28 53 28 52 28 49 28 40 28 50 若这些测得值已消除系统 误差 试判断该测量列中是否含有粗大误差的测量值 解 测量数据及计算结果如下表所示 n i x i v 2 i v 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 28 53 28 52 28 50 28 52 28 53 28 53 28 50 28 49 28 49 28 51 28 53 28 52 28 49 28 40 28 50 0 026 0 016 0 004 0 016 0 026 0 026 0 004 0 014 0 014 0 006 0 026 0 016 0 014 0 104 0 004 0 000676 0 000256 0 000016 0 000256 0 000676 0 000676 0 000016 0 000196 0 000196 0 000036 0 000676 0 000256 0 000196 0 010816 0 000016 427 5600 014284 28 504 n x x i 2 15 2 1 0 014284 0 001020 114 i i v n 0 032 在置信概率为 0 99 时 可用格罗布斯准则判断有无粗大误差 因为 查表可得 15n 01 0 99 01 00 15 0 012 70gng 所以 0 2 70 0 0320 0864gn 又因为 140 max 0 104 i vvgn 故第 14 个测量数据为粗大误差 应当指出 粗大误差的剔除是一个反复的过程 即当剔除一个 粗差后 应重新计算平均值和标准差 再进行检验 反复进行 直 到粗差被全部剔除为止 四 查资料 简述一种压力仪表应用的例子 应用背景 仪表工作 原理 参考文献 字数在 1000 字以上 解 压力变送器压力变送器 压力变送器有电动式和气动式两大类 电动式的统一输出信号为 0 10mA 4 20mA 或 1 5V 等直流电信号 气动式的统一输出信号 为 20 100Pa 的气体压力 应用背景 压力变送器的发展大体经历了四个阶段 1 早期压力变送器采用大位移式工作原理 如水银浮子式差压 计及膜盒式差压变送器 这些变送器精度低且笨重 2 20 世纪 50 年代有了精度稍高的力平衡式差压变送器 但反 馈力小 结构复杂 可靠性 稳定性和抗振性均较差 3 20 世纪 70 年代中期 随着新工艺 新材料 新技术的出现 尤其是电子技术的迅猛发展 出现体积小巧 结构简单的位移式变 送器 4 20 世纪 90 年代科学技术迅猛发展 变送器测量精度提高而 且逐渐向智能化发展 数字信号传输更有利于数据采集 出现了扩 散硅压阻式变送器 电容式变送器 差动电感式变送器和陶瓷电容 式变送器等不同类型 压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器 其广泛应用 于各种工业自控环境 涉及水利水电 铁路交通 智能建筑 生产 自控 航空航天 军工 石化 油井 电力 船舶 机床 管道等 众多行业 压力变送器有电动式和气动式两大类 电动式的统一输出信号 为 0 10mA 4 20mA 或 1 5V 等直流电信号 气动式的统一输出信 号为 20 100Pa 的气体压力 工作原理 压力变送器按不同的转换原理可分为力 力矩 平衡式 电容式 电感式 应变式和频率式等 下面简单介绍几种压力 差压 变送器 的原理 结构 使用 检修和校验等知识 压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备 进而在计算 机显示压力其原理大致是 将水压这种压力的力学信号转变成电流 4 20mA 这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系 一 般是正比关系 所以 变送器输出的电压或电流随压力增大而增大 由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的 两种压力通入高 低两压力室 低压室压力采用大气压或真空 作 用在敏感元件的两侧隔离膜片上 通过隔离片和元件内的填充液传 送到测量膜片两侧 压力变送器感受压力的电器元件一般为电阻应变片 电阻应变 片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件 电阻 应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种 金属电 阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种 通常是将应变片 通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上 当基体受力 发生应力变化时 电阻应变片也一起产生形变 使应变片的阻值发 生改变 从而使加在电阻上的电压发生变化 4 扩散硅式压力变送器 扩散硅压力变送器通过温度传感器把温 度信号变为电信号 再由前置放大器把此电信号放大滤波 送往 CPU 的 A D 转换模块进行模拟量到数字量的变换 最后由 CPU 进行 数据处理并显示及 PWM 输出 原理框图如下 被侧介质 传感器 电子线路 输出信号 被测介质的压力直接作用于传感器的陶瓷 扩散硅膜片 上 使 膜片产生与介质压力成正比的微小位移 正常工作状态下 膜片最 大位移不大于 0 025 毫米 电子线路检测这一位移量后 即把这一 位移量转换成对应于这一压力的标准工业测量信号 超压时膜片直 接贴到坚固的陶瓷基体 扩散硅上 由于膜片与基体的间隙只有 0 1 毫米 因此过压时膜片的最大位移只能