检测技术学习包复习资料

检测技术学习包（复习资料）
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1. 从检测手续看，可以分为哪几种不同的检测方法？各方法的优点和缺点是什么？其应用范围场合？
答：从检测手续看，可以分为直接、间接和联立法
直接法：在使用仪表进行检测时，对仪表不需要经过任何运算，就能直接表示出所需要的结果。

优点：简单而迅速。

缺点：检测精度不容易达到很高。

应用：工程上。

（1）间接法：在使用仪表进行检测时，首先对被测量有确定函数关系的几个量进行检测，然后将检测值带入函数关系式，经过计算得到所需要的结果。

缺点：在检测过程中，手续较多，花费时间较长。

优点：检测精度很高。

应用：多用于可蹙额实验中的实验室检测。

（2）联立法：在应用仪表进行检测时，若被测的量必须经过求解联立方程组，才能得到较高的检测精度。

缺点：操作手续很复杂，花费时间很长。

优点：高精度。

应用：科学实验及特殊场合。

2.简述接触式检测系统和非接触式检测系统的定义及适用范围。

答：（1）接触式检测法：将仪表的敏感元件与被测量相接触，适用于静态或运动速度缓慢的物质参数检测。

（2）非接触检测仪表的敏感元件不与被测物质进行有机械接触适用于告诉运动或环境恶劣的场合。

3.简述：完整的检测过程。

答：（1）从被测对象中获得代表被测对象中代表其特征的信号；
（2）对已获得的信号进行转换盒放大
（3）对已获得的足够大的信号按需要进行变换，使其成为所需要的表现形式并与标量进行比较。

（4）把检测结果以数字或刻度的形式显示，记录或输出。

4.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置
等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。

当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。

下图给出了检测系统的组成框图。

检测系统的组成框图
传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。

根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

5.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?
答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。

此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。

如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。

测量原理如下图所示：
图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。

在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。

然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。

调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式
测量出额定输出电压U 。

正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L 的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U 0的微小波动值ΔU ，即可由毫伏表指示出来。

根据U 0=U +ΔU ，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。

微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。

用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化
6.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。

解：该仪器的灵敏度为
25
.40.55.35.2-=--=S mV/mm 7. 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。

因此，应该选用1.5级的测温仪器。

8.什么是随机误差？服从正态分布的随机误差有哪些特性？
答：指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。

用精密度表征：精密度是指测量结果的分散程度。

特性：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。

也就是说f (δ)- δ曲线对称于纵轴。

有界性 在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎不出现。

抵偿性 在相同条件下，当测量次数n →∞时，全
体随机误差的代数和等于零，即0lim 1=∑=∞→n
i i n δ。

单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前者比后者的概率密度大，在δ=0处随机误差概率密度有最大值。

9. 金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?
答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。

10.热电阻测量时采用何种测量电路?为什么要采用这种测量电路?说明这种电路的工作原理。

答：通常采用电桥电路作为测量电路。

为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。

由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被
分配在两个相邻的桥臂中，如果t t R R 21=，则由于环境温度变化引起的引线电阻
值变化造成的误差被相互抵消。

热电阻的测量电路
11. 采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。

当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

解：单臂时40U K U ε=，所以应变为1时66
01024
10244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为33
01024
10244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；双臂时20U K U ε=，所以应变为1时66
01042
10242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为
33
01042
10242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时60108-⨯=U /V ，应变为1000时应为30108-⨯=U /V 。

从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。

12. 采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V 。

当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV ，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？
解：由于不知是何种工作方式，可设为n ，故可得：
10101023
0 n
n U K U -⨯⨯==εmV 得n 要小于2，故应采用全桥工作方式。

13. 直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?
答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。

14. 如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E =3V ，R 3=R 4=100Ω，R 1和R 2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K =2.0。

两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。

设等强度梁在受力后产生的应变为5 000，试求此时电桥输出端电压U 0。

2
题6图
解：此电桥为输出对称电桥，故152
1053223
0=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV 15. 光敏电阻有哪些重要特性，在工业应用中是如何发挥这些特性的？
答：光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。

它的重要特性是在无光照时阻值非常大，相当于断路，有光照时阻值变得很小，相当于通路。

在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制。

16.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？
答：传感器的几何尺寸，线圈电气参数的对称性。

磁性材料的残余应力，测量电路零点残余电动势等。

17.电涡流式传感器的灵敏度主要受那些因素影响？它的主要优点是什么？ 答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。

优点：结构简单，频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到广泛的应用。

18. 试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?
答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为
C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1）
电容因位移而产生的变化量为
a
x C x d b
C C C ∆-=∆-=-=∆00ε 其灵敏度为 d
b x C K ε-=∆∆= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。

直线位移型电容式传感器
19. 如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm ,极板间距离δ=0.2mm .若用此变面积型传感器测量位移x ,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特
性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812-0⨯=ε。

解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。

32.2810
21085.8101644312
4200=⨯⨯⨯⨯⨯==---δεa C /pF x kx C x a a C x 8.7032.28)(400-=+=-=δε (x 的单位为米)
δε)400ax C C C x -=-=∆
8.701021041085.8443
2
1200-=⨯⨯⨯⨯⨯-=-=-=---δεa x C C K x /pF
cm
20.为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量？
答：压电效应：某些电介质，当沿着一定方相对它施加力而使它变形时，内部产生极化现象，在其表面上会产生电荷，当外力去掉时，有重新恢复不带电状态，这种效应称为压电效应。

对压电材料施加恒定压力时，在压电材料表面会产生表面电荷，但这些表面电荷会很快与环境中的杂散电荷或材料内部的自由电荷中和，呈电中性，所以不能用来测量恒定压力，即压电式传感器不能用于静态测量，压电材料在交变力的作用
下，电荷可以不断补充，供给测量回路以一定得电流，故适应于动态测量。

21.压电式传感器的测量电路作用是什么？其核心是解决什么问题？
答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。

22.什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。

答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。

23.已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度t＝800℃，冷端温度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?
解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E(800，0)=33.275mV，E(25，0)=1.024 mV，故可得
E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV
24.什么是霍尔效应？
答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。

产生的电势差称为霍尔电压。

25.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？
答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。

26.集成霍尔传感器有什么特点？
答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。

集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。

此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。

27.光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?
答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

28.什么是光电元件的光谱特性?
答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。

29.参数检测的意义？
答：目的：取得被测参数的定量值。

各行各业都需要通过对被测量的检测，取得该量的确切数值作为分析、判断的依据，为决策提供保障。

应考虑的问题：（1）掌握被测对象的状态和特征的基础上，正确的选用检测方法和检测工具才能实现。

（2）正确的选择被检测参数和检测点。

（3）检测系统的引入，对被测对象的物理、化学状态来确定的。

（4）检测系统本身应有抗干扰能力，保证测得数值的准确性。

（5）检测系统应具有适当的数据传输方式。

（6）设置方面，要考虑安装、操作和维修方便。

30.温度及温标的概念？
答：温度：从能量角度看，温度是描述系统不同自由度能量分布状况的物理量；从热平衡来看，温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。

温标：为了保证温度量值的准确和统一，应该建立一个用来衡量温度的标准尺度。

31.温标三要素是什么？
答：温度计、固定点和内插方程称为温标三要素。

国际温标：ITS-90的热力学温度记为T90，单位为“K”,与此并用的摄氏温度记为t90,单位是℃：t90=T90-273.15 32.光纤传感器的性能有何特殊之处？主要有哪些应用？
答：光导纤维是七十年代迅速发展起来的一种新型传感器，光纤传感器具有灵敏度高，不受电磁波干扰，传输频带宽，绝缘性能好，耐水腐蚀性好，体积小，柔软等优点。

目前已研制出多种光纤传感器，可用于位移，速度，加速度，液位，压力，流量，振动，水声，温度，电压电流，磁场，核辐射等方面的测量，应用前景十分广阔。

33.红外线温度传感器有哪些主要类型？它与别的温度传感器有什么显著区别？
答：能把红外辐射转换成电量变化的装置，称为红外传感器，主要有热敏型和光电型两大类。

热敏型是利用红外辐射的热效应制成的，其核心是热敏元件。

由于热敏元件的响应时间长，一般在毫秒数量级以上。

另外，在加热过程中，不管什么波长的红外线，只要功率相同，其加热效果也是相同的，假如热敏元件对各种波长的红外线都能全部吸收的话，那么热敏探测器对各种波长基本上都具有相同的响应，所以称其为“无选择性红外传感器”。

这类传感器主要有热释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。

光电型是利用红外辐射的光电效应制成的，其核心是光电元件。

因此它的响应时间一般比热敏型短得多，最短的可达到毫微秒数量级。

此外，要使物体内部的电子改变运动状态，入射辐射的光子能量必须足够大，它的频率必须大于某一值，也就是必须高于截止频率。

由于这类传感器以光子为单元起作用，只要光子的能量足够，相同数目的光子基本上具有相同的效果，因此常常称其为“光子探测器”。

这类传感器主要有红外二极管、三极管等。

34.传统的传感器的缺点表现在哪几个方面？
答：（1）成本价格高
（2）输入-输出特性存在非线性，且随时间而漂移。

（3）信噪比低，易受噪声干扰。

（4）存在交叉灵敏度，选择性，分辨率不高
以上不足是传感器性能不稳定、可靠性差，精度低的主要原因。

34.现场总线的主要特点是什么？
答：（1）传输数字信号。

用数字信号取代原来的4-20mA标准模拟信号，进而提高可靠性和抗干扰能力。

（2）标准化。

总线采用统一标准，使系统具有开放性。

（3）智能化。

采用智能与控制职能分散下放到现场装置原则，现场总线网络的每一节点处安装的现场仪表应是智能型的。

35.与传统传感器相比，智能传感器的特点是什么？
答：（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高的分辨力。

（4）强的适应性。

（5）高性价比。

36. 对传感器输出的微弱电压信号进行放大时，为什么要采用测量放大器？答：因为测量放大器不但具有很高的放大倍数，而且具有十分稳定的输出特性，
符合传感器微弱信号放大的要求。

37. 在模拟量自动检测系统中常用的线性化处理方法有哪些？
答：线性化方法主要有在模拟量自动检测系统中可采用三种方法：①缩小测量范围，取近似值。

②采用非均匀的指示刻度。

③增加非线性校正环节。

38. 说明检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用。

答：检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用是是利用它本身的非线性补偿传感器的非线性，从而使整台仪表的输出u0和输入x之间具有线性关系。

39. 如何得到非线性校正环节的曲线？
答：一般主要是利用非线性元件或利用某种元件的非线性区域，例如将二极管或三极管置于运算放大器的反馈回路中构成的对数运算放大器就能对输入信号进行对数运算，构成非线性函数运算放大器，它可以用于射线测厚仪的非线性校正电路中。

目前最常用的是利用二极管组成非线性电阻网络，配合运算放大器产生折线形式的输入-输出特性曲线。

由于折线可以分段逼近任意曲线，从而就可以得非线性校正环节（线性化器）所需要的特性曲线。

40．检测装置中常见的干扰有几种?采取何种措施予以防止?
答：检测装置中常见的干扰有外部噪声和内部噪声两大类。

外部噪声有自然界噪声源(如电离层的电磁现象产生的噪声)和人为噪声源(如电气设备、电台干扰等)；内部噪声又名固有噪声，它是由检测装置的各种元件内部产生的，如热噪声、散粒噪声等。

采用的抑制技术主要有屏蔽技术、接地技术、浮置技术、平衡电路、滤波技术和光电隔离技术等。

41．屏蔽有几种型式?各起什么作用?
答：屏蔽主要有静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽和驱动屏蔽四种。

静电屏蔽能防止静电场的影响，电磁屏蔽能削弱高频电磁场的影响，低频磁屏蔽主要是为了抗低频磁场的干扰，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。

42．接地有几种型式?各起什么作用?
答：接地有信号地、电源地和保护地三种。

信号地主要将信号的零电位接地，电源地是电源的零电位，保护地则是系统的零电平。

43．脉冲电路中的噪声抑制有哪几种方法?请扼要表达它的抑制原理?
答：脉冲电路中的噪声抑制有积分电路、脉冲干扰隔离门和相关量法三种。

积分电路的抑制原理是由于脉冲宽度大的信号输出大，而脉冲宽度小的噪声脉冲输出也小，所以能将噪声干扰滤除掉；脉冲干扰隔离门的抑制原理是用硅二极管的正向压降对幅度较小的干扰脉冲加以阻挡，而让幅度较大的脉冲信号顺利通过；相关量法的抑制原理是找出脉冲信号相关量(同步脉冲)，以此量与脉冲信号同时作用到与门上，当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉冲信号，这样就抑制了脉冲中的干扰。