现代检测技术及仪表 考试题

第一章

1. 5大热功量：温度、压力、物位、流量、成分

2.传感器：能把外界非电信息转换成电信号输出的装置。能把被测非电量转换为可用非电量的装置为敏感器。异同：敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而不是象传感器那样把非电量转换成电量。理论上讲，M 种敏感器，N 种传感器和3种仪表电路的排列组合可产生出（M*N*3）种非电量检测仪表。

3. 非电量电测法有哪些优越性。

答：1）便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器量程。2）电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，具有很宽的频带。3）把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。4）把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。 4. 常见的检测仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理。

答：普通模拟式检测仪表、普通数字式检测仪表、微机化

在整个测量过程中，只是模拟量之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。 二、普通数字式检测仪表

（a ）模数转换式――模拟测量电路把传感器输出的电量转换成直流电压信号，A/D 转换器把直流电压转换成数字，最后由数字显示器显示出来 (b) 脉冲计数式――信号放大整形后，由计数器进行计数最后由数字显示器显示出来 三、微机化检测系统

传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要处理后，由显示器显示出来并记录下来。 第4章

2、有源电桥―电桥输出电压U0与传感器电阻相对变化R R

∆成线性关系02E R U R

∆=-

⋅

4、为什么线绕式电位器容易实现各种非线性特性而且分辨力比非线绕式电位器低?

答：由线绕式电位器可见，只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时，线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶。而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动，电阻呈连续变化，因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电位器低。 5、电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小吗?为什么? 答：应变片的灵敏系数k 是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比称为，而应变电阻材料的应变灵敏系数k0是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变之比。实验表明：k ＜k0，除了黏结层传递应变有损失外，另一重要原因是存在横向效应的缘故。 6、热电阻与热敏电阻的电阻—温度特性有什么不同?

答：热电阻：金属的电阻率随温度的升高而升高，从而使金属的电阻也随温度的升高而升高，金属热电阻的电阻温度系数为正值。热敏电阻的电阻温度系数分为三类：(1)负温度系数 (2)正温度系数 (3)临界温度系数

7、为什么气敏电阻都附有加热器?

答：气敏电阻都附有加热器，以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃，同时加速气体的吸附，从而提高元件的灵敏度和响应速度。半导瓷气敏电阻元件一般要加热到200℃～400℃。

8、自感式传感器有哪些类型?各有何优缺点?

答：自感传感器有三种类型：变气隙式、变面积式和螺管式。变气隙式灵敏度最高，但非线性严重，示值范围只能较小，自由行程受铁心限制，制造装配困难。变面积式和螺管式的优点是具有较好的线性，示值范围大些，自由行程可按需安排，制造装配也较方便。此外，螺管式与变面积式相比，批量生产中的互换性好。 9、试比较差动自感式传感器与差动变压器式传感器的异同? 答：差动自感式传感器与差动变压器式传感器的相同点是都有一对对称的线圈铁心和一个共用的活动衔铁，而且也都有变气隙式、变面积式、螺管式三种类型。不同点是，差动自感式传感器的一对对称线圈是作为一对差动自感接入交流电桥或差动脉冲

调宽电路，将衔铁位移转换成电压。而差动变压器式传感器的是作为变压器的次级线圈，此外，差动变压器式传感器还有初级线圈（差动自感式传感器没有）。 10、试说明图４－３－１１电路为什么能辨别衔铁移动方向和大小?为什么能调整零点输出电压?

答：图(a)和图(b)的输出电流为Iab=I1-I2，图(c)和图(d)的输出电压为Uab=Uac-Ubc 。当衔铁位于零位时，I1＝I2,Uac=Ubc ，故Iab=0,Uab=0;当衔铁位于零位以上时，I1>I2，Uac>Ubc ，故Iab>0，Uab>0;当衔铁位于零位以下时，I1

答：其主要优点是可实现非接触式测量。 12、反射式涡流传感器与透射式涡流传感器有何异同?

答：相同点：都包含有产生交变磁场的传感器线圈（激励线圈）和置于该线圈附近的金属导体，金属导体内，都产生环状涡流。不同点：反射式涡流传感器只有产生一个交变磁场的传感器线圈，而透射式涡流传感器有两个线圈：发射线圈（激励线圈）L1、接收线圈L2，分别位于被测金属板的两对侧。 第5章、 8、试证明热电偶的中间温度定律和标准电极定律。（见答案）

1、中间导体定律——若中间导体两端温度相同，则),(),(0

T T E T T E AB

ABC

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图5-3-2(a)为例“巡游一周法”

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图5-3-2(b)为例“巡游一周法”

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2、图 5-1-1(a)磁电式传感器与图4-3-1(a)自感式传感器有哪些异同?为什么后者可测量静位移或距离而前者却不能? 答：相同点：都有线圈和活动衔铁。不同点：图5-1-1(a)磁电式传感器的线圈是绕在永久磁钢上，图4-3-1(a)自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。后者可测量静位移或距离而前者却不能。

3、为什么磁电感应式传感器又叫做速度传感器?怎样用它测量运动位移和加速度?

答：根据电磁感应定律，磁电感应式传感器的线圈感应电压与线圈磁通对时间的导数成正比，而实现磁通变化有两种方式：活动衔铁相对磁铁振动或转动，线圈相对磁铁振动或转动。这两种方式产生的感应电压都与振动或转动的速度成正比，因此磁电感应式传感器又叫做速度传感器。在磁电感应式传感器后面接积分电路可以测量位移，后面接微分电路可以测量加速度。因为位移是速度的积分，而加速度是速度的微分。 4、磁电感应式传感器有哪几种类型?它们有什么相同点?有什么不同点?

答：磁电感应式传感器有两种类型结构：变磁通式和恒磁通式。相同点：都有线圈、磁铁、活动衔铁。不同点：变磁通式是线圈和永久磁铁(俗称磁钢)均固定不动，与被测物体连接而运动的部分是利用导磁材料制成的动铁心(衔铁)，它的运动使气隙和磁路磁阻变化引起磁通变化，而在线圈中产生感应电势。在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生的。这类结构有两种：一种是线圈不动，磁铁运动，称为动铁式，另一种是磁铁不动，线圈运动，称为动圈式。 5、用压电式传感器能测量静态和变化极缓慢的信号吗?为什么?

答：不能。ω都不能为零，所以不论采用电压放大还是电荷放大，压电式传感器都不能测量频率太低的被测量，特别是不能测量静态参数(即ω=0)，因此压电传感器多用来测量加速度和动态力或压力。 6、为什么压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器?

答：连接电缆电容Cc 改变会引起C 改变,进而引起灵敏度改变，所以当更换传感器连接电缆时必须重新对传感器进行标定，这是采用电压放大器的一个弊端。在采用电荷放大器的情况下，灵敏度只取决于反馈电

容CF ，而与电缆电容Cc 无关，因此在更换电缆或需要使用较长电缆(数百米)时，无需重新校正传感器的灵敏度。

7、压电元件的串联与并联分别适用于什么测量场合? 答：串联使压电传感器时间常数减小，电压灵敏度增大，适用于电压输出、高频信号测量的场合；并联使压电传感器时间常数增大，电荷灵敏度增大，适用于电荷输出、低频信号测量的场合。 9、光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?它们在电路中各用什么符号表示?

答：光电效应一般分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应，相对应的光电器件也有以下三种类型：１、光电发射型光电器件，有光电管和光电倍增管；２、光导型光电器件，有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管；３、光伏型光电器件，有光电池

10、光电传感器有哪几种常见形式?各有哪些用途? 答：有５种常见形式。１、透射式，可用于测量液体、气体和固体的透明度和混浊度；２、反射式，可用于测量表面粗糙度等参数；３、辐射式，可用于光电高温计和炉子燃烧监视装置；４、遮挡式，可用于测量物体面积、尺寸和位移等参量；５、开关式，可用于①开

关，如光电继电器；②计数，将光脉冲转换为电脉冲进行产品计数或是测量转速等；③编码，利用不同的码反映不同的参数。

11、试说明怎样增大或减少霍尔式钳形电流表的灵敏度?

答：由公式(5-5-13)可见，增大（或减少）霍尔片控制电流可增大（或减少）霍尔式钳形电流表的灵敏度被测电流导线如果在硅钢片圆环上绕几圈，电流表灵敏度便会增大几倍。用这种办法可成倍地改变霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。 12、为什么霍尔元件会存在不等位电压和温度误差?怎样从电路上采取措施加以补偿?

答：由于工艺上的原因，很难保证霍尔电极Ｃ、Ｄ装配在同一等位面上,这时即使不加外磁场，只通以额定激励电流I ，在ＣＤ两电极间也有电压U0 输出，这就是不等位电压。U0 的数值是由Ｃ、Ｄ两截面之间的电阻R0 决定的，即U0=IR 。此外霍尔元件电阻率不均匀或厚度不均匀也会产生不等位电压。必须从工艺上设法减小，并采用电路补偿措施。补偿的基本思想是把矩形霍尔元件等效为一个四臂电桥，不等位电压相当于该电桥在不满足理想条件R1=R2=R3=R4 情况下的不平衡输出电压。因而一切使桥路平衡的方法均可作为不等位电压的补偿措施。 第7章

1、、试说明光纤传光的原理与条件。

答：光导纤维简称光纤，由透光的纤芯和包层以及不透光的尼龙外套组成。纤芯内传播的光入射到纤芯和包层的交界面时，由于纤芯的折射率比包层的折射率大，只要入射角θ1大于临界角θc ，即θ ≥θ = arcsin(n 2/n 1) ，光就不会穿过两个介质的分界面，而只会完全反射回来，这种只有反射没有透射的情况称为全反射。在光纤的入射端，光线从空气(折射率为n0=1)中以入射角φ0 射入光纤纤芯，当入射角φ0<φc = arcsin((n 12-n 22)/ n 0)时，就会使θ1>θc 即满足全反射条件，这样，光线就能在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在纤芯内向前传播，从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光原理。 2、红外探测器有哪两种类型?二者有何区别?

答：按其所依据的物理效应可分为光敏和热敏两大类型，光敏红外探测器是采用电真空光电器件或半导体光电器件，通过红外辐射的光电效应，把红外辐射的光量变化转换为电量变化。热敏红外探测器是采用热敏电阻、热电偶和热电堆，通过红外辐射的热电效应，把红外辐射的热量变化转换为电量变化。 3、压电式超声波探头的工作原理是什么？

答：超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。压电式超声波探头是利用压电材料的压电效应来工作的。逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。由于压电效应的可逆性，实际应用中的超声探头大多是发射与接收兼用，既能发射超声波信号又能接收发射出去的超声波的回波，并把它转换成电信号。

4、传感器发展的新趋向是什么?

答：传感器发展的新趋向是：１）探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器；２）传感器的集成化和多功能化；３）传感器的智能化；４）研究生物感官，开发仿生传感器。 第8章

1、气体摆式―――图8-2-7

气体摆式倾角传感器的工作原理如图所示，传感器壳体平行于水平面时，密封盒内两几何对称的热敏电阻丝R1和R2说产生的热气流均垂直向上，二者互不影响，电桥平衡，输出为零。若传感器壳体相对于地球重心方向产生倾角Q,由于重力的作用，两个热敏电阻产生的热气流仍保持在铅垂方向，但两束热气流对彼此的热源（R1和R2）产生作用。若倾角Q 为正，R2产生的热气流作用到R1上，电桥失去平衡，输出跟Q 大小成正比的的正模式电压，若倾角Q 为负，R1产生的热气流作用到R2上，电桥失去平衡，输出跟Q 大小成正比的模拟