《现代检测技术及仪表》第2版习题解答(孙传友编)
《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第11章
《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第11章第一篇：《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第11章第11章成分与含量的电测法11.1 水分和湿度电测法11.1.1水分和湿度的定义及表示方法一、气体的湿度1、绝对湿度在一定湿度及压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气量，其单位为g/m3。
2、相对湿度单位体积混合气体中所含的水蒸气量与同温度下饱和水蒸气量的比值的百分数，一般用符号%RH表示。
3、露(霜)点温度当空气的温度下降到某一温度时, 空气中的水蒸汽就凝结成露珠（或凝结成霜），这一特定温度称为空气的露点温度（或霜点温度）。
已测知空气的露点为Ta，待测空气所处温度为Tw，通过查表求得温度为Ta和Tw时水的饱和水蒸汽压，二者之比即为待测空气的相对湿度。
二、固体的湿度固体的湿度也称为含水量(或称水分)，通常以物质中所含水分质量(或重量)与总质量(或总重量)之比的百分数来表示。
11.1.2固体水分电测法一、红外式用易被水吸收和不被水吸收的两种波长的红外辐射轮流交替地透过被测固体，取其透过被测固体的辐射强度之比值来测定被测固体的水分。
二、电阻式图11-1-1 利用固体物质的电阻值随含水量的不同而不同的特性，可以测量其湿度。
三、电容式图11-1-2 根据物料介电常数与水分的关系，通过测量以物料为电介质的电容器的电容值即可确定物料的水分。
11.1.3气体湿度电测法一、测温式——干湿球湿度计图11-1-3 原理：根据所测得干球温度T1和湿球温度T2之差，确定空气的相对湿度。
1、传统方法――用水银温度计测量干湿球温度，查相应的表，确定气体的湿度。
2、用两个热电偶或两个热电阻测量干湿球温度差图10-2-10图10-2-113、“电子干湿式”湿度传感器图11-1-4二、电阻式通过测量湿敏电阻受湿度影响后的阻值即可测得相应的湿度。
(详见4.1.5节)三、电容式高分子湿敏电容的电容值与气体中相对湿度之间成线性关系。
《现代检测技术及仪表》第2版习题解答(孙传友编)第6章
第6章6-1答：有三条码道。
码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。
这两圈码道都等角距地分布着m 个透光与不透光的扇形区，但彼此错开半个扇形区即90°/m 。
所以增量码道产生的增量脉冲与辨向码道产生的辨向脉冲在时间上相差四分之一个周期，即相位上相差90°。
增量码道产生的增量脉冲的个数用于确定码盘的转动角度，辨向脉冲与增量脉冲的相位关系用于确定码盘的转动方向。
6-2答：因为主光栅沿栅线垂直方向(即x 轴方向)移动一个光栅栅距W ，莫尔条纹沿y 轴正好移动一个条纹间距H （H>>W ），光电元件的输出电压变化一个周期，光栅辩向电路产生一个脉冲计数，采用电子细分技术后，主光栅移动一个光栅栅距W ，细分电路将产生m 个计数脉冲，光栅的分辨率即一个脉冲计数代表的位移就从W 变成W/m 。
光栅的栅距一般为0.01～0.1mm ，电子细分数在12～60甚至更多，因此光栅传感器能测量很微小的位移。
光栅传感器中有两个相距四分之一莫尔条纹间距的光电元件，这两个光电元件的输出信号u 1和u 2的相位差正好等于π/2。
当位移反方向时，正向位移时原来相位超前的那个光电元件的输出信号的相位，就从相对超前变为相对迟后，这就会使相关的辨向电路控制计数器从脉冲加计数变成脉冲减计数，因此计数器的计数结果反映位移正负两抵后的净位移。
6-3答：长光栅所允许的移动速度V 受光敏二极管响应时间τ的限制τ≥VW 故s m s m WV /2010501063=⨯=≤--τ 6-4解：六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为： rad 098.06.523606===α。
码盘半径应为： mm mm lR 1.0098.001.0===α 循环码101101的二进制码为110110，十进制数为54；循环码110100的二进制码为100111，十进制数为39。
现代普通测量学第2版课后习题参考答案
《现代普通测量学》习题参考答案第1章绪论第2章测量学的基础知识一、学习目的与要求1.掌握测量学的基础知识，清楚参照系的选择以及地面点定位的概念。
2.了解水准面与水平面的关系。
4.深刻理解测量工作的基本原则。
5.充分认识普通测量学的主要内容。
二、课程内容与知识点1.地球特征，大地水准面的形成，地球椭球选择与定位。
地球形状和大小。
水准面的特性。
参考椭球面。
2.确定点位的概念。
点的平面位置和高程位置。
3.测量中常用的坐标系统，坐标系间的坐标转换。
天文坐标（λ，φ），大地坐标（L ，B ），空间直角坐标（X ，Y ，Z ），高斯平面直角坐标（x ，y ），独立平面直角坐标（x ，y ）。
高斯投影中计算带号的公式：()()取整数部分取整数部分=+︒-==+=13/'30116/P P n N λλ计算中央子午线的公式：n N 33636=︒-︒=︒︒λλ4.地面点的高程。
1985年国家黄海高程基准。
高程与高差的关系：''A B A B AB H H H H h -=-=。
5.用水平面代替水准面的限度。
对距离的影响：223R D D D ≈∆对水平角的影响："6.0≤ε 对高差的影响：RD h 2/2=∆6.测量工作的基本概念。
测量工作的原则：从整体到局部、先控制后碎部；步步检核。
测量工作的内容：地形图测绘，施工测量。
三、习题与思考题1.何谓大地水准面？它在测量工作中起何作用？ 答：静止平衡状态下的平均海水面, 向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面。
特性: 唯一性、等位面、 不规则曲面； 作用：测量野外工作的基准面。
2. 测量中常用的坐标系有几种？各有何特点？不同坐标系间如何转换坐标？答：测量中常用的坐标系统有：天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系。
3. 北京某点的大地经度为116º20′，试计算它所在的六度带和三度带带号，相应六答：()().391]3/'301[;201191]6[=+︒-==+=+=P P n N λλ L 0=6 ºN-3 º=117 º ；L ’0 =3ºn=117 º。
《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案第6章
第6章 数字式传感器6.1 编码器6.1.1 直接编码器——直接将角位移转换为2进制数码一、工作原理1、组成结构 图6-1-1 ⎪⎩⎪⎨⎧个光电元件－－圈码道码盘－－有光源n n2、工作原理：各光电元件根据受光照与否转换输出相应的电平信号分别代表二元码“1”和“0”。
通过光电转换，码盘转角α转换成成一组相应的n 位二元码。
二、码制与码盘结论：直接编码器多采用循环码盘三、转换关系和转换电路1、转角与二进码转换 ∑∑=-=-︒=︒==ni ii n i i n i nC C N 1112 360 22360θα 2、二进码与循环码的转换C 1C 2C 3C 4……C n R 1R 2R 3R 4……R n⊕ C 1C 2C 3……C n-1 ⊕ C 1C 2C 3……C n-1 R 1R 2R 3R 4……R n C 1C 2C 3C 4……C n1111i i i i i i C R R C C C R C --=⎫⎪=⊕⎬⎪=⊕⎭3、转换电路1）二进制码转换为循环码1°并行电路 图6-1-4（a ） 2°串行电路 图6-1-4（b ）2）循环码转换为二进制码1°并行电路 图6-1-5（a ）2°串行电路 图6-1-5（b ）触发器先清零，J=K=R i ，i i i i i i i R C C R C R C Q ⊕=⋅+⋅==---1116.1.2 增量编码器 一、结构与工作原理 1．组成结构 图6-1-6 ①光源②码盘 三个码道：1°零位码道A —1条透个狭缝2°增量码道B —m 个透光不透光扇区3°辨向码道 C —m 个透光不透光扇区 （B 、C 全错开半个扇区）③光电元件三个——与三个码道对应 2．工作原理码盘每转一周：光电元件A 产生一个脉冲 光电元件B 产生m 个脉冲光电元件C 产生m 个脉冲 相位差90° 二、转向和转角的测量1．转向判别——电路图6-1-8，波形图6-1-9正转 反转感光先后 C 先感光 B 先感光 相位关系 C 超前 B 超前 触发器 Q=1 Q=0 计数器 加计数 减计数 2．净转角测量①分辨率 m /3601︒=θ ②净转角α与计数结果N 的关系 mN N ︒⨯==3601θα m N ⨯︒=360α6.2 光栅6.2.1光栅的结构和基本原理一、光栅传感器的结构 图6-2-11、主光栅(又称标尺光栅) ，均匀地刻划有透光和不透光的线条2、指示光栅，刻有与主光栅同样刻线密度的条纹3、光源和透镜4、光电元件二、莫尔条纹的形成与特点1、莫尔条纹的形成 图6-2-2主光栅与指示光栅的栅线之间保持很小的夹角β，在近乎垂直栅线的方向上出现了明暗相间的条纹――莫尔条纹。
《现代检测技术及仪表》习题解答
第 4章１、 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: 线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线, 整齐地绕在一个绝缘 骨架上制成的。
在电阻器与电刷相接触的部分, 导线表面的绝缘层被去掉并抛光, 使两者在 相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。
电刷滑过一匝线圈, 电阻就增加或减小一匝线圈的 电阻值。
因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。
只要按精确设计绝缘骨架尺寸按一定 规律变化, 如图４－1-2(b)所示, 就可使位移－电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。
由 ４－1-2(a)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。
２、 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k 0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 ＜k , 究其原因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。
应变片的敏感栅一般由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。
当试件承受单向应力时, 其表面 处于平面应变状态, 即轴向拉伸εx 和横向收缩εy 。
粘贴在试件表面的应变片, 其纵栅承 受εx 电阻增加, 而横栅承受εy 电阻却减小。
由于存在这种横向效应, 从而引起总的电阻 变化为⊗RR = k x ∑x + k y ∑ y = k x (1+〈H )∑x ,按照定义, 应变片的灵敏系数为k = ⊗R / R = k (1+〈H ),∑ x x∑ y k y 因〈 = ∑ x < 0, 横向效应系数 H = k x> 0, 故k < k x < k 0。
《现代检测技术及仪表》第1～3章习题解答
《现代检测技术及仪表》习题解答第1章１、为什么说仪器仪表是信息的源头技术。
答：当今世界正在从工业化时代进入信息化时代。
信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。
测量技术则是关键和基础。
仪器的功能在于用物理、化学或生物的方法，获取被检测对象运动或变化的信息。
仪器是一种信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用。
仪器是信息时代的信息获取——处理——传输的链条中的源头技术。
如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。
钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。
”。
现在提到信息技术通常想到的只是计算机技术和通讯技术，而关键的基础性的测量技术却往往被人们忽视了。
从上所述可以看出仪器技术是信息的源头技术。
仪器工业是信息工业的重要组成部分。
２、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，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(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，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(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。
３、各类仪器仪表有哪些共性。
答：从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。
从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。
这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。
现代检测技术第二版课后习题
第二章课后习题作业2.1 为什么一般测量均会存在误差？解：由于检测系统不可能绝对精确，测量原理的局限，测量算法得不尽完善，环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等因素，也使得测量结果不能准确的反映被测量的真值而存在一定误差。
2.2 什么叫系统误差？什么叫随机误差？它们产生的原因有哪些？解：在相同的条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。
产生系统误差的原因：①测量所用工具本身性能不完善或安装布置调整不当；②在测量过程中因湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；③测量方法不完善或测量所依据的理论本省不完善。
在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号的大小均无规律变化，这类误差称为随机误差。
产生随机误差的原因：由于检测仪器或测量过程中某些未知无法控制的随机因素综合作用的结果。
2.3 什么叫绝对误差？什么叫相对误差？什么叫引用误差？解：绝对误差是检测系统的测量值X 与被测量的真值X 0之间的代数差值△x 。
0X -X x =△相对误差是检测系统测量值的绝对误差与被测量的真值的比值δ。
%100X x⨯=△δ 引用误差是检测系统测量值的绝对误差Δx 与系统量程L 之比值γ。
%100Lx⨯=△γ 2.4 工业仪表常用的精度等级是如何定义的？精度等级与测量误差是什么关系？解：工业检测仪器常以最大引用误差作为判断精度等级的尺度，最大引用误差去掉百分号和百分号后的数字表示精度等级。
2.5被测电压范围是0～5V ，现有（满量程）20V 、0.5级和150V 、0.1级两只电压表，应选用那只电表进行测量？解：两种电压表测量所产生的最大绝对误差分别是： |ΔX 1max |=|γ1max | * L 1=0.5% * 20=0.1V |ΔX 2max |=|γ2max | * L 2=0.1% * 150=0.15V 所以|ΔX 1MAX |<|ΔX 2mac | 故选用20、0.5级电压表。
自动检测技术与仪表控制系统第二版复习重点与思考题答案
=+平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间1基本知识引论1、测量围、测量上、下限及量程测量围：仪器按照规定的精度进行测量的被测变量的围测量下限：测量围的最小值测量上限：测量围的最大值量程：量程=测量上限值-测量下限值1.2.3灵敏度：被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比 灵敏度Y U∆=∆ 1.2.4误差绝对误差：∆max δ绝对误差 = 示值－约定真值相对误差：δ相对误差（%）= 绝对误差/约定真值引用误差：max δ引用误差（%）= 绝对误差/量程最大引用误差：最大引用误差（%） = 最大绝对误差/量程允许误差：最大引用误差≤允许误差1.2.5精确度仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量。
精确度划分为若干等级，简称精度等级，精度等级的数字越小，精度越高1.2.8可靠度：衡量仪表能够正常工作并发挥其同能的程度课后习题1.1检测及仪表在控制系统中起什么作用，两者关系如何？检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。
关系：二者紧密相关，相辅相成，是控制系统的重要基础1.2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用？被控——检测单元——变送单元——显示单元——操作人员对象——执行单元——调节单元—作用：被控对象：是控制系统的核心检测单元：是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。
变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。
变：将各种参数转变成相应的统一标准信号；送：以供显示或下一步调整控制用。
显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况。
现代仪器分析第二版部分习题解答.doc
现代仪器分析习题解答2009年春第12章电位分析及离子选择性电极分析法P2161.什么是电位分析法？什么是离子选择性电极分析法？答：利用电极电位和溶液中某种离了的活度或浓度Z间的关系來测定待测物质活度或浓度的电化学分析法称为电位分析法。
以离子选择性电极做指示电极的电位分析，称为离子选择性电极分析法。
2.何谓电位分析中的指示电极和参比屯极？金属基电极和膜电极冇何区别？答：电化学中把电位随溶液中待测离了活度或浓度变化而变化，并能反映出待测离了活度或浓度的电极称为指示电极。
电极电位恒定，不受溶液组成或电流流动方向变化影响的电极称为参比电极。
金属基电极的敏感膜是由离子交换型的刚性基质玻璃熔融烧制而成的。
膜电极的敏感膜一般是由在水中溶解度很小，11能导屯的金属难溶盐经加压或拉制而成的单晶、多晶或混晶活性膜。
4.何谓TISAB溶液？它有哪些作用？答：在测定溶液屮加入大量的、对测定离子不干扰的惰性电解质及适量的pH缓冲剂和一定的掩蔽剂，构成总离子强度调节缓冲液(TISAB)。
其作用有：恒定离了强度、控制溶液pH、消除干扰离了影响、稳定液接电位。
5.25°C时，用pH=4.00的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极I H+ (a=X mol.L1) |饱和甘汞电极”的电动势为0.814V,那么在6?(HA C)=1.00X103 mol.L-1的醋酸溶液中，此电池的电动势为多少？(K H Ac=1.8X10t设a H+=[H+])解：•产(p 叶申孑(p(+)- (K-0. 0592pHi)E2= (p(+>-</)(-)=(p(+)- (K-0. 0592pH2)/.E2- Ei= E2-0. 814=0. 0592 (pH2- pH】)AE2=0. 814+0. 0592(-lg VKc^4. 00) =0. 806 (V)6.25°C时,用pH二5. 21的标准缓冲溶液测得电池:“玻璃电极I H~ (a=X mol.If1) |饱和甘汞电极”的电动势为0. 209V,若用四种试液分别代替标准缓冲溶液，测得电动势分别为①0.064V；②0. 329V；③0. 510V；④0. 677V，试求各试液的pH和K活度解：(1) A E F O. 064-0. 209=0. 0592 (pH-pH s)VpH s=5. 21・・・pHf2. 76 a H=l. 74X10-3 mol.L-1(2) A E2=0. 329-0. 209=0. 0592 (pH2-pH s)VpH s=5.21(3) A E3=0. 510-0. 209=0. 0592 (pH：厂pH JVpH s=5. 21・・・pll3 二10.29 a H-=5. 10X10-11 mol.L-1(4) A E F O. 677-0. 209=0. 0592 (pH 厂pH JVpH =5. 21・・・pH尸13. 12 a lf=7. 60X10-14 mol .If17.25°C时，电池：“镁离子电极I Mg2+ (a=1.8X10-3mol.L_1) |饱和甘汞电极”的电动势为0.411V,用含\1尹试液代替已知溶液，测得电动势为0.439V,试求试液屮的pMg值。
思考题与习题参考答案-现代检测技术及仪表-许秀-清华大学出版社
《现代检测技术及仪表》思考题与习题参考答案第1章绪论1-1 测控仪表在控制系统中起什么作用？答：检测仪表完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；控制仪表是实现各种作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，实现对被控变量的调节。
1-2 典型测控系统由哪些环节构成？答：一个典型的测控仪表系统所包含的自动控制装置有测量变送器（检测仪表）、控制器和执行器，另外还有被控对象。
1-3 典型测控系统中各环节的作用是什么？答：（1）测量变送器（检测仪表）测量被控变量并将其转化为标准、统一的输出信号。
（2）控制器接受变送器送来的信号，与希望值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准、统一的信号发送出去。
（3）执行器自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
第2章检测方法及技术2-1 简述参数检测过程。
答：一般来说，检测的过程就是用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息，通过显示或其他形式被人们所认识。
2-2 根据敏感元件的不同，参数检测的方法一般可分为哪些？答：根据敏感元件的不同，参数检测的方法一般可分为：光学法利用光的发射、透射、折射和反射定律或性质，用光强度（常常是光波波长的函数）等光学参数来表示被测量的大小，通过光电元件接收光信号。
辐射式温度计、红外式气体成分分析仪是应用光学方法进行温度和气体成分检测的例子。
力学法也称机械法，它一般是利用敏感元件把被测变量转换成机械位移、变形等。
例如利用弹性元件可以把压力或力转换为弹性元件的位移。
热学法根据被测介质的热物理量（参数）的差异以及热平衡原理进行参数的检测。
例如热线风速仪是根据流体流速的大小与热线在流体中被带走的热量有关这一原理制成的，从而只要测出为保证热线温度恒定需提供的热量（加热电流量）或测出热线的温度（假定热线的供电电流恒定）就可获得流体的流速。
电学法一般是利用敏感元件把被测变量转换成电压、电阻、电容等电学量。
《现代检测技术及仪表》孙传友高教出版社电子教案新部编本第4章
教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期]任教学科：_____________任教年级：_____________任教老师：_____________xx市实验学校第四章 阻抗型传感器４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器一、组成原理二、输入—输出特性1．线性特性——线性电位器x L R R x ⋅=x LUR R U U x x ⋅=⋅=式中L ——触点行程x ——触点位移⎩⎨⎧角位移线位移2．非线性特性——非线性电位器 )(x f R x = 非线性函数 )(x f RUU x ⋅= 三、结构形式2．非接触式――光电电位器 图4－1－2（c ）五、用途：①测量位移；②测量可转化为位移的其他非电量4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器一、电阻式应变传感器（一）电阻应变效应——应变使电阻变化 1．应变：图4-1-3 纵向线应变l dl /=ε横向线应为με-=r dr / ldr rdr //-=μ泊松比 面应变 με22/-==r drA dA 体应变 εμ)21(/-=+=AdAL dl V dV2．导体电阻及其变化 AL R ⋅=ρρρεμd A dA L dL R dR ++=-=)21( 金属材料εμρρ)21(-==c vdvcd 半导体材料επρρE d = π——压阻系数 E ——弹性模量 3．应变效应表达式：ε00K R R=∆ ε0/R R K ∆=（应变材料的灵敏系数）：金属材料 μμμ21)21()21(0+≈-++=c K 约1.0~2 半导体材料 E E K ππμ≈++=)21(0 约50~100（二）电阻应变片1、组成结构——图4-1-43、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致）4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比εRR K /∆=y y x x k k RRεε+=∆x x H k εα)1(+=x k ε= x ε——试件表面纵向线应变 y ε——试件表面横向线应变)0(<-==αμεεαxyx k ——纵向灵敏系数，y k ——横向灵敏系数x y k k H /=——横向效应系数应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数0)1(k k H k k x x <<+=α5、温度误差的产生及危害 1）温度误差产生原因 ①应变电阻随温度变化)1(0t R R t ∆+=ααt R R t ∆=∆αα0 t KK R R t ∆⋅=∆=αεαα0/ ②试件材料与应变法的线膨胀系数不一致)1(0t l L s st ∆+=β )1(0t l L g gt ∆+=β t l l l l s g st gt ∆-=-=∆)(0ββt l ls g ∆-=∆=)(0ββεβ 2）温度误差的危害――产生应变测量误差即“虚假视应变”温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为t t ks g t ∆⋅-+∆⋅=+=)(ββαεεεβαt ks g ∆⋅-+=)(ββα二、固态压阻式传感器（一）半导体压阻效应——应力σ使半导体电阻率变化πσρρ=d（二）固态电阻式传感器特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件， 优点：无须粘贴，便于传感器的集成化 缺点：易受温度影响。
孙传友 传感器检测技术及仪表习题解答 (8)[4页]
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第8章8-1 试用两个对称的圆弧形电位器连成差动电桥，构成角位移传感器，并导出角位移与电桥输出电压的关系。
解：设两圆弧形电位器半径为r ，弧长为L ，连成如题8-1图所示差动电桥，两电位器滑臂转角为α，则电桥输出电压为：οοαπαα⋅⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=∆⋅=360222200L r U L r U L r U R R U U 。
οα测量范围π23602ο⨯±r L （度）。
题8-1图8-2试推导图8-2-1中四应变片接成全等臂差动电桥的输出电压与倾角的关系式。
解：据公式（８－２－１）图8-2-1中四应变片承受的应变为εεε==31，εεε−==42，2tan sin 32βαεEh W =，代入公式（3－1-41） 得电桥的输出电压0U 与倾角α的关系式 2tan sin 32tan sin 344220βαβαEh kUW Eh W kU U =⨯⨯= 8-3试用学习过的知识，设计一个倾角测量电路，使输出电压与倾角成正比。
解：采用图3-2-3所示变面积型差动电容传感器，将其动极板做成摆锤，再将该差动电容传感器接入图3-2-7所示变压器电桥，即构成倾角测量电路。
将（3-2-12）式代入（3-2-25）得，测量电路输出电压与倾角成正比02αα∆⨯=E U 同样，也可采用图3-3-7（d ）所示变面积型差动变压器，将其活动衔铁做成摆锤，再将该差动变压器接入图3-3-11所示差动整流电路，也可构成倾角测量电路。
8-4用变极距型电容器设计一个纸页厚度测量电路，使输出电流或电压与纸厚成线性关系。
解：将纸页夹在变极距型电容器的两极板之间，设纸页的厚度为δ，介电常数为ε，此时，据公式（3－2-1），变极距型电容传感器的电容为δεS C X =，将电容传感器接入图3-2-6(a)中作为C x ，图中C 0采用固定电容，据公式（3-2-18），电路输出电压幅值与纸厚成正比δεωω⋅==SEC C C E U X 000 8-5题8-5图所示为纸厚检测控制电路，图中VD 1为红外线发射管，VD 2为光敏二极管。
过程检测技术及仪表习题第二版课后答案
过程检测技术及仪表习题第二版课后答案
绪言练习与思考
1．简述过程检测技术发展的起源？
2．过程检测技术当前的主流技术和主要应用场合？
3．请谈谈过程检测技术的发展方向是什么？
4．谈谈你所知道的检测仪表？
5．你认为过程检测技术及仪表与传感技术的关系是怎么样的？
第一章练习与思考
1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？
2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？
3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？
4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？
5．开环结构设表的灵敏度1n i i S S ==∏，相对误差1n i i δ
δ==∑。
请考虑图1—4所示闭环结构仪表的灵敏度1f
S S B （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ-B （f δ为反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。
提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。
6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况：
（1）各环节精度相差不多；
（2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。
问该检测系统总误差如何计算？
7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？
8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精度？
9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下：。
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《现代检测技术及仪表》第2版习题解答孙传友编第1章1-1答：钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。
信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。
测量技术则是关键和基础”。
如果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。
因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。
仪器工业是信息工业的重要组成部分。
1-2答：同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性：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，从而大大扩展仪器的测量幅值范围(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，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(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。
1-3答：各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。
尽管各种仪器仪表的型号、原理和用途不同，但都由三大必要的部分组成：信息获取部分、信息处理部分、信息显示部分。
从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们会发现它们内部组成模块大多是相同的。
从“软件”方面来看，如果把各个模块“化零为整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。
这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。
常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产物。
1-4答：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”叫做传感器。
能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)的装置或器件，叫做敏感器。
如果把传感器称为变换器，那么敏感器则可称作预变换器。
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。
1-5答：目前，国内常规（常用）的检测仪表与系统按照终端部分的不同，可分为以下三种类型：1、普通模拟式检测仪表基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和模拟显示器三部分组成，如题1-5图1所示。
题1-5图1 2、普通数字式检测仪表基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和数字显示器三部分组成，如题1-5图2所示。
按照显示数字产生的方式，普通数字式检测仪表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类型。
题1-5图23、微机化检测仪表其简化框图题1-5图3所示。
微机化检测仪表通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。
每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟测量电路（又称信号调理电路）和数字测量电路（又称数据采集电路）组成。
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信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录器记录下来。
在某些对生产过程进行监测的场合，如果被测参数超过规定的限度时，微机还将及时地起动报警器发出报警信号。
题1-5图3第2章2-1解：灵敏度为mm mV mmmVS /3001300==。
2-2求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃ （2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为:22.2218.04==t ℃ 2-3解：据公式（２－２－２５）τ5110050)()5(--==∞e y y 解此方程得s 21.72ln 5==τ 2-4解：据公式（2-1-18），二阶传感器的幅频特性为：222211)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n nK ωωξωωω。
当0=ω时，()1=ωK ，无幅值误差。
当0>ω时，()ωK 一般不等于1，即出现幅值误差。
由题意知kHz n 102⋅=πω，5.0＝ξ，要确定满足()%31<-ωK 也就是满足()03.197.0≤≤ωK 的传感器工作频率范围。
解方程97.0211)(222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n nK ωωξωωω，得n ωω03.11=；解方程03.1211)(222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n nK ωωξωωω，得n ωω25.02=，n ωω97.03=。
由于5.0＝ξ，根据二阶传感器的特性曲线可知，上面三个解确定了两个频段，即0～2ω和3ω～1ω。
前者在特征曲线的谐振峰左侧，后者在特征曲线的谐振峰右侧。
对于后者，尽管在该频段内也有幅值误差不大于3％，但是该频段的相频特性很差而通常不被采用。
所以，只有0～2ω频段为有用频段。
由kHz n 10225.025.02⋅⨯==πωω可得kHz f 5.2=，即工作频率范围为0～kHz 5.2。
2-5解：据题意知，10=K，阻尼比ξ=，代入公式（２－２－１８）得幅频特性为4011)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=f f f K ，故测量频率为600Hz 时幅值比为94.010*******)(4=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=f K据公式（２－２－１９）得相位差为ο53600100010006002arctan)(-=-=f φ同理可得测量频率为400Hz 时幅值比和相位差分别为0.99和－33.7°2-6解： 按式（2-3-6)求此电流表的最大引用误差%0.2%10051.0max =⨯=q 2.0％＞1.5％即该表的基本误差超出1.5级表的允许值。
所以该表的精度不合格。
但该表最大引用误差小于2.5级表的允许值，若其它性能合格可降作2.5级表使用。
2-7解：据公式（2－3－９）计算，用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差分别为：A 表G x =∆max %L ⨯=1.5%30⨯V=0.45VB 表G x =∆max %L ⨯=1.5%50⨯V=0.75VC 表G x =∆max %L ⨯=1.0%50⨯V=0.50VD 表G x =∆max %L ⨯=0.2%360⨯V=0.72V四者比较可见，选用A 表进行测量所产生的测量误差较小。
第3章3-1 答：线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线，整齐地绕在一个绝缘骨架上制成的。
在电阻器与电刷相接触的部分，导线表面的绝缘层被去掉并抛光，使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。
电刷滑过一匝线圈，电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值。
因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。
只要精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化，如图3-1-2(b)所示，就可使位移－电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。
由 3－1-2(a)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。
3-2解：据公式（3-1-4），对于空载电位器，其输出电压与输入位移呈线性关系，x LUR R U U x x ⋅=⋅=由上式可见，电位器灵敏度的提高几乎是完全依靠增加电源电压来得到。
但是电源电压不可能任意增加，它是由电位器线圈的细电阻丝允许的最大消耗功率P 决定的。
所以，允许的电源电压为V PR U 201000004.0=⨯==由题意知，L=4mm ，x=1.2mm ，代人公式（3-1-4）计算得，电位器空载输出电压为 V U x 642.120=⨯= 3-3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，而应变电阻材料的应变灵敏系数k 0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 ＜k 0，究其原因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。
应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。
当试件承受单向应力时，其表面处于平面应变状态，即轴向拉伸εx 和横向收缩εy 。
粘贴在试件表面的应变片，其纵栅承受εx 电阻增加，而横栅承受εy 电阻却减小。
由于存在这种横向效应，从而引起总的电阻变化为(1)x x y y x x Rk k k H Rεεαε∆=+=+， 按照定义，应变片的灵敏系数为)1(/H k RR k x xαε+=∆=，因0<=x y εεα，横向效应系数0>=xyk k H ，故0k k k x <<。
3-4解：应变片用导线连接到测量系统的前后，应变片的应变量相同，都为2//RR k R R ∆=∆=ε 应变片用导线连接到测量系统后，导线电阻将使应变电阻的相对变化减小，从而使应变片的灵敏度降低为82.1120212120=⨯∆+∆=∆+∆=+∆='R R kR R r R Rr R R k ε3-5解：将题中给出的参数值，代人书上的公式（3-1-23），计算得由温度变化引起的附加电阻相对变化为：()[]()[]46600010802.240109.141105.21015---⨯=⨯⨯-⨯+⨯=∆-+=∆t K R R s g tββα。
折合成附加应变为44001037.105.210802.2/--⨯=⨯=∆=K R R t t ε。
3-6解：由题知 W （100）=R 100 /R 0 =1.42，代入公式（3-1-26），计算得电阻温度系数为)/(42.010010042.010042.010042.110000001000C R R R R R t R R t οΩ=⨯==-=-=-=α当温度为50℃时，代入公式（3-1-26）计算得，此时的电阻值为)(121)5042.01(100)501(050Ω=⨯+⨯=⨯+=αR R 当R t =92Ω时，代入公式（3-1-26）计算得，此时的温度值为 )(1942.0100920C R R t t ο-=-=-=α3-7解：T 0 =0℃=273K ，R 0 =500k Ω；T=100℃=373K ，代人公式（3-1-30）计算得热敏电阻的阻值为Ω==-k eR R 98.28)27313731(29002733733-8答：采用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻，简称热电阻。