智能检测技术及仪表习题参考答案

智能检测技术及仪表习题答案

1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？

被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。

相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。

引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。

1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？

测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。

1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。

Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1%

1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？

通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将间接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。

1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？

测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。

通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。

不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。

不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。

1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？

解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。

1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）:

120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。

解：首先求出测量烈的算术平均值：

X =120.40mm

根据贝塞尔公式计算出标准差

ŏ=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289

3 ŏ=0.0868

所以，120.30是坏值，存在粗大误差。

去除坏值后X =120.41mm，ŏ=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ŏ=0.033

再无坏值

求出算术平均值的标准偏差ŏx= ŏ/(n)1/2=0.011/3.87=0.003

写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33）

120.41±Ktŏx=120.41±0.01mm

2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？

在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。

2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。

热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。

E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。

2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？

补偿导线的作用是将热电偶原来的冷接点移到一个新的位置，它本身并不起冷端温度补偿作用。

使用补偿导线的原则是在冷端可能变化的温度范围内（0~100℃），补偿导线的热电特性与工作的热电偶相同。

2.20某热电偶灵敏度为0.04mv/℃，把它放在温度为1200℃的环境，若以指示表处温度为50℃为冷端，是求热电势的大小？

指示的热电势：（1200-50）×0.04=46mV;

2.23已知铂电阻温度计，0℃时电阻为100Ω，100℃时电阻为139Ω，当它与热介质接触时，电阻值增至281Ω，试确定该介质温度。

解：把铂电阻的温度响应特性看为线性有：（139-100）/（100-0）=（281-100）/(t-0) ，t=464.1℃

2.31将一支灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50℃。电压表上的读数为60mV,求热电偶热端温度？

解：由E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0 )得60/0.08+50=800℃

3.1什么是应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

一种能将试件上的应变变化转换为电阻变化的物理现象称为应变效应。在测量时，将金属电阻应变片牢固粘接在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，此电阻变化是与试件应变成比例的，这样就可以反映出外界作用力的大小。

3.3比较金属应变片和半导体应变片的相同点和不同点。

金属丝应变片与半导体应变片的相同点：都是属于电阻应变片，即将应变变化转换为电阻变化的传感元件；

金属丝应变片与半导体应变片的不同点：金属应变片是受力变形后改变的是机械几何尺寸，从而引起电阻的变化；而半导体应变片受力变形后改变的应变片的电阻率。

3.5 金属电阻应变片的灵敏度系数K与同类金属材料的应变灵敏度Ko是否相同？为什么？

不相同。金属电阻应变片利用短路的方法消除横向效应的影响。

3.14 一应变式等强度悬臂梁传感器如图3.14图所示。设该悬臂梁的热膨胀系数与应变片中的电阻热膨胀系数相等，R1=R2。

（1）画出半桥双臂电路图；

（2）试证明该传感器具有温度补偿功能；

（3）设该悬臂梁厚度h=0.5mm,长度l=15mm,固定端宽度bo=18mm,材料的弹性模量E=2×105N/m2, 其供电电压U=2V。输出电压Uo=1mV,K=2时，求作用力。

解：（3）由双臂应变片电桥得：Uo=2UKε/4,ε=2Uo/UK

又由等强度悬臂梁弹性元件的应变公式ε=6Fl/(boh2E)得F=εboh2E/(6l)

以上两个公式等到：F=Uoboh2E/(3l UK)=0.001*0.018*0.5*0.5*2×105/(3*0.015*2*2)=5N

3.16 如果将100Ω的电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4m2,弹性模量E=2×1011N/m2，若有F=5×104 N的拉力引起应变电阻1Ω，试求应变片的灵敏度系数？

解：由胡克定律σ=Eε,又由σ=F/S,ΔR/R=Kε.得K=ΔRES/(RF)=1*2×1011*0.5×10-4/(100*5×104)=2

3.20以测量吊车起吊重物拉力的传感器如图3.20图所示，R1,R2,R3,R4按要求贴在等载面轴上。已知：等载面轴的面积为0.00196m²,弹性模量E=2×1011N/m2，泊松比µ=0.3,且R1=R2=R3=R4=120，K=2,所组成的全桥型电路如图3.20图所示，供桥电压U=2V。现测得输出电压Uo=2.6mV。求：

（1）等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？

（2）重物F为多少？

解：（1）电阻应变片组成全桥。则电桥输出Uo=E(ΔR1-ΔR2+ΔR3-ΔR4)/4R=EK(ε1-ε2+ε3-ε4)/4

应变片1和3感受的纵向应变，即ε1=ε3=ε；应变片2和4感受的横向应变，即ε2=ε4=εr,代入上式得到：

Uo=UK(ε-εr)/2=UK(ε+µε)/2= UKε(1+µ)/2

2.6×10-3=2*2*ε*(1+0.3)/2 得纵向应变ε=10-3，横向应变：εr=-µε=-3×10-4

（2）由胡克定律得F=εSE=10-3×0.00196×2×1011=3.92×105 N

4.1何为电感式传感器？电感式传感器分哪几类？各有什么特点？

利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。