检测技术复习题

R、R0 分别表示温度为 t 和 t0 时的 电阻值;
α 为材料的电阻温度系数， α=(4~6)×10-3/0C。
在不同温度范围内，电阻温度系数 α 是不同的，希望在测量温度的范围内 α 是 一个常数。 测温电阻金属材料的要求 1）电阻温度系数α要大；2）在测量范围内， 材料的物理、化学性质稳定；3）电阻率ρ 要大，可提高温度计的动态响应；4）电阻 温度关系线性好；5）材料要容易制作，价 格便宜。 半导体热敏电阻的工作原理，温度系数的求 取方法 半导体热敏电阻的电阻温度系数α不是常 数，而和绝对温度的平方成反比。 当 T=T0 时有电阻 R0；当 T=T 时有电阻 R
截面上侧，以免气体中析出液体进入压力信
R R0[1 (t t0 )] R0 (1 t)
号导管，产生测量误差，但对水蒸气压力测
量时，由于压力信号导管中总是充满凝结
水，所以应按液体压力测量办法处理。
（２）压力信号导管安装
① 为了减小管道阻力而引起的测量迟延，
导管总长一般不应超过 60 m，内径一般在 6~10 mm。 ② 应防止压力信号导管内积水（当被测介
③最小二乘直线 直线方程的形式为 且对于各个标定点（xi，yi）偏差的平方和 最小的直线；式中 a、b 为回归系数，且 a、 b 两系数具有物理意义； ④过零最小二乘直线 直线方程的形式为 且对各标定点（xi，yi）偏差的平方和最小 的直线。 7.测量系统静态特性指标：灵敏度，线性度， 迟滞，重复性，分辨率，阙值，测量范围…… 1）灵敏度 S：是仪器在静态条件下响应量 的变化△y 和与之相对应的输入量变化△x 的比值 2)线性度：用实际输入—输出特性曲
测温元件直接与被测对象相接触，两者 之间进行充分的热交换达到热平衡，这时感 温元件的某一物理参数的量值就代表了被 测对象的温度值。
优点：直观可靠。 缺点: 感温元件影响被测温度场的分 布；
接触不良等带来测量误差； 高温和腐蚀性介质影响感温元 件的性能和寿命。 热量传递需要一定时间造成测温滞 后现象。（动态误差） 2）、非接触式测温
取压口应在突出物的上游方向一侧。
③ 取压口处在管道阀门、挡板之前或之后
时，其与阀门、挡板的距离应大于 2D 及 3D （D 为管道内径）。 ④ 流体为液体介质时，取压口应开在管道
横截面的下侧部分，以防止介质中气泡进入
压力信号导管，引起测量延迟，但也不宜开
口在最低部，以防沉渣堵塞取压口。
⑤ 如果是气体介质，取压口应开在管道横
结论： 惯性式加速度计必须工作在低于其固
有频率的频域内。因此，惯性式加速度计有 尽可能宽的工作频域，它的固有频率应尽可 能高一些，也就是弹簧的刚度 k 应尽可能大 一些，质量 m 应尽可能小。 3 压电式加速度传感器典型的结构、工作原 理、上下限工作频率的影响因素、灵敏度 压电加速度计是一种惯性式传感器，它的输 出电荷与被测的加速度成正比 1) 结构特点： 基座：加厚基座或刚度较大的材料； 质量块 m：具有一定的重量，以提高传感器 的灵敏度； 引线：直接焊接在晶体表面的金属片上，一 般采用镀银电极；
工作曲线：方程称之为工作曲线或静态特性 曲线。实际工作中，一般用标定过程中静态 平均特性曲线来描述。 正行程曲线：正行程中激励与响应的平均曲 线 反行程曲线：反行程中激励与响应的平均曲 线 实际工作曲线：正反行程曲线之平均 6.参考工作曲线：端点连线，端点平行线， 最小二乘线，过原点的最小二乘线。各种参 考工作曲线的求取方法，求取的基本思想。 ①端点连线 将静态特性曲线上的对应于 测量范围上、下限的两点的连线作为工作直 线 ②端点平移线 平行于端点连线，且与实际 静态特性（常取平均特性为准）的最大正偏 差和最大负偏差的绝对值相等的直线
得的输出等于原输入所得输出的常数倍 即
若 x(t)→y(t)则
kx(t)→ky(t) (k 为常
数）
（3）微分性 系统对原输入信号的微分等于
响应 关系的实验操作。 要求：标定时，一般应在全量程范围内均匀 地取定 5 个或 5 个以上的标定点（包括零点） 正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入 预定的标定值此称标定的正行程。 反行程：再倒序依次输入预定的标定值，直 至返回零点，此称反行程。 3.静态标定的作用 ①确定仪器或测量系统的输入－输出关系， 赋予仪器或测量系统分度值； ②确定仪器或测量系统的静态特性指标； ③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正
Ha ( j)
1 n2
[1
(
1 /n )2]
j2
/ n
确度
线对参考线性输入—输出特性曲线的最大
5 几种曲线：正行程曲线，反行程曲线，实
偏差量与满量程的百分比来表示。
际工作曲线
3）迟滞：正反程输出平均值之差
原输出信号的微分 即 若 x(t)→y(t)则 x'(t) →y'(t) （4）积分性 当初始条件为零时，系统对原 输入信号的积分等于原输出信号的积分 即 若 x(t)→y(t)则∫x(t)dt →∫y(t)dt 2 正确理解线性测量系统的叠加性及频率 不变性的定义 叠加性见上题 频率不变性 若系统的输入为某一频率的谐 波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的 谐 波 信 号 即 若 x(t)=Acos( ω t+ φ x) 则 y(t)=Bcos(ωt+φy) 2.静态标定的过程及要求 静态标定：就是将原始基准器，或比被标定 系统准确度高的各级标准器或已知输入源 作用于测量系统，得出测量系统的 激励－
电阻值 R 与温度 T 的关系： 常数 B 可通过实验获得： (即只要测定温度分别为 T1 和 T0 时半导体 的热敏电阻的阻值 R1 和 R0)
(B 的范围一般为 1500~50000K) 金属测温电阻与半导体热敏电阻的主要区 别 半导体热敏电阻与金属热电阻相比, 有以 下优点： 1）温度系数的绝对值较热电阻大，灵敏度 高，可测 0.001~0.00050C 的微小温度变化； 2）电阻率大，时间常数小(毫秒级)。可制 成体积小、热惯性小、响应速度快的感温元 件。 半导体热敏电阻缺点：1）电阻温度特性分 散性大；2）稳定性差；3）非线性较严重。 热电效应产生的机理（含接触电势及温差电 势） 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在 一起，组成图所示的闭合回路，当两个接触 点(称为结点)温度 t 和 t0 不相同时，回路中 即产生电势，并有电流流通，这种把热能转 换成电能的现象称为热电效应。 接触电势 两种不同的金属互相接触时，由于不同金属 内自由电子的密度不同，在两金属 A 和 B 的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自 由电子将从密度大的金属 A 扩散到密度小 的金属 B，使 A 失去电子带正电，B 得到电 子带负电，从而产生接触电势 EAB 。 温差电势 对单一金属导体，两端的温度不同，两端的 自由电子就具有不同的动能。温度高则动能 大，动能大的自由电子就会向温度低的一段 扩散。失去了电子的这一端就处于正电位， 而低温端由于得到电子处于负电位。这样两 端就形成了电位差，称为温差电动势。 热电偶的基本实验定律
4）重复性：在相同的测量条件下，重复测 量同一个被测量时测量仪器示值的一致程 度。 5）测量范围又称工作范围，指测量仪器的 误差处在规定极限内的一组被测量的值。一 般小于或等于标称范围。 10.针对典型一阶，二阶系统的动态特性的 讨论方法及结论 为了使测试结果能精确地再现被测信号的 波形，在传感器设计或测量系统设计时，必 须使其阻尼比 ＜1，固有圆频率 至少 应大于被测信号频率 的（3～5）倍，即 ≥(3～5) 11.针对典型一阶，二阶系统不失真测量的 条件，如何选取系统的动态参数
引起的摩擦力矩 Mf 相平衡时，框架停止转 动。这时框架运动的角 就反映了壳体 Y 轴转动的角速度 。 2 惯性式加速度计的工作原理（典型的结 构、工作原理 ） 牵连运动：和被测运动体一起运动 惯性运动：质量体相对于运动体的运动 坐标 x 表示传感器基座的位移 坐标 y 表示质量块相对于传感器基座的位 移 该物理模型是一个典型的二阶线性测量系 统，引入无阻尼固有圆频率ωn 及无阻尼阻 尼比ξ： 以待测物体的加速度 a 为激励，以质量块的 相对位移 y 为响应，对上式取拉氏变换，
对一阶系统而言，如果时间常数 越 小，则装置的响应越快，近于满足测试不失
真条件的频带也越宽。所以一阶装置的时间 常数，原则上越小越好 对二阶系统而言，ω在（0.3ωn，2.5ωn） 区间：一般来说，在ζ>0.6～0.8 时，可以 获得较为合适的综合特性。当ζ=0.7O7 时， 在 0～0.58ωn 的频率范围内，A（ω）的变 化不超过 5％，同时φ(ω)也接近于直线。 第七章 速度，转速和加速度测量 1 微分陀螺仪测量角速度的工作原理 当转子高速旋转时，壳体以角速度 绕 Y 轴转动。根据二自由度陀螺特性，将产生陀 螺力矩 Mg，使 H 以最短途径向 运动，从 而将使转子轴抬头向上转动，主轴将偏离起 始位置 Z0 轴。当框架绕 X 轴转动时，弹簧 将产生弹性力矩 My 反抗陀螺力矩 Mg。只 有在陀螺力矩和弹性力矩以及框架转动而
质为气体时）或积气（被测介质为液体时），
以避免产生测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差，因此对于水平敷设的
压力信号导管应有 3%以上的坡度。 ③ 当压力信号管路较长并需要通过露天或
热源附近时，还应在管道表面敷设保温层，
以防管内介质汽化或结冰。为检修方便，在 取压口到压力表之间应装切断阀，并应靠近 取压口。 3）压力表的安装 ① 压力表应安装在易观察和检修的地方。 ② 安装地点应避免振动、高温、潮湿和粉 尘等影响。 ③ 测量蒸汽压力时应加凝液管，以防高温 蒸汽直接与测压元件接触；测量腐蚀性介质 压力时，应加装充有中性介质的隔离罐等。 总之针对具体情况，要采取相应的防护措 施。 ④ 压力表连接处要加装密封垫，一般低于 80℃及 2MPa 压力，用石棉纸板或铝片，温 度和压力更高时用退火紫铜或铅垫。另外还 要考虑介质影响。 第十章 温度测量技术 温度测量方法的分类 温度测量分为接触式和非接触式两大类。 接触式及非接触式温度测量的主要区别 1）. 接触式测温
预加载荷：由硬弹簧、螺栓、螺母对质量块、 晶片预加载荷 2)工作原理 第八章 压力测量 1.生产和生活中不同的压力概念 (1)大气压力：大气压力是地球表面上空气 的重量所产生的压力。 (2)表压力：如果测压仪表所指示的压力是 以大气压力为零起算的压力，则测量结果称 为表压力。 (3)绝对压力：是指不附带任何条件的全压 力，它等于大气压力和表压力之和。 (4)真空压力：当绝对压力小于大气压力时， 大气压力与绝对压力之差 2.应变片压力传感器
应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以
及相应的测量电路组成
3 压力计的选用及安装
1）取压口的选择原则：
B
B
B( 1 1 )
R R0e T0 e T R0e T T0
① 取压口要选在被测介质直线流动的管段
部分，不要选在管道弯曲、分叉及流束形成
涡流的地方。
② 当管道中有突出物（如温度计套管）时，
1）均质导体定律（含应用） 由同一种导体组成的闭合回路能产生热电 势吗?
由同一均质导体（电子密度处处相等） 组成的闭合回路中， 不论导体的截面、长 度以及温度分布如何，均不产生热电势。
检验热电偶丝的均匀性 2）热电势定律 3）中间导体定律 将 A、B 构成的热电偶的 T0 端断开，接入 第三种导体 C，只要保持第三导体两端温度 相同，接入导体 C 后对回路总电动势无影 响。 4）中间温度定律 热电偶在两接点温度为 T、T0 时的热电势 等于该热电偶在两接点温度分别为 T、TN 和 TN、T0 时相应热电势的代数和。 5）标准电极定律 两种导体 A、B 分别与第三种导体 C 组成热 电偶，如果 A、C 和 B、C 热电偶的热电动 势已知、那么这两种导体 A、B 组成的热电 偶产生的电动势可由下式求得 冷端温度补偿方法 1.冰点法 精度高多用于实验室 工业用冷 端恒温器 2.计算补偿法 3、补偿导线的应用 补偿导线就是用热电性质与热电偶相近的 材料制成导线，用它将热电偶的参比端延长 到需要的地方，而且不会对热电偶回路引入 超出允许的附加测温误差； 国际电工委员会也制定了补偿导线国际标 准，适合于标准化热电偶使用。 4.补偿电桥法
感温元件不与被测对象相接触，而通过热辐 射进行热交换； 具有较高的测温上限； 热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运 动物体的温度和快速变化的温度。 缺点：测量精度不高。 金属测温电阻的工作原理 一般金属导体具有正的电阻温度系数（电阻 率随温度的上升而增加），在一定的温度变 化范围内，电阻和温度之间的函数关系： 其中：
第二章 测量系统的基本特性
1.线性时不变系统的基本特性有哪些？
（1）叠加性 系统对各输入之和的输出等于
各单个输入的输出之和正确理解线性测量
系统的叠加性及频率不变性的定义 即 若
x1(t)→y1(t)，x2(t) → y2(t) 则 x1(t)±x2(t)
→ y1(t)±y2(t) （2）比例性 常数倍输入所