自动检测习题集

化或变化机器缓慢的静态信号时，传感器的输入端所变现出来的特性。
（2）传感器的静态特性主要有以下几个指标进行描述：线性度、灵敏度、重复
性、迟滞（回差滞环）现象、分辨率、稳定性和漂移。
（3）迟滞现象也就是描述传感器正向特性和反向特性不一致的程度，产生这种
现象的主要原因是由于传感器机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩
采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。
互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器，初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，因此又称为差动变压器。
3 为什么螺管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的位移范围？
答：当被测旋转轴转动时,输出轴的距离发生d0+Δd的变化。由于电涡流效应,这种变化将导致振荡谐振回路的品质因素变化,使传感器线圈电感随Δd的变化也发生变化,它们将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。因此,随着输入轴的旋转,从振荡器输出的信号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。该信号由检波器检出电压幅值的变化量,然后经整形电路输出脉冲频率信号f n。该信号经电路处理便可得到被测转速。
答：P15
最大允许绝对误差是3摄氏度
不合格。
第2章电阻式传感器
1.什么是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体材料的压阻应变效应？
答：金属材料的电阻应变效应是指金属由于外力的作用下使其几何形状的变化而产生的金属本身电阻的变化这一现象；半导体材料的压阻应变效应是指当半导体材料受到应力作用时，使其电阻率发生变化，进而使其电阻发生变化的现象。
⑴ 在要求运放输出电压USC与输入位移x成正比时，标出CF和CX在（b）图应连接的位置；
⑵ 求该电容传感器的输出电容——位移灵敏度KC是多少？
⑶ 求该电容传感器的输出电压——位移灵敏度KV是多少？
⑷ 固定电容CF的作用是什么？（注：同心圆筒电容 中：L、R、r的单位均为cm；相对介电常数 ，对于空气而言 =1）
《自动检测技术》复习题
第1章测量基本理论
1．传感器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
答：传感器的组成细节有较大差异，但总的来说，传感器应由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
答：
第4章电感式传感器
1何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？
答：
（1）电感式传感器就是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等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的输出。
（2）电感式传感器分为三大类，分别是变磁阻式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器。
擦、积尘以及辅助电路老化和漂移等原因造成的。
4．测量误差的分类。静态系统误差合成的两种方法。
答：测量误差按照误差性质分为：疏失误差、系统误差、随机误差三种，其中测
量误差又可分为静态误差和动态误差。
静态系统误差合成的两种方为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是４℃，分析此表是否合格？
4．为什么全桥能起到温度的自补偿？
答：采用全桥（或双臂半桥）能实现温度自补偿。
当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂最小，可以作为温度补偿电路使用。
5．下图为用电阻应变式传感器测量金属材料的弯曲变形的原理图，简支梁在力F的作用下发性弯曲，在梁的上下表面各贴一片应变片，试说明这个测量系统的原理。要求：a．画出测试电路的原理图，并给出计算公式.
答：①
②
③
7.采用四片相同的金属丝应变片(K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图2-2（a) 所示，力F=1000kg。圆柱断面半径r=1cm，弹性模量E=2×107N/cm2,泊松比μ=0.3。求（1）画出应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图；（2）各应变片的应变ε=？电阻相对变化量△R/R=？（3）若电桥电压U =6V，求电桥输出电压U0=?（4）此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。
（6）电桥电路
特点：对变极距型差动电容传感器的变压器电桥，在负载阻抗极大时，其输出特性呈线性。
3为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？
答:低频时容抗 较大，传输线的等效电感 和电阻 可忽略。而高频时容抗 减小，等效电感和电阻不可忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率 存在，当工作频率 谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz以上就要考虑电缆线等效电感 的影响。
答：(1)如图b，
（2）R1、R3沿轴向在力F作用下产生正应变；R2、R4沿圆周方向贴则产生负应变。
（3）
（4）此种测量方式可以补偿环境温度变化的影响。因为四个相同电阻应变在同样环境条件下，感受温度变化产生电阻相对变化量相同，在全桥电路中不影响输出电压值，即
故
第3章电容式传感器
1.根据电容传感器的工作原理说明它的类型。
b．图中用两个应变片有什么好处？
答：
a. P88交流电桥的平衡
b.应变片R1和R2的变形方向相反，上面受拉，下面受压，应变绝对值相等，符号相反，将它们接入电桥的相邻臂后，可使输出电压增加一倍。当温度变化时，应变片R1和R2的阻值变化的符号相同，大小相等，电桥不产生输出，达到了补偿的目的。
6.右图为一直流电桥，负载电阻RL趋于无穷。图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：①R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出电压U0=?②R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=?③R1、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出电压U0=?
电涡流式传感器
特点：涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、电解质浓度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应很宽等特点。
2请比较自感式传感器和变压器式传感器的异同。
答：绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能，由两单一式结构对称组合，构成差动式自感传感器。
缺点：容易灵敏度漂移和零点漂移，精度较低。
（2）零位式测量
优点：精度高
缺点：平衡过程复杂，平衡速度较慢
（3）微差式测量
优点：综合了偏位式速度快和零位式精度高的优点
缺点：
3．传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标来描述？迟滞性的现象及其产生的原因。
答：（1）传感器的静态特性是指在传感器的输入端加入稳定的，即不随时间变
4图3-1(a)为二极管环形检波测量电路。C1和C2为差动式电容传感器，C3为滤波电容，RL为负载电阻。R0为限流电阻。UP是正弦波信号源。设RL很大，并且C3>>C1,C3>>C2。
（1）试分析此电路工作原理；
（2）画出输出端电压UAB在C1=C2、C1>C2、C1<C2三种情况下波形图；
（3）推导 的数学表达式。
2.金属电阻应变片、半导应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？
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。
金属电阻应变片
优点：温度稳定性好，阻值受温度影响小。
缺点：制造工艺复杂，横向效应大。
半导体应变片
优点：灵敏系数大。
答：螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初级线圈，两次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。
辅助部件：主要有转换电路等基本电路组成，将转换电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出，也即将非电量转换成电量的辅助电路与元件。
2．根据测量的具体手段可将测量分为哪三种方式？每种方式的优点和缺点。
答：根据测量的具体手段来分，测量分为偏位式测量、零位式测量和微差式测量三种方式。
（1）偏位式测量
优点：平衡速度快
答：
5图3-2所示平板式电容位移传感器。已知极板尺寸a=b=4mm，间隙d0 =0.5mm，极板间介质为空气。求：
（1）沿横向x移动时该传感器灵敏度；
（2）沿纵向d (极板前后方向)移动0.2mm时的电容量；
（3）提供一个标准电容C0请设计一个测量电路，
使输出电压与动极板位移dx板成线性关系。
答：
6现有一只电容位移传感器，其结构如图3-3(a)所示。已知Ｌ=25mm，R=6mm，r=4.5mm。其中圆柱C为内电极，圆筒A、B为两个外电极，D为屏蔽套筒，CBC构成一个固定电容CF，CAC是随活动屏蔽套筒伸入位移量x而变的可变电容CX。并采用理想运放检测电路如图3-3(b)所示，其信号源电压有效值USC=6V。问：
缺点：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重
3.直流电桥是如何分类的？各类桥路输出电压与电桥灵敏度关系如何？
答：直流电桥分为：单臂电桥、双臂电桥和四臂全桥三种。
对比电桥的三种工作方式，用直流电桥作应变片的测量电路时，电桥输出电压与被测应变量成线性关系；在相同条件下（供电电源和应变片的型号不变），差动工作比单臂工作输出信号大，半桥差动输出时单臂输出的两倍，全桥差动输出时单臂输出的四倍。因此，全桥差动工作时输出电压最大，检测的灵敏度高。
（4）二极管双T形交流电桥
特点：该电路的输出阻抗只与电阻有关，与电容无关，只要适当选择电阻的阻值，则输出电流可以直接用毫安表或微安表测量，输出信号的上升沿时间取决于负载电阻，该网络能用于高速机械运动量的测量，非线性误差很小。
（5）脉冲宽度调制电路
特点：对于差动脉冲调宽电路，不论是改变平板电容器的极板面积或是极板距离，其变化量与输出量都成线性关系；此电路不像调幅线路那样，需对元件提出线性要求；此电路效率高，信号只要经过低通滤波器就有较大的直流输出；不需要解调器；由于低通滤波器的作用，对输出矩形波纯度要求不高。
4 差动变压器中，何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因及消除方法。
答：（1）由于差动变压器次级二线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，铁芯B-H特性的非线性等，造成铁芯（衔铁）无论出于线圈的什么位置其输出电压并不为零，其最小输出值称为零点残余电压。
（2）零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。
（3）减小零点残余电压的方法有三种：从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称；采用相敏检波电路；选用电桥补偿电路。
5 分析差动变压器式张力测量控制系统是如何工作的？（控制系统见PPT）
答：
6电涡流式转速传感器工作原理。
上图所示为电涡流式转速传感器工作原理图。在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽,在距输入表面d0处设置电涡流传感器,输入轴与被测旋转轴相连，请分析其工作原理。
答：根据电容式传感器的工作原理可以分为：变极距型、变面积型和变介质型三
种类型。
2电容式传感器有哪几类测量电路？各有什么特点？
答：电容式传感器的测量电路主要有六种。
（1）调频电路
特点：选择性好，且灵敏度高；抗外来干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特数量级）；因为是频率输出，易于用数字仪器和计算机接口。
（2）谐振电路
特点：电路的灵敏度比较高，但是工作点不容易选好，变化范围比较窄；传感器与谐振回路要靠近，否则电缆的杂散电容对电路影响较大；为了提高测量精度，振荡器的频率稳定度要优于10（-6次方）的数量级。
（3）运算放大器式电路
特点：运算放大器的输出电压与动极板机械位移d（即极板距离）成线性关系，运算放大器电路解决了单个变极距式电容传感器的非线性问题，这种电路的非线性误差比较小，可以使测量误差在要求范围之内。
变磁阻式传感器
特点：结构简单，工作中没有活动电触点，比电位器工作可靠，寿命长；灵敏度高，能测出0.01um甚至更小的位移变化；分辨率大，重复性好，输出线性度好，并且比较稳定。
互感式传感器
特点：测量精度高，可达0.1μm；线性范围大，可到±100mm；稳定性好，使用方便。因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量.