检测技术与自动化仪表期末试卷

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河南理工大学2004—2005 学年第 1 学期《检测技术与自动化仪表》试卷(A卷)
考试方式:闭卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70 %
复查总分总复查人
一、名词解释(本大题共5小题,每小题3分,共20分)。

1、满度相对误差:用绝对误差与测量器具的满刻度值的百分比值来表示的相对误差。

2、重复性(传感器特性):传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特
性曲线不一致的程度。

3、光生伏特效应:PN结在光照条件下由自建电场引起光生电动势的现象成为光生伏特
效应。

4、霍尔效应:金属或半导体薄片,若在它的两端通过控制电流,并在薄片的垂直方向
上施加磁场,在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势,这种现象称为
霍尔效应。

5、共模干扰:相对于公共的电位基准点(接地点),在信号接收器的两个输入端子上
同时出现的干扰。

二、填空题(本大题共20空,每空1分,共20分),
请将答案填写在题中横线上。

1、按照误差出现的规律可分为系统误差,随机误差
,粗大误差。

2、任何测量机构都必须包括四个基本部分,分别为驱动装置,控制装置,
阻尼装置和指示装置。

3、任何电位差计,都可划分为三个基本回路,分别为工作电流回路,标准回路,
测量回路。

4、各种仪表中,用来测直流量时,多选用磁电系或电动系仪表。

5、根据技术要求,规定某一器具误差不应超出的最大范围称为容许误差。

6、按热电阻的性质分,可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类,前者通
常称为热电阻,后者称为热敏电阻。

7、对于以微处理器为核心的现代检测系统,其设计内容应包括硬件设计、
软件设计、误差的分配与评定、稳定性与抗干扰设计。

8、压电晶体在受到外加电场作用时,也会产生变形,这种现象称为逆压电效应。

9、由于霍尔电动势极不在同一位面上,而产生的不等位电动势,是霍尔元件
的一个主要零位误差。

10、射线探伤的基本原理是利用了
射线通过物质时的衰减规律。

三、简答题(本大题共7小题,每小题5分。

本大题满分共
35分)。

1、仪表的准确度以什么来划分?它是否代表测量的准确度?为什么?
仪表的准确度是用仪表的最大引用(满度)误差来表示的。

(2分)
仪表的准确度只表示仪表本身的基本误差,不代表测量的准确度。

(1分)
测量的准确度除了取决于仪表的准确度,更取决于仪表的量限,一般应使被测量>量程/2,最好使被测量≥2/3量程。

(2分)
2、画出传感器一般组成框图,简要说明各部分的作用。

(3分)
敏感元件——传感器中能直接感受或响应被测量的的部分;
转换元件——能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号;
信号调理转换电路——传感器输出信号一般都很微弱,需要进行放大、运算调制等;
辅助电源——信号调理转换电路及传感器的工作都需要辅助的电源。

(以上每个0.5分)
3、什么是差动变压器的零点残余电压?给出两种补偿方法。

差动变压器的两组二次线圈由于反向串联,因此当铁芯处于中间位置时,输出信号电压应为零的理想特性。

但是,在实际情况中,在所谓“零点”时,输出电压并不为零,而有一个很小的电压值,一般称为“零点残余电压”。

(3分)
消除零点残余电压的方法:
采用相敏检波电路、串电阻、加反馈支路等。

(每个1分,共2分)
4、光栅是根据莫尔条纹来测量位移的,简述莫尔条纹测量位移的特点。

莫尔条纹测量位移的特点:
(1)莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量、位移方向具有对应关系;(2分)(2)莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用;(1.5分)
(3)莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用。

(1.5分)
5、简述红外探伤的基本原理及两种测试方法。

红外探伤基本原理:当物体内部存在裂缝和缺陷时,将会改变该物体的热传导,使物体表面温度分布有差异,用检测装置就可显示出它的热辐射是不同的,于是就可以把缺陷位置检查出来。

(3分)
测试方法:
主动测试法、被动测试法;(或瞬态法和恒温法)(每个1分)
6、简述霍尔元件中寄生直流电动势的形成原因。

由于霍尔元件的电极不可能做到完全欧姆接触(1分),在控制电极和霍尔电动势
极上都可能出现整流效应(2分)。

因此,当元件通以交流控制电流(不加磁场)时(1分),它的输出除了交流不等位电动势外,还有一直流电动势分量(1分),这电动势就称为寄生直流电动势。

7、指示仪表的测量机构中,根据阻尼装置的阻尼力矩系数P的大小,可使活动部分呈
现三种状态。

简要分析这三种状态。

(1)过阻尼状态:偏转的速度慢,偏转到平衡位置时不会出现摆动现象;(1.5分)(2)欠阻尼状态:偏转速度较快,当偏转到平衡位置时,不能马上稳定下来,需要作一系列衰减周期性摆动才能稳定下来;(1.5分)
(3)临界阻尼状态:使活动部分能以较快的速度偏转,又不会在平衡位置附近摆动,而能直接稳定在平衡位置上。

(2分)
四、综合题(本大题共2小题,每小题15分。

本大题满分共30
分)。

1、热电偶的测量电路中,可接入仪表测量电动势的理论依据是什么定律?定律的内容是什么?试用热电偶基本原理证明该定律。

热电偶测量电路中,可接入仪表测量电动势的理论依据是中间导体定律。

(5分)证明如下:
如图所示,若三个结点温度均为T0,则回路中总热电动势

0000
()()()()0
A B C A B B C C A
E T E T E T E T
=++=(1)
若A、B结点温度为T,其余结点温度为T0,且T>T0,则

00
000
(,)()()()T T
ABC AB BC CA B A
T T
E T T E T E T E T dT dT
σσ
=+++-
⎰⎰(2)
由式(1)可得
000
()[()()]
A B B C C A
E T E T E T
=-+
代入(2)可得
000
(,)()()()(,)
T
ABC AB AB B A AB
T
E T T E T E T dT E T T
σσ
=-+-=
⎰(5分)由此得到结论:导体A、B组成的热电偶,当引入第三个导体时,只要保持其两端温度相同,则对回路总电动势无影响,这就是中间导体定律。

(5分)
2、画出差动电感传感器的带相敏整流的电桥电路,并分析当衔铁不动而外加电源U 极性发生改变时,输出电压Uo的极性是否变化及其原因。

如图所示:
当输入交流电压为正半周,即A点电压为
正,B点为负时,VD1、VD4导通,VD2、VD3
截止。

则在A→E→C→B支路中,C点电位因
Z1增大而比平衡时降低;在A→F→D→B支路中,
D点电位因Z2减小而比平衡时增高。

所以D点电(5分)位高于C点电位。

(5分)
当输入交流电压为负半周,即A点电压为负,B点为正时,VD2、VD3导通,VD1、VD4截止。

则在B→C→F→A支路中,C点电位因Z2的减小而比平衡时降低;在B→D →E→A支路中,D点电位因Z1增大而比平衡时增高。

所以D点电位仍然高于C点电位。

(5分)
输出电压的极性不会改变。

如图所示:
当输入交流电压为正半周,即A点电压为正,B点为负时,VD1、VD4导通,VD2、VD3截止。

则在A→E→C→B支路中,C点电位因Z1增大而比平衡时降低;在A→F →D→B支路中,D点电位因Z2减小而比平衡时增高。

所以D点电位高于C点电位。

(5分)。

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