检测技术与自动化仪表期末试卷

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
为
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
有
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）。