【正文】 傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題答案第一章答：隨著我國(guó)工業(yè)化、信息化步伐加快，現(xiàn)代化建設(shè)中的各行各業(yè)高效生產(chǎn)對(duì)傳感器也檢測(cè)技術(shù)的依賴(lài)逐步加深。比如：先進(jìn)的傳感器技術(shù)助力現(xiàn)代化石油鉆井平臺(tái)建設(shè)。為了能夠可靠地采集鉆井平臺(tái)鈷機(jī)塔架上運(yùn)動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，使用了感應(yīng)式傳感器。在整個(gè)新型鉆井中共使用了60個(gè)這樣的感應(yīng)式傳感器，方形的接近開(kāi)關(guān)對(duì)鋼質(zhì)目標(biāo)的感應(yīng)距離增大到20mm, 滿足了近海海上勘探工作環(huán)境極為惡劣的所有要求。被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理 數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理輸入設(shè)備信號(hào)存儲(chǔ)信號(hào)輸出信號(hào)顯示穩(wěn)壓電源答：自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成框圖如下：對(duì)于傳感器，一般要求是：①準(zhǔn)確性：輸出信號(hào)必須反映其輸入量，即被測(cè)量的變化。因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系。②穩(wěn)定性：傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時(shí)間和溫度二變化，受外界其他因素的干擾影響亦很小，重復(fù)性要好。③靈敏度：即被測(cè)參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號(hào)。④其他：如耐腐蝕性、功耗、輸出信號(hào)形式、體積、售價(jià)等。 答：功能：信號(hào)調(diào)理：在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測(cè)系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。信號(hào)處理：信號(hào)處理時(shí)自動(dòng)檢測(cè)儀表，檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用和人類(lèi)的大腦相類(lèi)似。區(qū)別：信號(hào)調(diào)理作用是把信號(hào)規(guī)格化，濾除干擾，信號(hào)處理則是提取信號(hào)中的信息，并對(duì)這些信息按照功能要求進(jìn)行處理?？梢哉f(shuō)，信號(hào)調(diào)理是進(jìn)行信號(hào)處理的基礎(chǔ)。組成：信號(hào)調(diào)理：信號(hào)放大、信號(hào)濾波、A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)處理：主要是各種信號(hào)的嵌入式微控制器、專(zhuān)用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）等 答：分類(lèi)見(jiàn)表11(P8) 答：按照被測(cè)參量分類(lèi)，可以分成測(cè)量：電工量、熱工量、機(jī)械量、物性和成分量、光學(xué)量、狀態(tài)量等。 答：，提高管檢測(cè)精度和可靠性2重視非接觸式檢測(cè)技術(shù)研究3檢測(cè)系統(tǒng)智能化第二章 答：隨機(jī)誤差：檢測(cè)儀器或者測(cè)量過(guò)程中某些未知或無(wú)法控制的隨機(jī)因素（如儀器某些原件器件性能不穩(wěn)定、外界溫度、濕度變化，空中電磁波擾動(dòng)等）綜合作用的結(jié)果。隨機(jī)誤差的變化通常難以預(yù)測(cè)，因此也無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定、修正和消除。但是通過(guò)足夠多的測(cè)量比較可以發(fā)現(xiàn)隨機(jī)誤差服從某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律。從而進(jìn)行消除。系統(tǒng)誤差：產(chǎn)生原因大體有：測(cè)量所用的工具本身性能不完善或者安裝、布置、調(diào)整不當(dāng)；在測(cè)量過(guò)程中的溫度濕度、氣壓、電磁干擾等環(huán)境條件發(fā)生變化；測(cè)量方法不完善、或者測(cè)量所依據(jù)的理論本身不完善；操作人員視讀方式不當(dāng)?shù)?。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因和變化規(guī)律一般可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析查出，因此系統(tǒng)誤差可以設(shè)法確定并消除。粗大誤差：一般由外界重大干擾或者儀器故障或不正確的操作引起。存在粗大誤差的測(cè)量值一般容易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)當(dāng)立即剔除。答：工業(yè)檢測(cè)儀器（系統(tǒng)）常以最大引用誤差作為判斷其準(zhǔn)確度等級(jí)的尺度，儀表準(zhǔn)確度習(xí)慣上稱(chēng)精度，準(zhǔn)確度等級(jí)習(xí)慣稱(chēng)為精度等級(jí)。人為規(guī)定，取最大引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為檢測(cè)儀器（系統(tǒng)）精度等級(jí)的標(biāo)志，即用最大引用誤差去掉正負(fù)號(hào)和百分比號(hào)后的數(shù)字來(lái)表示精度等級(jí)。答：20*=（V）150*=（V）由計(jì)算結(jié)果知，表一不僅有更小的絕對(duì)誤差，并且其量程對(duì)于測(cè)量5V的電壓更合理。所以選擇表一。答：馬利科夫準(zhǔn)則X = = D=所系系統(tǒng)存在線性系統(tǒng)誤差阿貝—赫梅特準(zhǔn)則A==A==系統(tǒng)中不存在周期性系統(tǒng)誤差①要求的概率，已知標(biāo)準(zhǔn)差=經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布變換， , , =≈經(jīng)過(guò)查表可知φ(x) x 0x01在區(qū)間概率等P=*21=②按照95%的置信區(qū)間概率查找標(biāo)準(zhǔn)正太分布表，得到P=(X=)，由公式得到區(qū)間應(yīng)該為[,+]=[,] 未剔除前 ，當(dāng)a=，=[23 ,12 ,60 ,9 ,30 ,3 ,20 ,6 ,12 ,5]=根據(jù)Grubbs準(zhǔn)則，將243剔除剔除以后， ，查找標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表得到當(dāng)置信區(qū)間P=，X=經(jīng)過(guò)變換得到區(qū)間為[, +] 答：測(cè)量誤差總是客觀存在的，但是真值一般是無(wú)法準(zhǔn)確得到的，因此也就不可能準(zhǔn)確的知道測(cè)量誤差的準(zhǔn)確值，由此引出測(cè)量不確定度的概念。答：A類(lèi)不確定度的評(píng)定時(shí)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方法，一般對(duì)同一被測(cè)參量進(jìn)行n次等精度測(cè)量得到。B類(lèi)不確定度是在測(cè)量次數(shù)較少，不能用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算測(cè)量結(jié)果的不確定度時(shí)。，=1/3*=(cm)=(cm)選取置信率為P=，k=則U=k*=(cm)該工件結(jié)果為X=（cm）（P=）第三章 答：測(cè)量范圍：是傳感器或檢測(cè)儀器按規(guī)定的精度對(duì)被測(cè)變量進(jìn)行測(cè)量的允許范圍。 上下限：測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱(chēng)為測(cè)量下限和測(cè)量上限。 量程：用來(lái)表示測(cè)量范圍大小，用測(cè)量上限和下限值的代數(shù)差表示。 關(guān)系：給出傳感器或者檢測(cè)儀器的測(cè)量范圍便值其測(cè)量上下限及量程，反之只給出傳感器或者檢測(cè)儀器的量程，卻無(wú)法確定其上下限及測(cè)量范圍。 答：靈敏度：是指測(cè)量系統(tǒng)在靜態(tài)測(cè)量時(shí)，輸出量的增量與輸入量的增量之比。分辨力：輸出量發(fā)生變化時(shí)，輸入量的最小變化量二者不存在必然聯(lián)系。 答：有理論直線法、端基法和最小二乘法。精度最高的是最小二乘法，最差的是理論直線法。 答：對(duì)于一階系統(tǒng)，決定于時(shí)間常數(shù)，對(duì)于二階系統(tǒng)，取決于固有角頻率，阻尼比，放大倍數(shù)k.。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，延遲時(shí)間、上升時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間，峰值時(shí)間等，是一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好壞的反映。 答：幅度特性表達(dá)式為，誤差為11%，誤差為14% 答：不失真測(cè)量，需要檢測(cè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)形為： 答：條件：沒(méi)有加速度、振動(dòng)、沖擊及室溫環(huán)境（205 C176。），相對(duì)濕度不大于85%，大氣壓力為（1017）kPa。步驟：略（P54） 略 答：主要因素：略（見(jiàn)P57）可靠性指標(biāo)：可靠度、失效率、平均壽命。第四章 答：金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)是指金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比的這種效應(yīng)。 金屬電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)是指公式中電阻應(yīng)變量與幾何應(yīng)變量之間的比例系數(shù)。 同理，由教程公式（49）知半導(dǎo)體絲材的應(yīng)變靈敏度系數(shù)為：答：橫向效應(yīng)：將直的金屬絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，應(yīng)變片敏感柵的電阻變化要比直的金屬絲要??；橫向效應(yīng)使得測(cè)試的靈敏系數(shù)降低了；為了減小橫向效應(yīng)的影響可采用短接式或直角式橫柵，采用箔式應(yīng)變片也可有效地克服橫向效應(yīng)的影響。 答：電阻應(yīng)變片溫度誤差是指當(dāng)應(yīng)變片的工作溫度變化時(shí)應(yīng)變計(jì)的輸出會(huì)在正常輸出基礎(chǔ)上發(fā)生偏移的效應(yīng)。 產(chǎn)生原因主要有兩點(diǎn)：（1）溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變。（2）試件材料與敏感材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。 補(bǔ)償方法可采用3中方法：（1）應(yīng)變片自補(bǔ)償可采用單絲自補(bǔ)償或者雙絲自補(bǔ)償（2）橋路補(bǔ)償法（3）熱敏電阻補(bǔ)償法。答：直流電橋的基本形式如教程P75圖410所示。 按橋臂工作方式的不同可分為：?jiǎn)伪酃ぷ麟姌?、雙臂工作電橋和全臂工作電橋，分別如圖本教材4141415所示。 電壓輸出計(jì)算公式： 單臂工作電橋： 其中。此公式是忽略次要因素的簡(jiǎn)化公式。雙臂工作電橋：，此公式為精確公式。全臂工作電橋：，此公式為精確公式。解：楊氏模量…………（1） …………（2）由公式（1）（2）得：= 解： 由圖（a)所示，當(dāng)重力F作用梁端部后，梁上表面R1和R3產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化而下表面R2和R4則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，其應(yīng)變絕對(duì)值相等。 解：如圖﹙ａ﹚所示等截面懸梁臂，在外力F作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受拉應(yīng)變，而梁的下表面受壓應(yīng)變。當(dāng)選用四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋電路，則應(yīng)變片如圖﹙ｂ﹚所示粘貼。（a）等截面懸臂梁(b)應(yīng)變片粘貼方式 (c)測(cè)量電路電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動(dòng)全橋電路接線如圖34﹙ｃ﹚所示， 所受應(yīng)變方向相同，所受應(yīng)變方向相同，但與所受應(yīng)變方向相反。 該電路可采用橋路補(bǔ)償法克服溫度誤差。答：① 變極距型電容傳感器, 一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20～100pF之間，極板間距離在25～200mm的范圍內(nèi)。最大位移應(yīng)小于間距的1/10，故在微位移測(cè)量中應(yīng)用最廣。 ②變面積型電容式傳感器，能夠進(jìn)行力、位移和轉(zhuǎn)角的測(cè)量。③變介質(zhì)型電容式傳感器，變介質(zhì)型電容傳感器