【正文】 昆山《自動檢測與轉換技術》 題型：選擇20個，填充15個，判斷5個，簡答30分，計算5題30分第一章 檢測技術的基本概念 ——1個計算題、1個簡答題以及基本概念測量:借助專門的技術和儀表設備，采用一定的方法取得某一客觀事物定量數(shù)據資料的認識過程。測量結果包含數(shù)值和單位。測量的方法 ① 按手段分：直接測量、間接測量； ② 按是否隨時間變化分：靜態(tài)測量(緩慢變化) 、動態(tài)測量(快速變化)；③ 按顯示方式分 模擬式測量、數(shù)字式測量 偏位式測量——如：彈簧秤測量的具體手段 零位式測量——如：天平、用平衡式電橋來測量電阻值 微差式測量——如：核輻射鋼板測厚儀偏位式測量：測量過程中，被測量直接作用于儀表內部比較裝置，使該比較裝置產生偏移量，直接以儀表的偏移量來表示被測量的測量方式。零位式測量：測量過程中，被測量與儀表內部的標準量相比較，當測量系統(tǒng)達到平衡時，以標準量的值決定被測量的值。微差式測量：預先使被測量與儀表內部的標準量達到平衡，當被測量有微小變化時，測量裝置失去平衡，用偏位式儀表指出其變化部分的值。偏位式測量易產生靈敏度漂移和零點漂移。示值的變化由二個因素組成：零漂和靈敏度漂移。測量誤差 （計算題一定有）(1) 絕對誤差 △＝Ax－A0 Ax為測量值 A0為真值 絕對誤差是有單位的量(2) 相對誤差 a、實際相對誤差 γA＝△/A0100% b、示值相對誤差 γx＝△/Ax100% c、滿度相對誤差 γm＝△/Am100% Am為量程 Am＝Amax－Amin 用于判斷儀表準確度等級 精確度 s＝│△m/Am│100 絕對誤差取最大值* 我國模擬儀表有7種等級：、、其他等級是沒有的P9 例11 例12 看懂*選用儀表時應兼顧精度等級和量程，通常希望示值落在儀表滿度值的2/3以上。粗大誤差、系統(tǒng)誤差（裝置誤差）和隨機誤差 如發(fā)現(xiàn)示值忽大忽小，無預見性屬于隨機誤差。 靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差靜態(tài)誤差：在被測量不隨時間變化時所產生的誤差。動態(tài)誤差：當被測量隨時間迅速變化，系統(tǒng)的輸出量在時間上不能與被測量的變化精度吻合，這種誤差稱為動態(tài)誤差。（如：水銀溫度計測水溫，由于滯后產生的誤差）知識點誤差的統(tǒng)計 算術平均值的方均根誤差 式111 方均根誤差二者之間關系：測量結果 測量結果的數(shù)據整理步驟：1． 一系列讀數(shù)列表2． 計算測量列Xj的算術平均值3． 在每個測量讀數(shù)旁，相應的列出殘差Vj4． 檢查殘差求和是否為0，若不滿足，計算有誤，需要重新計算5． 在每個殘差旁列出它的平方值，然后求出均方根誤差6． 檢查是否有大于3倍均方根誤差的殘差，若有，舍棄，從2開始重新計算7． 確定不存在粗大誤差后，計算算術平均值的均方根誤差8． 寫出測量結果，％。測量系統(tǒng)靜態(tài)誤差的合成：1． 絕對值合成法 公式2． 方均根合成法 公式應該努力提高誤差最大的某個環(huán)節(jié)的測量精度。傳感器：一種以測量為目的，以一定的精度把被測量轉換為與之有確定關系的、便于處理的另一種物理量的測量器件。組成 非電量→ 敏感元件 非電量→ 傳感元件 電參量→ 測量轉換電路 電量→ 作用 敏感元件：在傳感器中直接感受被測量的元件，即被測量通過敏感元件轉換成與被測量有確定關系、更易于轉換的非電量 傳感元件：非電量通過傳感元件被轉換成電參量 測量轉換電路：將傳感元件輸出的電參量轉換成更易于處理的電壓、電流或頻率參量 (2) 靈敏度及分辨力 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示。分辨力是指傳感器能測出被測信號的最小變化量。 兩者的關系：靈敏度越高，其分辨力越好。分辨力值越小。傳感器的基本特性：傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，它有靜態(tài)、動態(tài)之分。當被測信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時，若輸入量是維持不變或緩慢變化時，則輸入量與輸出量是一一對應的靜態(tài)特性關系，通常用靈敏度、分辨力、線性度、遲滯、穩(wěn)定性、電磁兼容性、可靠性等指標來表示。傳感器的動態(tài)特性是傳感器的輸入量隨時間變化時輸入和輸出的關系，一般用微分方程來表示。靈敏度：線性傳感器靈敏度為一常數(shù)。分辨力：模擬儀表分辨力是最小刻度值一半。 數(shù)字儀表最后一位數(shù)值是它的分辨力，無特殊說明，也可認為分辨力等于最大誤差。線性度：（非線性誤差）遲滯：傳感器正向特性和反向特性不一致程度。 正向特性與反向特性不重合，且反向特性的終點與正向特性起點也不重合?？煽啃裕撼跗谑诠收下适亲罡叩?，老化試驗可以降低故障率。第三章 電阻式傳感器 ——有一題計算題電位器：改變其滑動臂的位置，也就改變了電路的分壓比。有直滑式和旋轉式二種。可用于測量直線位移和角位移。屬于接觸式測量。為了減少流過電位器的電流，減少溫漂，通常采用R大于1千歐。為了獲得高的電阻值，電阻絲排列成柵網狀。應變效應：導體或半導體材料在外界力的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應變效應。電阻變化 = 電阻軸向應變 – 2徑向應變 + 電阻率變化軸向應變 徑向應變 注意計量單位 若F為拉力，應變?yōu)檎?，若F為壓力，應變?yōu)樨摗? 金屬單絲靈敏度對于不同的金屬材料，K0是不同的，一般為2左右。應變片的種類：金屬應變片（金屬絲式、箔式、薄膜式）和半導體應變片。半導體應變片優(yōu)點：靈敏度高，橫向效應小。缺點：靈敏度一致性差、溫漂大、電阻與應變間非線性嚴重。使用時需要采用溫度補償和非線性補償措施。常用方法有補償塊補償法和橋路自補償法。溫度補償原因：在實際應用中，除了應變能導致應變片電阻變化外，溫度變化也會導致應變片電阻變化，它將給測量帶來誤差，因此有必要對橋路進行溫度補償。 * “應變電橋”有3種較為典型的工作方式 a、單臂半橋工作方式 b、雙臂半橋工作方式 c、全橋工作方式 全橋工作方式靈敏度最高熱電阻傳感器廣泛用于測量200~+960℃范圍內的溫度。分為金屬熱電阻（熱電阻）和半導體熱電阻（熱敏電阻）二類。熱電阻是利用一般金屬電阻隨溫度升高而增加的這一特性來測量溫度的。正溫度系數(shù)：電阻值與溫度變化趨勢相同。金屬熱電阻無負溫度系數(shù)。(1) 作為測溫用的熱電阻材料，應具有哪些條件？（特點） 希望具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。 銅電阻范圍 －50℃～﹢150℃ 目前已逐漸被鉑熱電阻所取代（200~+960℃）(2) 國內統(tǒng)一設計的工業(yè)用鉑熱電阻在0℃時阻值R0值有25Ω、100Ω，分度號Pt2Pt100等，熱電阻阻值Rt與溫度t的關系Rt＝R0(1﹢At﹢Bt2﹢Ct3﹢Dt4) A、B、C、D為溫度系數(shù)Rt與t之間是非線性關系。* 每隔1℃測出鉑熱電阻和銅熱電阻在規(guī)定的測溫范圍內Rt和t之間對應電阻值列表，此表為熱電阻分度表。(3) 為了減小和消除引線電阻的影響，熱電阻通常采用三線制連接法（普通導線即可，而熱電偶需用補償導線） 為了減小環(huán)境電、磁場的干擾，最好用三芯屏蔽線。屏蔽線的金屬網接地。調試熱電阻測量轉換電路時，先調零（RP1）再調滿度(RP2)，最后調中間。采用恒流源作為橋路電源能減小非線性誤差。非線性補償辦法：。 。 、與對應分度號借口的集成IC，可以很方便的將阻值變化，線性化的轉換成輸出電壓或者輸出電流。熱敏電阻 (1) 熱敏電阻是半導體測溫元件(2) 負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC，即溫度↑→電阻↓ 指數(shù)型 突變型(臨界溫度型CTR) 電子電路中抑制浪涌電流正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，即溫度↑→電阻↑ 在電子電路中多起限流、保護作用。熱敏電阻標定：先調零，再調滿度，最后驗證各點誤差是否在允許范圍內。(3) 熱敏電阻的應用 a、熱敏電阻測溫b、熱敏電阻用于溫度補償 NTC指數(shù)型c、熱敏電阻用于溫度控制 NTC突變型 d、熱敏電阻用于空氣絕對濕度的測量e、熱敏電阻用于液面的測量 NTC指數(shù)型濕敏電阻 還原性氣體傳感器：MQN型氣敏電阻 多數(shù)屬于可燃性氣體。氣敏電阻加熱到200~300攝氏度，其目的是加速被測氣體的化學吸附和電離的過程，并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔左右）二氧化鈦氧濃度傳感器 TiO2屬于N型半導體，其電阻值大小取決于周圍氧氣濃度，氧氣濃電阻值增大。 (1) 絕對濕度：每1立方米大氣所含水氣的克數(shù)。相對濕度：大氣的絕對濕度與當時氣溫下大氣的飽和水汽密度之比稱為相對濕度。 陶瓷濕敏電阻應采用交流供電，若長期采用直流供電，會使?jié)衩舨牧蠘O化，吸附的水分子電離，導致靈敏度降低，性能變壞。 (2) 露點 使大氣中原來所含有的未飽和水氣變成飽和水氣所必須降低達到的溫度值。第四章 電感式傳感器電感式傳感器：利用線圈自感或互感量系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。優(yōu)點：分辨力及測量精度高。缺點：響應較慢，不宜于快速動態(tài)測量，而且其分辨力與測量范圍有關。范圍大、分辨力低。分為自感式傳感器和互感量式傳感器（差動變壓器式）。自感式傳感器 ：變隙式電感傳感器；變截面式電感傳感器；螺線管式電感傳感器；差動電感傳感器 變隙式電感傳感器：在線圈匝數(shù)確定了以后，若保持氣隙截面積A為常數(shù)，則電感L是氣隙厚度的函數(shù)，成反比。 原始氣隙大小影響靈敏度，原始氣隙越小靈敏度越高。 輸入輸出是非線性的關系，為了保持一定的線性度，只能用于微小位移的測量。變截面式電感傳感器：直線位移和角位移，電感L與氣隙截面積A成正比，輸入輸出呈線性關系，線性區(qū)較小，靈敏度低。螺線管式電感傳感器：測量稍大一些的位移。銜鐵在中間部分工作時才有希望獲得較好的線性關系。差動電感傳感器：既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測量誤差。差動變壓器式傳感器的主要性能有靈敏度和線性范圍。采用差動結構的好處：1. 靈敏度是非差動式電感傳感器靈敏度的2倍，線性也較好，輸出曲線較陡，靈敏度較高。2. 對外界影響、溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消。銜鐵的電磁吸力也較小，從而減小了測量誤差。電感式傳感器測量轉換電路一般采用電橋電路。有變壓器電橋電路和相敏檢波電路。零點殘余電壓：銜鐵處于零點附近時存在的微小誤差電壓。（只能減小不能消除）零點殘余電壓產生原因：1． 差動電感二個線圈的電氣參數(shù)、幾何尺寸、磁路參數(shù)不完全對稱。2． 存在寄生參數(shù)。如線圈間的寄生電容等。3． 電源電壓含有高次諧波。4． 勵磁電流太大使磁路的磁化曲線存在非線性。減小零點殘余電壓的方法通常有哪些？(1) 提高框架和線圈的對稱性；(2) 盡量采用正弦波作為激勵源；(3) 正確選擇磁路材料，同時適當減小線圈的勵磁電流，使銜鐵工作在磁化曲線的線性區(qū)；(4) 在線圈上并聯(lián)阻容移相網絡，補償相位誤差；(5) 采用相敏檢波電路。相敏檢波電路：不但可以反映位移的大小，還可以反映位移的方向，并減小零點殘余電壓的影響。差動變壓器一般線性范圍約為線圈骨架長度的1/10左右。 差動式變壓器的靈敏度用單位位移輸出的電壓或電流表示，行程越小，靈敏度越高。主要影響因素有：激勵源的電壓和頻率，差動變壓器一二次線圈的匝數(shù)比，銜鐵的直徑與長度，材料質量，環(huán)境溫度，負載電阻等。差動變壓器為了獲得高靈敏度，在不使一次線圈過熱的情況下，適當提高勵磁電壓，但以不超過10V為宜，電源頻率以1~10KHz為佳。新國標規(guī)定： 電壓輸出為直流1～5V，電流輸出為直流4～20mA(用4mA而不用0mA是因0mA無法判斷出是故障狀態(tài)還是工作狀態(tài))一次儀表的輸出信號可以是電壓，也可以是電流，由于電流信號不易受干擾，且便于遠距離傳輸，所以一次儀表多采用電流輸出型(4～20mA)標準化的傳感器或儀表又稱為變送器。不讓信號占0~4mA的原因：一方面方便判斷線路故障或者儀表故障，另一方面這類一次儀表內部均采用微電流集成電路，總的耗電還不到4mA,因此還能利用這一電流為一次儀表提供工作電流，使一次儀表稱為2線制儀表。二線制儀表：儀表與外界聯(lián)系只需要2根導線，一般一根為正24v電源線，另一個一方面作為電源負極引線一方面又作為信號傳輸線。在信號傳輸線末端通過一個標準負載電阻（取樣電阻）接地，將電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘枴? I = A0 + A1*t 變送器的線性輸入輸出方程（計算題）第五章 電渦流式傳感器 計算題什么是電渦流效應？ 什么是集膚效應？根據法拉弟電磁感應定律，金屬導體置于變化的磁場中，導體表面就會有感應電流產生，這種電流的流線在金屬體內自行閉合，這種由電磁感應原理產生的旋渦狀感應電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應。而電渦流在金屬縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，這稱為集膚效應。* 集膚效應與激勵源頻率f、工件的電導率σ、磁導率μ等有關。* 頻率越高，電渦流滲透深度越淺，集膚效應越嚴重。* 1 MHz時的電阻值是直流時的 4 倍 * 激勵源頻率一般選擇100KHz到1MHZ.電渦流式傳感器的測量轉換電路有：調頻法、調幅法和電橋法。調幅法缺點：電壓放大器放大倍數(shù)的漂移會影響測量精度，必須采用各種溫度補償措施。