【正文】 昆山《自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》 題型：選擇20個(gè)，填充15個(gè)，判斷5個(gè)，簡(jiǎn)答30分，計(jì)算5題30分第一章 檢測(cè)技術(shù)的基本概念 ——1個(gè)計(jì)算題、1個(gè)簡(jiǎn)答題以及基本概念測(cè)量:借助專門的技術(shù)和儀表設(shè)備，采用一定的方法取得某一客觀事物定量數(shù)據(jù)資料的認(rèn)識(shí)過程。測(cè)量結(jié)果包含數(shù)值和單位。測(cè)量的方法 ① 按手段分：直接測(cè)量、間接測(cè)量； ② 按是否隨時(shí)間變化分：靜態(tài)測(cè)量(緩慢變化) 、動(dòng)態(tài)測(cè)量(快速變化)；③ 按顯示方式分 模擬式測(cè)量、數(shù)字式測(cè)量 偏位式測(cè)量——如：彈簧秤測(cè)量的具體手段 零位式測(cè)量——如：天平、用平衡式電橋來測(cè)量電阻值 微差式測(cè)量——如：核輻射鋼板測(cè)厚儀偏位式測(cè)量：測(cè)量過程中，被測(cè)量直接作用于儀表內(nèi)部比較裝置，使該比較裝置產(chǎn)生偏移量，直接以儀表的偏移量來表示被測(cè)量的測(cè)量方式。零位式測(cè)量：測(cè)量過程中，被測(cè)量與儀表內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)量的值決定被測(cè)量的值。微差式測(cè)量：預(yù)先使被測(cè)量與儀表內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)量達(dá)到平衡，當(dāng)被測(cè)量有微小變化時(shí)，測(cè)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(cè)量易產(chǎn)生靈敏度漂移和零點(diǎn)漂移。示值的變化由二個(gè)因素組成：零漂和靈敏度漂移。測(cè)量誤差 （計(jì)算題一定有）(1) 絕對(duì)誤差 △＝Ax－A0 Ax為測(cè)量值 A0為真值 絕對(duì)誤差是有單位的量(2) 相對(duì)誤差 a、實(shí)際相對(duì)誤差 γA＝△/A0100% b、示值相對(duì)誤差 γx＝△/Ax100% c、滿度相對(duì)誤差 γm＝△/Am100% Am為量程 Am＝Amax－Amin 用于判斷儀表準(zhǔn)確度等級(jí) 精確度 s＝│△m/Am│100 絕對(duì)誤差取最大值* 我國模擬儀表有7種等級(jí)：、、其他等級(jí)是沒有的P9 例11 例12 看懂*選用儀表時(shí)應(yīng)兼顧精度等級(jí)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(jī)誤差 如發(fā)現(xiàn)示值忽大忽小，無預(yù)見性屬于隨機(jī)誤差。 靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差靜態(tài)誤差：在被測(cè)量不隨時(shí)間變化時(shí)所產(chǎn)生的誤差。動(dòng)態(tài)誤差：當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間迅速變化，系統(tǒng)的輸出量在時(shí)間上不能與被測(cè)量的變化精度吻合，這種誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。（如：水銀溫度計(jì)測(cè)水溫，由于滯后產(chǎn)生的誤差）知識(shí)點(diǎn)誤差的統(tǒng)計(jì) 算術(shù)平均值的方均根誤差 式111 方均根誤差二者之間關(guān)系：測(cè)量結(jié)果 測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)整理步驟：1． 一系列讀數(shù)列表2． 計(jì)算測(cè)量列Xj的算術(shù)平均值3． 在每個(gè)測(cè)量讀數(shù)旁，相應(yīng)的列出殘差Vj4． 檢查殘差求和是否為0，若不滿足，計(jì)算有誤，需要重新計(jì)算5． 在每個(gè)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(jì)算7． 確定不存在粗大誤差后，計(jì)算算術(shù)平均值的均方根誤差8． 寫出測(cè)量結(jié)果，％。測(cè)量系統(tǒng)靜態(tài)誤差的合成：1． 絕對(duì)值合成法 公式2． 方均根合成法 公式應(yīng)該努力提高誤差最大的某個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)量精度。傳感器：一種以測(cè)量為目的，以一定的精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于處理的另一種物理量的測(cè)量器件。組成 非電量→ 敏感元件 非電量→ 傳感元件 電參量→ 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 電量→ 作用 敏感元件：在傳感器中直接感受被測(cè)量的元件，即被測(cè)量通過敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量 傳感元件：非電量通過傳感元件被轉(zhuǎn)換成電參量 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路：將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)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?jìng)鞲衅髟诜€(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?jìng)鞲衅髂軠y(cè)出被測(cè)信號(hào)的最小變化量。 兩者的關(guān)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(dòng)態(tài)之分。當(dāng)被測(cè)信息處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，若輸入量是維持不變或緩慢變化時(shí)，則輸入量與輸出量是一一對(duì)應(yīng)的靜態(tài)特性關(guān)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(biāo)來表示。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器的輸入量隨時(shí)間變化時(shí)輸入和輸出的關(guān)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(rèn)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(diǎn)與正向特性起點(diǎn)也不重合。可靠性：初期失效期故障率是最高的，老化試驗(yàn)可以降低故障率。第三章 電阻式傳感器 ——有一題計(jì)算題電位器：改變其滑動(dòng)臂的位置，也就改變了電路的分壓比。有直滑式和旋轉(zhuǎn)式二種。可用于測(cè)量直線位移和角位移。屬于接觸式測(cè)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(wǎng)狀。應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻變化 = 電阻軸向應(yīng)變 – 2徑向應(yīng)變 + 電阻率變化軸向應(yīng)變 徑向應(yīng)變 注意計(jì)量單位 若F為拉力，應(yīng)變?yōu)檎?，若F為壓力，應(yīng)變?yōu)樨?fù)。 金屬單絲靈敏度對(duì)于不同的金屬材料，K0是不同的，一般為2左右。應(yīng)變片的種類：金屬應(yīng)變片（金屬絲式、箔式、薄膜式）和半導(dǎo)體應(yīng)變片。半導(dǎo)體應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，橫向效應(yīng)小。缺點(diǎn)：靈敏度一致性差、溫漂大、電阻與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。使用時(shí)需要采用溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償措施。常用方法有補(bǔ)償塊補(bǔ)償法和橋路自補(bǔ)償法。溫度補(bǔ)償原因：在實(shí)際應(yīng)用中，除了應(yīng)變能導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化外，溫度變化也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化，它將給測(cè)量帶來誤差，因此有必要對(duì)橋路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 * “應(yīng)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(cè)量200~+960℃范圍內(nèi)的溫度。分為金屬熱電阻（熱電阻）和半導(dǎo)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(cè)量溫度的。正溫度系數(shù)：電阻值與溫度變化趨勢(shì)相同。金屬熱電阻無負(fù)溫度系數(shù)。(1) 作為測(cè)溫用的熱電阻材料，應(yīng)具有哪些條件？（特點(diǎn)） 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(diǎn)。 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(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑熱電阻在0℃時(shí)阻值R0值有25Ω、100Ω，分度號(hào)Pt2Pt100等，熱電阻阻值Rt與溫度t的關(guān)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(guān)系。* 每隔1℃測(cè)出鉑熱電阻和銅熱電阻在規(guī)定的測(cè)溫范圍內(nèi)Rt和t之間對(duì)應(yīng)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(dǎo)線即可，而熱電偶需用補(bǔ)償導(dǎo)線） 為了減小環(huán)境電、磁場(chǎng)的干擾，最好用三芯屏蔽線。屏蔽線的金屬網(wǎng)接地。調(diào)試熱電阻測(cè)量轉(zhuǎn)換電路時(shí)，先調(diào)零（RP1）再調(diào)滿度(RP2)，最后調(diào)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(bǔ)償辦法：。 。 、與對(duì)應(yīng)分度號(hào)借口的集成IC，可以很方便的將阻值變化，線性化的轉(zhuǎn)換成輸出電壓或者輸出電流。熱敏電阻 (1) 熱敏電阻是半導(dǎo)體測(cè)溫元件(2) 負(fù)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(hù)作用。熱敏電阻標(biāo)定：先調(diào)零，再調(diào)滿度，最后驗(yàn)證各點(diǎn)誤差是否在允許范圍內(nèi)。(3) 熱敏電阻的應(yīng)用 a、熱敏電阻測(cè)溫b、熱敏電阻用于溫度補(bǔ)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(duì)濕度的測(cè)量e、熱敏電阻用于液面的測(cè)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(cè)氣體的化學(xué)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(dǎo)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(duì)濕度：每1立方米大氣所含水氣的克數(shù)。相對(duì)濕度：大氣的絕對(duì)濕度與當(dāng)時(shí)氣溫下大氣的飽和水汽密度之比稱為相對(duì)濕度。 陶瓷濕敏電阻應(yīng)采用交流供電，若長(zhǎng)期采用直流供電，會(huì)使?jié)衩舨牧蠘O化，吸附的水分子電離，導(dǎo)致靈敏度降低，性能變壞。 (2) 露點(diǎn) 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(dá)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(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。優(yōu)點(diǎn)：分辨力及測(cè)量精度高。缺點(diǎn)：響應(yīng)較慢，不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量，而且其分辨力與測(cè)量范圍有關(guān)。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(dòng)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(dòng)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?xì)庀洞笮∮绊戩`敏度，原始?xì)庀对叫§`敏度越高。 輸入輸出是非線性的關(guān)系，為了保持一定的線性度，只能用于微小位移的測(cè)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(guān)系，線性區(qū)較小，靈敏度低。螺線管式電感傳感器：測(cè)量稍大一些的位移。銜鐵在中間部分工作時(shí)才有希望獲得較好的線性關(guān)系。差動(dòng)電感傳感器：既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測(cè)量誤差。差動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)的好處：1. 靈敏度是非差動(dòng)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(duì)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(cè)量誤差。電感式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)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(diǎn)殘余電壓：銜鐵處于零點(diǎn)附近時(shí)存在的微小誤差電壓。（只能減小不能消除）零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：1． 差動(dòng)電感二個(gè)線圈的電氣參數(shù)、幾何尺寸、磁路參數(shù)不完全對(duì)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(lì)磁電流太大使磁路的磁化曲線存在非線性。減小零點(diǎn)殘余電壓的方法通常有哪些？(1) 提高框架和線圈的對(duì)稱性；(2) 盡量采用正弦波作為激勵(lì)源；(3) 正確選擇磁路材料，同時(shí)適當(dāng)減小線圈的勵(lì)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(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)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(diǎn)殘余電壓的影響。差動(dòng)變壓器一般線性范圍約為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10左右。 差動(dòng)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(lì)源的電壓和頻率，差動(dòng)變壓器一二次線圈的匝數(shù)比，銜鐵的直徑與長(zhǎng)度，材料質(zhì)量，環(huán)境溫度，負(fù)載電阻等。差動(dòng)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(dāng)提高勵(lì)磁電壓，但以不超過10V為宜，電源頻率以1~10KHz為佳。新國標(biāo)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(hào)可以是電壓，也可以是電流，由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)距離傳輸，所以一次儀表多采用電流輸出型(4～20mA)標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器或儀表又稱為變送器。不讓信號(hào)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(nèi)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(dǎo)線，一般一根為正24v電源線，另一個(gè)一方面作為電源負(fù)極引線一方面又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線末端通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（取樣電阻）接地，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。 I = A0 + A1*t 變送器的線性輸入輸出方程（計(jì)算題）第五章 電渦流式傳感器 計(jì)算題什么是電渦流效應(yīng)？ 什么是集膚效應(yīng)？根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體表面就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。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(dǎo)體的表面，這稱為集膚效應(yīng)。* 集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率f、工件的電導(dǎo)率σ、磁導(dǎo)率μ等有關(guān)。* 頻率越高，電渦流滲透深度越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。* 1 MHz時(shí)的電阻值是直流時(shí)的 4 倍 * 激勵(lì)源頻率一般選擇100KHz到1MHZ.電渦流式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有：調(diào)頻法、調(diào)幅法和電橋法。調(diào)幅法缺點(diǎn)：電壓放大器放大倍數(shù)的漂移會(huì)影響測(cè)量精度，必須采用各種溫度補(bǔ)償措施。