智能检测技术及仪表习题参考答案-all
智能检测技术及仪表习题答案
1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？
被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。
相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。
引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。
1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？
测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。
1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器车辆140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。
Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1%
1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？
通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将直接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。
1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？
测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。
通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。
不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。
不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。
1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？
解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。
1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）:
120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。
解：首先求出测量烈的算术平均值：
X =120.40mm
根据贝塞尔公式计算出标准差
?=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289
3 ?=0.0868
所以，120.30是坏值，存在粗大误差。
去除坏值后X =120.41mm，?=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ?=0.033
再无坏值
求出算术平均值的标准偏差?x= ?/(n)1/2=0.011/3.87=0.003
写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33）
120.41±Kt?x=120.41±0.01mm
2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？
在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。
2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。
热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。
E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。
2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？
补偿导线的作用是将热电偶原来的冷接点移到一个新的位置，它本身并不起冷端温度补偿作用。
使用补偿导线的原则是在冷端可能变化的温度范围内（0~100℃），补偿导线的热电特性与工作的热电偶相同。
2.20某热电偶灵敏度为0.04mv/℃，把它放在温度为1200℃的环境，若以指示表处温度为50℃为冷端，是求热电势的大小？
指示的热电势：（1200-50）×0.04=46mV;
2.23已知铂电阻温度计，0℃时电阻为100Ω，100℃时电阻为139Ω，当它与热介质接触时，电阻值增至281Ω，试确定该介质温度。
解：把铂电阻的温度响应特性看为线性有：（139-100）/（100-0）=（281-100）/(t-0) ，t=464.1℃
2.31将一支灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50℃。电压表上的读数为60mV,求热电偶热端温度？
解：由E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0 )得60/0.08+50=800℃
3.1什么是应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
一种能将试件上的应变变化转换为电阻变化的物理现象称为应变效应。在测量时，将金属电阻应变片牢固粘接在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，此电阻变化是与试件应变成比例的，这样就可以反映出外界作用力的大小。
3.3比较金属应变片和半导体应变片的相同点和不同点。
金属丝应变片与半导体应变片的相同点：都是属于电阻应变片，即将应变变化转换为电阻变化的传感元件；
金属丝应变片与半导体应变片的不同点：金属应变片是受力变形后改变的是机械几何尺寸，从而引起电阻的变化；而半导体应变片受力变形后改变的应变片的电阻率。
3.5 金属电阻应变片的灵敏度系数K与同类金属材料的应变灵敏度Ko是否相同？为什么？
不相同。金属电阻应变片利用短路的方法消除横向效应的影响。
3.14 一应变式等强度悬臂梁传感器如图3.14图所示。设该悬臂梁的热膨胀系数与应变片中的电阻热膨胀系数相等，R1=R2。
（1）画出半桥双臂电路图；
（2）试证明该传感器具有温度补偿功能；
（3）设该悬臂梁厚度h=0.5mm,长度l=15mm,固定端宽度bo=18mm,材料的弹性模量E=2×105N/m2, 其供电电压U=2V。输出电压Uo=1mV,K=2时，求作用力。
解：（3）由双臂应变片电桥得：Uo=2UKε/4,ε=2Uo/UK
又由等强度悬臂梁弹性元件的应变公式ε=6Fl/(boh2E)得F=εboh2E/(6l)
以上两个公式等到：F=Uoboh2E/(3l UK)=0.001*0.018*0.5*0.5*2×105/(3*0.015*2*2)=5N
3.16 如果将100Ω的电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4m2,弹性模量E=2×1011N/m2，若有F=5×104 N的拉力引起应变电阻1Ω，试求应变片的灵敏度系数？
解：由胡克定律ζ=Eε,又由ζ=F/S,ΔR/R=Kε.得K=ΔRES/(RF)=1*2×1011*0.5×10-4/(100*5×104)=2
3.20以测量吊车起吊重物拉力的传感器如图3.20图所示，R1,R2,R3,R4按要求贴在等载面轴上。已知：等载面轴的面积为0.00196m2,弹性模量E=2×1011N/m2，泊松比μ=0.3,且R1=R2=R3=R4=120，K=2,所组成的全桥型电路如图3.20图所示，供桥电压U=2V。现测得输出电压Uo=2.6mV。求：
（1）等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？
（2）重物F为多少？
解：（1）电阻应变片组成全桥。则电桥输出Uo=E(ΔR1-ΔR2+ΔR3-ΔR4)/4R=EK(ε1-ε2+ε3-ε4)/4
应变片1和3感受的纵向应变，即ε1=ε3=ε；应变片2和4感受的横向应变，即ε2=ε4=εr,代入上式得到：
Uo=UK(ε-εr)/2=UK(ε+με)/2= UKε(1+μ)/2
2.6×10-3=2*2*ε*(1+0.3)/2 得纵向应变ε=10-3，横向应变：εr=-με=-3×10-4
（2）由胡克定律得F=εSE=10-3×0.00196×2×1011=3.92×105 N
4.1何为电感式传感器？电感式传感器分哪几类？各有什么特点？
利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。
电感式传感器主要分为自感式、互感式、电涡流式三种。
自感式传感器利用改变磁路中的磁阻（间歇）从而改变自感系数，该种传感器的结构简单，但是灵敏度低，线性范围小，量程有限；
互感式传感器的结构等同变压器，利用非电量改变互感系数达到检测的目的，该种传感器灵敏度较高，检测电路比较简单，但存在零点残余误差；
电涡流传感器是利用涡流效应测量非电量的，结构最简单，灵敏度较高，线性度较好，成本较低，应用范围较广。
4.8差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减少和消除它影响？
当衔铁处于差动变压器的中间位置时，可以发现，无论怎样调节衔铁的位置均无法使测量转换电路输出为零，总有一个很小的输出电压存在，这种衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压称为零点残余电压。
产生的原因大致有：（1）差动电感线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数不完全对称。
（2）存在寄生参数，如线圈间的寄生电容，引线与外壳间的分布电容。
（3）电源电压含有高次和谐波。（4）磁路的磁化曲线存在非线性等。
减少零点残余电压的方法：（1）提高框架和线圈的对称性；（2）减少电源中的谐波成分；
（3）正确选择磁路材料，同时适当较小线圈的激励电流，使铁芯工作在磁化曲线的线性去；
（4）在线圈上并联阻容移相网络，补偿相位误差；
（5）采用相敏检波电路。
4.12一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm，截面积 1.5cm2,平均相对磁导率μr=2000,真空磁导率μ0=4π×10-7H/m,求：
(1)在上面均匀绕线500匝时电感值是多少？
(2)匝数增加一倍时电感值是多少？
解：由L=ωФ/I, Ф=Iω/Rm,Rm=l/μS得到
L=ω2μS/l=5002×2000×4π×10-7×1.5×10-4/12×10-2=π/4；
L与ω2成正比，所匝数增加一倍电感值是π。
4.17已知变气隙电感传感器的铁芯面积S=1.5cm2，磁路长度L=20cm，相对磁导率μ1=5000,气隙δ0=0.5cm，Δδ=±0.1mm,真空磁导率μ0=4π×10-7H/m,线圈匝数ω=3000，求单端式传感器的灵敏度ΔL/Δδ。若做成差动结构形式，其灵敏度将如何变化？
解：由ΔL/Δδ=L0/δ0, L=ωФ/I, Ф=Iω/R m,R m=l/μS得到
ΔL/Δδ=ω2μS/lδ0=30002×5000×4π×10-7×1.5×10-4/(20×10-2×0.5×10-3)=8.478×104(H/m)
差动是单端的2倍,其灵敏度变为2×8.478×104(H/m)=1.69 ×105(H/m)
4.19何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，这种现象称为电涡流效应。
理论分析和实验都已证明，电涡流强度随距离x的变化而变化。运用这一关系，将线圈-导体系统运用于被测对象上，就可测到两个对象的相对位移。
5.1 根据工作原理可将电容式传感器分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？
根据工作原理可将电容式传感器分为变极距、变面积和变介质三种类型。变极距型电容传感器结构简单、成本低但线性范围窄，主要用于微位移测量；变面积型电容传感器的线性度好,主要用于角位移的测量；变介质型电容传感器结构形式多样，可用来测量液位高度，纸张、绝缘薄膜的厚度，也可以用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。
5.8已知平板式电容传感器的极板尺寸阿a=b=4mm,板间距d0=0.5mm,极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿着平行极板一边移动2mm,求此时的电容量。
解：由ΔC/Δx=C0/a,C0=εS0/d0得到
ΔC/Δx=εb/d0=1×4/0.5=8;
移动后电容值为：C=εS/d=εab/d=1×2×4/0.5=16pF
5.11 已知变面积型电容传感器的两极板间距离为10mm,ε=50μF/m,两极板几何尺寸一样，为30mm×20mm×5mm,在外力作用下，其中动极板在原位置向外移动了10mm，试求ΔC=？K=?
解：C=εS/d得到C0=εab/ d0=50×30×20/10=3μF
移动后电容C’=εab/ d=50×20×20/10=2μF(设定向宽度不变)
ΔC= C0-C’=1μF。
K=ΔC/ C0=1/3
6.1什么是正压电效应和逆压电效应?
某些晶体受到外力作用发生形变时，在它的某些表面上会出现电荷，这种效应称为正压电效应。
压电效应是可逆的，即晶体在外电场作用下，要发生形变，这种效应称为逆压电效应。
6.14 某压电晶体的电容为1000pF,Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电容为50pF.求：
（1）压电晶体的电压灵敏度；
（2）测量系统的高频响应。
解：（1）由Kq=q/P,Ku=Uo/P,Uo=q/Co得Ku=Kq/Co=2.5/1000=2.5×10-9 C/cm.F
（2）f H=1/(2πR(Cc+Ci+Co))=1/(2×3.14×(3000+50+1000))=3.93×107=39.3MHz
6.27有一压电晶体，其面积S=3cm2,厚度t=0.33mm,在零度x切型纵向石英晶体压电系数d11=2.31×10-12C/N。求受到压力p=10MPa作用产生的电荷q及输出电压U0。
解：由q=d11·F,F=P·S得到，q=2.31×10-12×10×106×3×10-4=6.93×10-9 C
由U0=q/C0,C0=εS/t,得U0=qt/εS=6.93×10-9×0.33×10-3/3×10-4=7.623×10-9 V
7.1什么是光电效应？光电管、光敏三级管、光电池分别属于哪类光电效应？其中光电池有哪些基本特性？怎样保证光电池输出电压是稳定的？
答：当采用光照射某一物体时，该物体就受到一串能量为hf的光子所轰击，其内部电子获得能量并释放出来的现象，便称为光电效应。光电效应常分为三类，光电管属于外光电效应；光敏三极管属于内光电效应；光电池属于阻挡层光电效应。
光电池有一定的光谱响应特性，如硅光电池在0.45~1.1um范围；光电池在不同的光照度下有不同的光生伏特和短路电流，短路电流与照度有比较好的线性，而光生伏特与照度为非线性。当照度为一定值后，它趋于饱和了。因此，根据这一特性可知，只要保证足够的光照度，光电池输出电压是稳定的。
7.14什么是功能型光纤传感器？，什么是非功能型光纤传感器?请分别举例说明
答：功能型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤，构成“传”和“感”合为一体的传感器。例如：光纤微位移传感器；
非功能型光纤传感器是利用在光纤的端面或在两根光纤中间放置光学材料及机械式或光学式的敏感元件，感受物理量的变化。非功能型光纤传感器中，光纤不是敏感元件，即只“传”不“感”。例如：双金属光纤温度传感器。
8.17什么是霍尔效应？霍尔电势的大小由哪些因素决定？
将一块通有电流I的导体薄片放在磁感应强度为B的磁场中，B的方向垂直于I，则在垂直于电流和磁场的薄片两侧，产生一个正比于电流和磁场应强度的电势，这一物理现象称为霍尔效应。霍尔电势与磁场强度和电流强度成正比（U H=K H IB）。
8.19什么是霍尔元件的不等位电势？如何进行补偿？
答：根据U H=K H IB可知：当B=0, U H=0。然而由于工艺缺陷和材料固有特性导致U H不为零。这就是霍尔元件的不等位电势。可以采用电桥偏置补偿或磁场偏置补偿。
8.27 已知某霍尔元件尺寸为长L=10mm,宽b=3.5mm,厚d=1mm。沿方向通以I=1.0mA,在垂直于b×d两个方向上加均匀磁场B=0.3T,输出霍尔电势U H=6.55mV。求该霍尔元件的灵敏度系数K H和载流子浓度n是多少？解：由U H=K H IB得K H=U H/IB=6.55/1×0.3=21.83V/AT
又由K H=-1/ned得n=-1/K H ed=-1/21.83×1.602×10-19×1×10-3=-2.86×1020
附加作业：
1、在工业测量中，金属热电阻传感器常采用四线制检测电路，试画出该电路并分析电路的工作原理及优缺
点。
热电阻传感器在工业环境中使用，引线通常比较长，引线的电阻会引起电桥的不平衡，同时将干扰引入测量电路中，因此采用四线制连接法就保证引线电阻均衡地进入电桥电路，保证电桥的平衡，还克服了三线制的可调电阻的触点接触不良导致的电桥零点变化缺点。
2、分析下图中应采用什么类型的热敏电阻Rt补偿三极管环境温度变化的影响.
（a）NTC (B) PTC (C) PTC
3、分析差动式电容传感器的双T电桥检测电路。
电路的工作原理如下：
电压E为正半周，D1导通，D2截止。此时电容C1迅速被充电至E，产生电流I1。与此同时，电容C2经RL和R2放电（前负半周已经D2充电），放电电流为I2(t)。流经RL的电流为IL(t)=I1-I2(t)。
电源E为负半周，D1截止，D2导通。此时电容C2迅速被充电至E，E产生电流I’2，而电容C1经RL和R1放电，电流为I1(t)，流经RL的电流为I’L(t)=I’2-I1(t)。
若二极管D1、D2的特性相同，R1=R2=R，且差动电容器的C1=C2，即处于零位。流过RL的电流IL(t)与I’L(t)的平均值相等，极性相反，因此RL上无信号输出，当C1或C2改变时，IL(t)≠I’L(t)，因而有信号输出，Usc≠0。
4、下图为自感式差动传感器常用的相敏检波的电桥电路，分析该电路的工作原理。
工作原理如下：
当衔铁处于中间位置时，即dx=0，有Z1=Z2=Z0，由于i1,i2波形大小相等方向相反，则Usc=i1R1-i2R2=0。当衔铁偏离中间位置，设下移+dx，有Z1=Z0-dZ及Z2=Z0+dZ,则在电源正半周内，i1增大，-i2 减小；在电源的负半周内，-i1 减小，i2增大。对应的输出电压Usc=i1R1-i2R2,在电源的正负半周内均为上端“+”，下端“—”。同理，当衔铁向上移动-dx，有Z1=Z0+dZ及Z2=Z0-dZ,对应于电源的正负半周，输出电压Usc均为上端“—”，下端“+”。
5、试用光电耦合器组成C=A and B和C=A or B 的逻辑运算电路。
（1）C= A and B
（2）C=A orB
综合设计
1、运用霍尔传感器设计一个出租车计价器（假设车轮胎的直径为60厘米）。
技术要求：
（1）金额和路程的显示精度为0.1；金额的显示范围为0~99999.9元；路程的显示范围为0~9999.9公里。
（2）可查询100次的打车历史数据。
（3）可以分单程和全程计价。
（4）工作电源为12V直流。
答题要求：
（1）画出系统构成框图。
（2）写出设计思路，并说明是怎样达到技术要求的。
（3）阐述系统工作原理。
答题要点：
（1）采用单片机系统构成计价器的主电路，其中显示器至少有六位数码，键盘至少有两个。（2）存储器可以采用静态RAM或FLASH等存储器，但必须有非易失功能。
（3）计价器的供电必须有稳压电路保证单片机系统正常工作。
（4）功能的实现用软件的编程思路来保证。
2、选用一种传感器来设计一种酒店大厅的自动门控制器。主要功能是：客人走进门，门自动为客人打开，
人离开门后门自动关闭。答题要求：
（1）根据功能要求画出控制器的原理框图；
（2）说明你所选用传感器的理由；
（3）阐述你所设计的控制器工作原理；
（4）设计出关键电路。（发挥要求）
3、3、试设计一个教室灯光自动控制器，该控制器保证教室的光强度适合于人阅读，同时达到解决能源的目
的。
4、答题要求：1、画出控制器的电路结构框图；
5、2、分析电路的工作原理；
6、3、给出关键电路元件的重要参数。
检测技术与自动化装置
method 线性系统理论Linear system theory 362秋 机器人控制与自主系统Robotic contr ol and autono mous system 543春 计算机控制理论与应用Computer con trol system th eory and its application 543春 自动测试理论Automatic me asurement the ory 543春 运筹学Operation res earch 543秋 系统工程理论与应用System engin eering theory and its appli cations 543春 复杂系统建模与仿真Modeling and simulation o f complex sy stems 543秋 非 学位课现代控制理论 专题 Special topic of modern co ntrol theory 362 鲁棒控制系统Robust contro l systems 362春 最优控制Optimal contr ol 362春 自适应控制Adaptive Con trol 362春
最优估计与系统辨识Optimal estim ate and syste m identificati on 362春 过程控制Process contr ol 362秋 非线性控制系统Nonlinear con trol systems 362春 离散事件动态系统Discrete event dynamic syst ems 362春 PETRI网Petri net362秋 人工智能原理及应用Artificial intel ligence theory and its appli cations 362春 智能化方法与技术Intelligent me thod and tech nology 362 模糊理论与应用Fuzzy theory and applicatio ns 362春 模糊逻辑控制系统Fuzzy logic c ontrol system 362春 人工神经网络Artificial neur al network 362秋 遗传算法与进化算法Genetic and e volutional alg orithm 362春 实时控制系统Real-time con trol systems 362秋 机器人视觉Robotic visio362春
智能仪器期末试题及答案
一、填空题 1.在电子设备的抗干扰设计中，接地技术是一个重要环节，高频电路应选择（多） 点接地，低频电路应选择（单）点接地。 2.智能仪器的键盘常采用非编码式键盘结构，有独立式键盘和（矩阵）式键盘，若系 统需要4个按键，应采用（独立式）键盘结构。大于8个时采用矩阵式键盘 3.智能仪器的显示器件常用（ LED ）数码管或液晶显示器，其中（LED数码）更适 合用于电池供电的便携式智能仪器。 4.智能仪器的模拟量输入通道一般由多路模拟开关、（放大器）、滤波器、（采样保持 器）和A/D转换器等几个主要部分所组成。 5.对电子设备形成干扰，必须具备三个条件，即( 干扰源)、（传输或耦合的通道） 和对干扰敏感的接收电路。 6.干扰侵入智能仪器的耦合方式一般可归纳为：（传导）耦合、公共阻抗耦合、静 电耦合和（电磁）耦合。 7.RS-232C标准串行接口总线的电气特性规定，驱动器的输出电平逻辑“0”为 （ +5 ～ +15 ）V, 逻辑“1”为（ -5 ～ -15 ）V。 8.智能仪器的随机误差越小，表明测量的（精确）度越高；系统误差越小，表明测量 的（准确）度越高。 9.智能仪器的故障自检方式主要有（开机）自检、（周期性）自检和键控自检三方式。 10.双积分型A/D转换器的技术特点是：转换速度（较慢），抗干扰能力（强）。 11.智能仪器修正系统误差最常用的方法有3种：即利用（误差模型）、（校正数据表） 或通过曲线拟合来修正系统误差。 12.为防止从电源系统引入干扰，在智能仪器的供电系统中可设置交流稳压器、（隔离 变压器）、（低通滤波器）和高性能直流稳压电源。 13.为减小随机误差对测量结果的影响，软件上常采用（算数平均）滤波法，当系统要 求测量速度较高时，可采用（递推平均）滤波法。 14.随着现代科技和智能仪器技术的不断发展，出现了以个人计算机为核心构成的（个 人）仪器和（虚拟）仪器等新型智能仪器。 （显示器和键盘）、（模拟量I/O通道）、15.智能仪器的开机自检内容通常包括对存储器、 总线和接插件等的检查。 16.异步串行通信是以字符为单位进行传送的，每个字符都附加了（同步）信息，降低 了对时钟精度的要求，但传输效率（较低）。 17.智能仪器是指将（计算机）技术和（测量控制）技术有机的结合在一起的新一代电 子仪器。 18.在信号通道使用光电耦合器，能有效抑制（尖峰脉冲）干扰和各种（噪声）干扰。 19.智能仪器中自动量程转换的方法主要有两种，一种是根据被测量的大小，自动切换 到不同量程的（传感器）上，另一种是自动改变电路的（放大器的增益）达到量程切换的目的。
【VIP专享】《检测技术及仪表》习题集
<检测技术及仪表>题库 一、填空与选择 1、差压式流量计，流量Q与成正比，转子流量计，流量Q与成 正比。 2、转子流量计在出厂时必须用介质标定，测量液体用标定，测量气体用标定。 3、铂铑一铂材料所组成的热电偶，其分度号为；镍铬一镍硅材料组成的热电偶，其分度号为。 4、铂电阻温度计，其分度号为P t100，是指在温度为时，其电阻值为。 5、差压式液位计因安装位置及介质情况不同，在液位H=0时会出现差压△P 、△P 和△P 三种情况，我们分别称差压式液位计、、。 6、电子自动电位差计的工作原理是采用工作的，是根据已知来读 取。 7、动圈显示仪表与温度传感器配接使用时应相互，XCZ-101型是与配接 使用，XCZ-102型是与配接使用。 8、差压式流量计是一种截面、压降流量计。 转子式流量计是一种截面、压降流量计。 9、热电偶温度计是以为基础的测温仪表，分度号为K是指电极材料 为、热电阻温度计是利用金属导体的随温度变化而变化的特性来测温、分度号为Pt100是指温度为时，电阻值为。 10、使用热电偶温度计测温需考虑冷端温度补偿问题，常用的四种补偿方法为、、和。 11、电位差计是根据原理工作的，是将被测电势与相比较，当平衡后由读取。 12、自动电子电位差计与热电偶配套测温冷端温度补偿是利用桥路电阻实现的，它是一个随温度变化的。 13、绝对误差在理论上是指仪表和被测量的之间的差值。工业 上经常将绝对误差折合到仪表测量范围的表示，称为。 14、测量物位仪表的种类按其工作原理主要有下列几类、、 、、、、和。 15、热电偶测量元件是由两种不同的材料焊接而成，感受到被测温度一端 称。 16、检测仪表的组成基本上是由、、三部分组成。 17、在国际单位制中，压力的单位为，记作，称为符 号以表示，简称为。 18、在压力测量中，常有、、之分。 19、工业上所用的压力仪表指示值多数为，即和
公路工程检测技术试题库
《公路工程现场测试技术》复习题 一、填空题 1．工程质量等级评定按、、 和逐级进行。 2．分项工程质量检验内容包括基本要求、、和 等四个部分。 3．常见的平整度测试方法有、和三种， 相应的技术指标分别为、和。 4．分项工程实测项目评分值之和为100 分，对于和 须予扣分。 5．路面工程实测项目的质量标准按和 两档设定。 6．弯沉仪（贝克曼梁）有和两种规格，杠杆比为。 7、在室内加州承载比试验中，当采用贯入量为时的压力与标准压力之比作为材料的承载比，计算公式为： CBR= ；当采用贯入量为5mm时的承载比，计算公式为：CBR= 。 8、为使抽取的样本能成为批的可靠代表，常采用的抽样方法：、、 、。 9、砼测定强度的技术按其对砼结构的影响程度分为和，主要方法有、 和等。 10、采用钻芯法测定砼强度时，在一般情况下，芯样直径为粗集料的倍，在钢筋密集或因钻芯位置不 允许钻取较大芯样的特殊情况下，芯样直径可为粗集料的倍。 11、评定沥青路面水稳性通常采用的方法分为两大类：第一类是沥青与矿料的粘附性试验，测定方法 有、；第二类是沥青混合料的水稳性试验，测定方法有、以及。 12、路面各结构层厚度的检测方法与和有关，基层和砂石路面的厚度可用 测定，沥青面层及水泥砼面板的厚度应用测定。 13、通常路面的抗滑性被看作路面的表面特性，表面特性包括路表面和 ，影响抗滑性能的因素有、和。 14、钻孔灌注桩的检测主要包括三个方面：、和。 15．路基的压实度评定时，用反映总体压实水平，用 来限制局部隐患，并应按计算扣分值。 16．公路几何线形检验包括、和。 17.分项工程质量评分时，应考虑、、 和等四个方面。 18．沥青混凝土面层实测项目包括、、 、和厚度、中线平面偏位、纵断高程、宽度、横坡等九个项目。 19．常用平整度测试方法的技术指标分别是：3m 直尺法、连续式平整度仪法 、颠簸累积仪法。路面的横向平整度用表示。 20．沥青混凝土面层抗滑指标为或。 二、选择题
测试技术部分课后习题参考答案
第1章测试技术基础知识 1.4常用的测呈结果的表达方式有哪3种？对某量进行了8次测量，测得值分别为：8 2.40、 82.43、82.50、82.48、82.45、82.38、82.42、82.46 0试用3 种表达方式表示其测量结果。 解：常用的测量结果的表达方式有基于极限误差的表达方式、基于/分布的表达方式和基于不确怎度的表达方式等3种 1）基于极限误差的表达方式可以表示为 均值为 因为最大测量值为82.50,最小测量值为82.38,所以本次测量的最大误差为0.06.极限误差戈m取为最大误差的两倍，所以 忑=82.44 ±2x 0.06 = 82.44 ±0.12 2）基于/分布的表达方式可以表示为 一A = X ± S = 0.014 自由度“8-1 = 7,置信概率0 = 0.95,查表得f 分布值0 = 2.365,所以 x （） = 82.44 ± 2.365 x 0.014 = 82.44 ± 0.033 3）基于不确定度的表达方式可以表示为 所以 X O =82.44±O.O14 解題思路：1）给岀公式；2）分别讣算公式里而的各分项的值；3）将值代入公式，算岀结 果。 第2章信号的描述与分析 2.2 一个周期信号的傅立叶级数展开为 含有正弦项的形式。 解^基波分量为 2JT T I 120JT . n ——cos —r + sin —r 10 4 30 4 所以：1)基频 co {} = - (rad / s) 4 2）信号的周期7 = —= 8（5） 5 — A — =X±(7x = X± 求: 曲)=4 + ￡( /I-1 2 K /? rm os —1 + 10 4 120”兀.fin ---- sin ——/) 30 4 （/的单位是秒） 1） ^（）： 2）信号的周期：3）信号的均值; 4）将傅立叶级数表示成只 y(r)h ?]= 智能检测技术及仪表习题答案 1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？ 被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。 相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。 引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。 1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？ 测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。 1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。 Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1% 1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将间接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。 1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？ 测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。 通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。 不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？ 解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。 1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）: 120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。 解：首先求出测量烈的算术平均值： X =120.40mm 根据贝塞尔公式计算出标准差 ?=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289 3 ?=0.0868 所以，120.30是坏值，存在粗大误差。 去除坏值后X =120.41mm，?=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ?=0.033 再无坏值 求出算术平均值的标准偏差?x= ?/(n)1/2=0.011/3.87=0.003 写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33） 120.41±Kt?x=120.41±0.01mm 2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？ 在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。 2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。 热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。 E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。 2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？ 智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合 没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。难免有错误，望大家谅解并指出。 课后习题参考 第一章 1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 第一章检测技术的基础知识 一、填空题 1．检测技术是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的应用技术学科。 2．一个完整的检测系统或检测装置通常由传感器、测量电路和输出单元及显示装置等部分组成。 3．传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，其中敏感元件是必不可少的。 4．在选用仪表时，最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的区域。 5．准确度表征系统误差的大小程度，精密度表征随机误差的大小程度，而精确度则指准确度和精密度的综合结果。6．仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的，而精密度是由随机误差和系统误差中的附加误差决定的。 7、若已知某直流电压的大致范围，选择测量仪表时，应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小于被测电压1.5倍的电压表。（因为U≥2/3Umax） 二、选择题 1．在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠 A 。 A．传感器 B. 测量电路 C. 输出单元 2．构成一个传感受器必不可少的部分是 B 。 A．转换元件B．敏感元件C．转换电路D．嵌入式微处理器 3．有四台量程均为0-600℃的测量仪表。今要测一约为500℃的温度，要求相对误差≤2.5%，选用精度为 D 的最为合理。 A．5.0级B．2.5级C．2.0级D．1.5级 4．有四台量程不同，但精度等级均为1.0级的测温仪表。今欲测250℃的温度，选用量程为 C 的最为合理。A．0～1000℃B．300～500℃C．0～300℃D．0～500℃ 5．某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克 力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是Ｂ。 A．绝对误差B．示值相对误差C．满度相对误差D．精度等级 6．在选购线性仪器时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为 欲测量的Ｃ左右为宜。 A．3倍B．10倍C．1.5倍D．0.75倍 7．用万用表交流电压档（频率上限为5kHz）测量100kHz、10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属 于 B 。用该表主流电压档测量5号电池电压，发现每次示值均为1.8V,该误差属于 A 。 A．系统误差B．粗大误差C．随机误差D．动态误差 8．重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了Ｄ。 A．提高精度B．加速其衰老C．测试其各项性能指标D．提高可靠性能 9．电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 B 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于C 测量。 A．偏位式B．零位式C．微差式 三、计算题 1．有一温度计，它的测量范围为0~200℃，精度为0.5级，求： 1）该仪表可能出现的最大绝对误差。 2）当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。 2．已知待测拉力约为70N左右。现有两只仪表，一只为0.5级,测量范围为0~500N；另一只为1.0级，测量范围 为0~100N。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？ 3．有一台测量压力的仪表，测量范围为（0~10）Mpa,压力与仪表输出电压之间的关系为U0=a0+a1p+a2p2,式中a0=1V， a1=0.6V/ Mpa，a2=-0.02V/Mpa2 求: 1)该仪表的输出特性方程; 2)该仪表的灵敏度表达式; 1、智能仪器有何特点？ 答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。 2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。 答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。 3、在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个I/O端口？ 答：在MCS-51系列单片机中扩展外部存储器用P0和P2口。 4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？ 答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的PSEN为片外程序存储器的读选通信号，而RD和WR为片外数据存储器的读和写选通信号。 5、MCS-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？ 答：MCS-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。它们各自的中断服务程序入口地址见下表。 6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？ 答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。 7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。 答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于高速数据采集系统。（2）多路通道共享放大器、S/H和A/D，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。 8、说明模拟多路开关MUX在数据采集系统中的作用。 答：在多路共享A/D的输入通道中，需用多路模拟开关轮流切换各通道模拟信号进行A/D 转换，以达到分时测量和控制的目的。 9、说明采样/保持电路在数据采集系统中的作用及其使用方法。 答：采样保持电路用来保持A/D转换器的输入信号不变。该电路有采样和保持两种运行模式，由逻辑控制输入端来选择。在采样模式中，输出随输入变化；在保持模式中，电路的输出保持在保持命令发出时的输入值，直到逻辑控制输入端送入采样命令为止。此时，输出立即跳变到输入值，并开始随输入变化直到下一个保持命令给出为止。 10、A/D转换器有哪些类型？请比较它们各自的特点，并各举一例。 答：A/D转换器有（1）比较型，其特点是速度较快、抗干扰差、价格较高。如ADC0809。（2）积分型（包括双积分式和电压频率转换式），其特点是速度慢、抗干扰强、价格较低。如双积分式的MC14433，电压频率转换式的VFC-32。 检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法 和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。 《传感器与检测技术》题库 1. 金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同 答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。 2. 为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量 答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。 3. 试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度为了提高传感器的灵敏度可 采取什么措施并应注意什么问题 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。 当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为 C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1） 电容因位移而产生的变化量为 a x C x d b C C C ?-=?-=-=?00ε 其灵敏度为 d b x C K ε-=??= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。 直线位移型电容式传感器 4. 变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图4所示。C 0=200pF ，传感器 的起始电容量C x0=20pF,定动极板距离d 0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K → ∞,Z i →∞),R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V 。求当电容传感动极板上输入一位移量 △x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少 i Ｃ 图4 运算放大器电路 解：由测量电路可得 ? ?sin 45 sin 5 15 .0 5.1 5.1 20 200 = ? - ? = ? - - = - =t u x d d C C u C C u i x i x /V 5.如图5所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm,极板间距离δ=0.2mm. 若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 10 85 .812- ? = ε。 图5 所示正方形平板电容器 解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。 32 . 28 10 2 10 85 .8 10 16 4 4 3 12 4 2 = ? ? ? ? ? = = - - - δ εa C /pF x kx C x a a C x 8. 70 32 . 28 ) ( 4 0- = + = - = δ ε (x的单位为米) δ ε) 4 ax C C C x - = - = ? 8. 70 10 2 10 4 10 85 .8 4 4 3 2 12 0- = ? ? ? ? ? - = - = - = - - - δ εa x C C K x /pF 绪言 练习与思考 1．简述过程检测技术发展的起源？ 2．过程检测技术当前的主流技术和主要应用场合？ 3．请谈谈过程检测技术的发展方向是什么？ 4．谈谈你所知道的检测仪表？ 5．你认为过程检测技术及仪表与传感技术的关系是怎么样的？ 第一章 练习与思考 1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？ 2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？ 3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？ 4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？ 5．开环结构设表的灵敏度1 n i i S S ==∏，相对误差1 n i i δ δ==∑。请考虑图1—4所示闭环 结构仪表的灵敏度1 f S S （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ- （f δ为反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。 提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。 6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况： （1）各环节精度相差不多； （2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。 问该检测系统总误差如何计算？ 7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？ 8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精度？ 9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下： 试求检测过程中可能出现的最大误差？ 10．求用下列手动平衡电桥测量热电阻x R 的绝对误差和相对误差。设电源E 和检流计D 引起的误差可忽略不计。已知：10x R =Ω，2100R =Ω，100N R =Ω， 31000R =Ω，各桥臂电阻可能误差为20.1R ?=Ω，0.01N R ?=Ω，31R ?=Ω（如图 1— 23所示）。 11．某测量仪表中的分压器有五挡。总电阻R 要求能精确地保持11111Ω，且其相对误差小于0.01％，问各电阻的误差如何分配？图中各电阻值如下： 110000R =Ω，21000R =Ω，3100R =Ω，410R =Ω，51R =Ω（如图 1—24所示）。 12．贮罐内液体质量的检测，常采用测量贮罐内液面高度h ，然后乘以贮罐截面积A ，再乘以液体密度ρ，就可求得贮罐内液体质量储量，即M hA ρ=。但采用该法测量M 时，随着环境温度的变化，液体密度ρ也将随着变化，这就需要不断校正，否则将产生系统误差。试设计一种检测方法，可自动消除（补偿）该系统误差。 检测技术试题参考答案 一、填空题 1、传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成的器件或装置。 2、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的关系。 3、某一线性位移传感器，量程为0～100 cm，对应输出电压为0～300mV，最大输出偏差为3mV，则传感器的灵敏度为，非线性误差为 。 4、应变式传感器是利用金属的，将测量物体变形转换为电阻变化，通过测量电路（电桥）转换为输出电压的传感器。 5、电感式传感器按转换原理分为和自感两种。 6、电容式传感器分为变极距型、和三种。 7、霍尔传感器的零位误差主要由电动势和寄生直流电动势引起的。 8、热电偶的热电势由和组成。 9、激光器具有、和亮度高的优点。 10、CCD图像传感器的作用是将转换为。其中MOS 单元负责电荷的存储，MOS单元电荷在三相脉冲的作用下实现电荷的， 通过输出装置实现电荷的。 11、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。 12、传感器一般由、、三部分组成。 13、可以把压电元件等效为一个和一个电容器 14、电感式传感器按结构分为、和螺管式。 15、感应同步传感器是利用两个平面形绕组的互感随不同而变化的原理组成的可用来测量直线和或的位移。 16、电容传感器将被测非电量的变化转换为变化的传感器。 17、对于负特性湿敏半导体瓷，它的电阻率随湿度的增加而。 18、横向效应使电阻丝应变片的灵敏系数 19、热电偶工作原理是基于效应，其热电势包括电势 和电势。 20、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。光纤的数值孔径越大，表明光纤的集光本领越。 21、射线式传感器主要由和探测器组成，常用的探测器有、闪烁计数器和盖革计数管。 22、传感器的静态特性主要包括、、重复性、稳定性和静态误差。 23、传感器是一种以一定精确度把被测量转换成有确定关系、便于应用的某种物理量才测量装置。一般由、和转换电路组成。 24、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数______。 25、电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器，主要类型有：变极距型、______、_____ __。 第1章软件测试概述 1、简述软件缺陷的含义。 答：软件缺陷是软件开发过程中潜在的缺陷，这些缺陷可能在软件运行后出现，因而使软件的性能和可靠性等方面与系统的设计需求不符。 2、说明软件缺陷、软件错误和软件失败的关系。 答：缺陷、缺点、偏差统称为缺陷，是软件故障的根源；错误、谬误、问题、异常、矛盾等统称为错误，软件错误出现的原因是软件缺陷所致；失败、事故、灾难统称失败，失败的直接原因是软件系统存在软件错误。 14、“软件测试是有风险的工作”，试解释这种说法的含义。 答：软件不测试，就会有风险；软件测试，同样也会有风险。因为，软件是个复杂的系统，其复杂性体现在软件实现的内容复杂性、开发过程的复杂性和组织工作的复杂性等方面。而软件测试的目的是为了发现故障，并加以排除。对一个复杂的软件系统来说，故障的排除往往可能又带来新的软件缺陷。所以，软件测试又会带来一定的风险。 第2章软件测试基础 2、条件覆盖是否高于判断覆盖的逻辑覆盖程度如果不是，请给出反例加以说明。 答：条件覆盖是高于判断覆盖的逻辑覆盖程度。 a 、用条件覆盖所设计的测试用例可使得程序中的每一个判断的每一个条件的可能 取值至少执行一次。 b、用判断覆盖所设计的测试用例可使被测程序中的每个判断的真分支和假分支至少经历 一次。 每个判断语句可能包含多个条件(比如，if (A>3&&B<7……)。条件覆盖针对判断语句的每一个条件的所有可能取值编写测试用例；判断覆盖只针对每一个判断语句整体的所有可能取值编写测试用例。所以，条件覆盖的逻辑覆盖程度高于判断覆盖。 4、已知某种计算机程序设计语言的标识符语法规则规定“标示符是由非数字开头的，有效 字符数为32个，最大字符数为128个的任意符号串”。试用等价类划分法设计测试用例。 中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 检测技术及海洋智能仪器实验是自动化专业本科生的一门重要专业必修实验课程。该课程与本科生的许多专业课（自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术）有着较强的联系。检测技术及海洋智能仪器实验课是通过实验手段，使学生获得检测技术及海洋智能仪器的基本知识和基本技能，并运用所学理论来分析和解决实际问题，提高分析解决实际问题的能力和实际工作能力。培养学生实事求是的科学作风，严肃的科学态度，严谨的科学思维习惯，进而增强创新意识。 检测技术及海洋智能仪器实验分两个层次进行： （1）验证性实验。它主要是以单个传感器和基本测量电路为主。根据实验目的，实验电路，仪器设备和较详细的实验步骤，通过实验来验证传感器的有关理论，从而进一步巩固学生的基本知识和基本理论。 （2）综合性实验。学生根据给定的实验题目、内容和要求，自行设计实验电路，拟定出测试方案，搭建基本测量系统，最后达到设计要求。通过这个过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的独立工作能力。 - 6 - 2.设计思路： 在内容安排上，除安排常用传感器实验外，还要把常用电子仪器的使用贯穿于每个 实验内容中。因为培养学生正确使用常用电子仪器是检测技术及海洋智能仪器实验教 学的基本要求。在实验所使用的传感器的选用方面，要适应现代科学技术发展的要求。 整个教学环节中，采用了由浅到深，由易到难的原则。在具体实施时，重点放在使用 方法和功能上。对内部结构和原理不去详细分析。实验教学基本要求： (1) 掌握常用电子仪器的正确使用 (2) 掌握基本传感器和测量电路的原理 (3) 掌握测量误差的基本分类，来源，误差处理方法 (4) 掌握测量系统的组成和初步设计 本课程的内容编排顺序为：（1）箔式应变片性能—应变电桥；（2）移相器及相敏检 波器实验；（3）热电式传感器—热电偶；（4）P-N结温度传感器；（5）热敏式温度传感 器测温实验；(6)差动螺管式电感传感器位移、振幅测量；(7)霍尔传感器；(8)电涡流 式传感器的静态标定；(9)扩散硅压力传感器；(10)电容式传感器特性；(11)光纤传感 器位移测量、转速测量；(12)光电传感器转速测量；(13)数据采集处理。 3.课程与其他课程的关系: 本课程是自动化专业的一门专业必修课，先修课程有模拟电子技术基础，后置课程有自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术。 二、课程目标 学习和掌握常用电子仪器：示波器、稳压电源、信号发生器、万用表等的使用方法。 掌握检测技术的理论基础；掌握各种常用传感器（箔式应变片、电感传感器、电容 传感器、光电传感器、光纤传感器、热电偶、半导体温度传感器、热敏电阻温度传感器、磁电传感器、压电传感器、霍尔传感器）的结构、工作原理、技术性能、特点、 - 6 - 1-1你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。 参考：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。 1-2结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。 P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。 P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。 聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。 1-3仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5 （1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。（3）仪器是信息的源头技术 总之，科学仪器作为认识世界的工具，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、现代战争的“战斗力”、法庭审判的“物化法官”，其应用遍及“农轻重、陆海空、吃穿用”。 1-4简述推动智能仪器发展的主要技术。P8 （1）传感器技术（2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围（3）单片机与DSP的广泛应用（4）嵌入式系统和片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段（5）ASIC、FPGA/CPLD即使在智能仪器中广泛使用（6）LabVIEW等图形化软件技术（7）网络与通信技术 1-5学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾其主要内容。 1-6智能仪器有哪几种结构形式？对其做简要描述。P6 从智能仪器的发展状况看来，其结构有两种基本类型，即微机内嵌式和微机扩展式。 微机内嵌式智能仪器是将单片或多片的微处理器与仪器有机的结合在一起形成的单机。（微处理器在其中起控制和数据处理作用。其特点主要是：专用或多功能；采用小型化、便携或手持式结构；干电池供电；易于密封，适应恶劣环境，成本较低。）微机扩展式智能仪器是以个人计算机（PC）为核心的应用扩展型测量仪器。（PCI的优点是使用灵活、应用范围广，可以方便的利用PC已有的磁盘、打印机及绘图仪器等获取硬拷贝。PC数据处理功能强、内存容量大，因而PCI可以用于复杂的、高性能的信息处理。）1-7智能仪器设计是采用FPGA/CPLD有哪些优点？ P12 FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，他们除了ASIC的特点之外，还有以下优点：（1）随着VLSI工艺的不断提高，FPGA/CPLD的规模也越来越大，所能实现的功能越来越强可以实现系统集成；（2）FPGA/CPLD的资金投入小，研制开发费用低；（3）FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能；（4）FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短；（5）FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计，对知识产权保护有利。 1-8为什么说嵌入式系统与片上系统（SOC）将使智能仪器的设计提升到一个新阶段？ P11 （1）嵌入式系统的深入发展将是智能仪器的设计提升到一个新的阶段，尤其是能运行操作系统的嵌入式系统平台，由于它具备多任务、网络支持、图形窗口、文件和目标管理等功能，并具有大量的应用程序接口（API），将会使研制复杂智能仪器变得容易； （2）在片上系统设计中，设计者面对的不再是电路芯片而是根据所设计系统的固件特性和功能要求，选择相应得单片机CPU内核和成熟化的IP内核模块，消除了器件信息故障，加快了设计速度，片上系统将使系统设计发生革命性的变化。智能检测技术及仪表习题参考答案
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