检测仪表与传感器习题解答
第3章检测仪表与传感器
3-1 什么叫测量过程?
解测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程
3-5某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分
(2)确定该温度仪表的精度等级；
(3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8C，问该温度仪表是否符合要求?
+
(2)仪表误差：
%
6.0
%
100
1000
6
±
=
?
±
=
δ
，
仪表的精度等级应定为1.0级；
(3)仪表的基本误差：?m=1000?(±1.0%)=±10℃,该温度仪表不符合工艺上的误差要求。
(2)问该压力表是否符合1．0级精度?
（2）仪表误差：
%
5.0
%
100
10
005
.0
±
=
?
±
=
δ
；
但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。
3-7．什么叫压力?表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系?
解（1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S（压强）。
（2）绝对压力是指物体所受的实际压力；
表压力=绝对压力-大气压力；
负压力（真空度）=大气压力-绝对压力
3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种?
解弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。
3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么?试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p 的大小。
（2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。
（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。
3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么?有何特点?
解 见教材P.54~P .55。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。
其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。
3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa ，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少?若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么?
解 压力表允许的最大绝对误差为
?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa
在校验点0.5MPa 处，绝对误差为
?=0.5-0.508=-0.008(MPa)
该校验点的测量误差为
%57.1%100508.0008.0-=?-=
δ
故该校验点不符合1.0级精度。
3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取?选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题?
解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。
（2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。
3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求?若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗?试说明其理由。
解 用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值)
该表不符合工艺上的误差要求。
用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差
?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值)
该表符合工艺上的误差要求。
3-18 某台空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.1~1.6MPa ，工艺要求就地观察罐内压力，并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的±5％，试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级)，并说明其理由。
解 空压机缓冲器内压力为稳态压力，其工作压力下限p min =1.1MPa ，工作压力上限p max =1.6MPa 。设所选压力表量程为p ，则根据最大、最小工作压力与选用压力表量程关系，有 )(13.26.1343443max max MPa p p p p =?=≥?≤ )
(3.31.13331min min MPa p p p p =?=≤?≥ 根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~2.5MPa 的电接点压力表。
根据测量误差要求，测量的最大误差为
?max ≤1.1?5%=0.055(MPa)
则所选压力表的最大引用误差应满足
%2.2%10005.2055.0max =?-≤
δ
要求，故可选精度等级为2.0级（或1.5级）的压力表。
3-19 某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过0.4MPa ，试选用一台就地指示的压力表(给出型号、测量范围、精度等级)。
解 合成塔控制压力14MPa 为高压，设所选压力表的量程为p ，则 )(3.231435MPa p ≈?≥
根据压力表量程系列（附表1），可选YX-150型、测量范围为0~25MPa 的电接点压力表。
根据测量误差要求，所选压力表的最大允许误差应满足 %6.1%100254.0max =?≤
δ
要求，故可选精度等级为1.5级的压力表。
3-20 现有一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为1.5级的普通弹簧管压力表，校验后，其
量的绝对误差不允许大于0.05MPa ）?
解 压力表的校验
仪表的最大引用误差（从绝对误差和升降变差中选取绝对值最大者做为?m ，求仪表的最大引用误差）
%25.1%1006.1020.0%100max ±=?±=??±
=?S F m P δ
所以，这台仪表1.5级的精度等级合格。
空气贮罐的压力属稳态压力，且P max =1.0MPa <1.6?2/3MPa ；P min =0.8MPa >1.6?1/3MPa ；最大误差?max =1.6?1.5%=0.024MPa <0.05MPa 。所以这台仪表能用于该空气贮罐的压力测量。
3-24．什么叫节流现象? 流体经节流装置时为什么会产生静压差?
解：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁，流体的静压力产生差异的现象，称为节流现象。
流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的该变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置前后的压力差。
3-28 为什么说转子流量计是定压式流量计?
解：转子流量计测量流体流量时，转子前后流体压力的压差?p 为一常数，即
()A g
V p p p f t ρρ-=-=?21=const.（恒量）
3-32 用转子流量计来测气压为0.65MPa 、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为1.977kg ／m 3）。
解 由题知：p 0=0.101325MPa ，p 1=0.65+0.101325=0.751325(MPa)；T 0=293K ，
T 1=273+40=313（K ）；ρ0=1.293kg/Nm 3；ρ1=1.977kg/Nm 3，Q 0=50L/s 。则 )/(10550313101325.0977.1293751325.0293.101010101s L Q T p T p Q =?????=?????=
ρρ
3-33 用水刻度的转子流量计，测量范围为0～10L/min ，转子用密度为7920kg ／m 3的不锈钢制成，若用来测量密度为0.831kg ／L 苯的流量，问测量范围为多少?若这时转子材料改为由密度为2750kg ／m 3的铝制成，问这时用来测量水的流量及苯的流量，其测量范围各为多少?
解 由题知ρt =7920kg ／m 3，ρf =0.831kg ／L=831kg ／m 3，ρW =1000／m 3，Q 0=10 L/min 测苯的流量的修正系数为 ()()9.01000
)8317920(831)10007920(≈?-?-=--=w f t f w t Q K ρρρρρρ
Q r =Q 0/K Q =10/0.9≈11.1(L/min)
所以，苯的流量测量范围为0～11.1L/min 。
当转子材料改为铝时，ρr =2750kg ／m 3，此时测水的流量的修正系数为 ()()
210002750)10007920(≈--=--=w r w t rQ K ρρρρ
Q r0=Q 0/K rQ =10/2=5(L/min)
所以，此时测水的流量的测量范围为0～5L/min
测苯的流量的修正系数为 ()()87.01000
)8312750(831)10002750(=?-?-=--=w f r f w r fQ K ρρρρρρ
Q r f =Q r0/K f Q =5/0.87=5.75（L/min ）
所以，此时测苯的流量的测量范围为0～5.75L/min 。
3-36 涡轮流量计的工作原理及特点是什么?
解：（1）涡轮流量计的工作原理：流体在管道中流动时使叶轮旋转，转速与流体的流速成线性关系，磁电感应转换器将叶轮的转速转换成相应的电脉冲信号，反映流体流速的大小。流速与管道截面的乘积就是流体的流量。
（2）涡轮流量计的特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传、不受干扰、容易磨损等特点。
3-37 电磁流量计的工作原理是什么?它对被测介质有什么要求?
解 电磁流量计的工作原理是基于管道中的导电流体在磁场中流动时切割磁力线而产生感应电动势的电磁感应原理，流体的流速越大，感应电动势也越大，感应电动势与流量成正比。电磁流量计只能用来测量导电液体的流量。
3-46 什么是液位测量时的零点迁移问题?怎样进行迁移?其实质是什么?
解 （1）当被测容器的液位H=0时，差压液位计所感受的压差?p ≠0的现象，称为液位测量时的零点迁移，
3-48 测量高温液体(指它的蒸汽在常温下要冷凝的情况)时，经常在负压管上装有冷凝罐(见题3-19图)，问这时用差压变送器来测量液位时，要不要迁移?如要迁移，迁移量应如何考虑?
题3-19图高温液体的液位测量
解：差压液位计正压室压力
p1=ρgh1+ ρgH+p0
负压室压力
p2=ρgh2+ p0
正、负压室的压差
?p=p1-p2= ρgH-(h2-h1) ρg
H=0时，?p= -(h2-h1) ρg。
这种液位测量时，具有“负迁移”现象，为了使H=0时，?p=0，该差压变送器测液位时需要零点迁移，迁移量为(h2-h1) ρg
3-54什么是热电偶的热电特性? 热电偶的热电势由哪两部分组成?
解：（1）将两种不同的导体（金属或合金）A和B组成一个闭合回路（称为热电偶），若两接触点温度(T、T0)不同，则回路中有一定大小电流，表明回路中有电势产生，该现象称为热电动势效应或塞贝克（Seebeck）效应。回路中的电势称为热动势，用E AB(T，T0)或E AB(t，t0).
（2）热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。
3-22．常用的热电偶有哪几种?所配用的补偿导线是什么?为什么要使用补偿导线?并说明使用补偿导线时要注意哪几点?
解：（1）常用的热电偶有如下几种：
（2）所配用的补偿导线如下：
（3）用廉价的补偿导线代替热电偶使冷端远离热端不受其温度场变化的影响并与测量电路相连接。使用补偿导线时要注意：在一定的温度范围内，补偿导线与配对的热电偶具有相同或相近的热电特性；保持延伸电极与热电偶两个接点温度相等。
3-56用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?
解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。
（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自
动补偿法等。
3-57试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表?输入、输出信号各是什么?
解：热电偶温度计由热电偶（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是热电势。
热电阻温度计由热电阻（感温元件）、显示仪表和连接导线组成；输入信号是温度，输出信号是电阻。
3-58 用K 型热电偶测某设备的温度，测得的热电势为20mV ，冷端（室温）为25C ，求设备的温度?如果改用E 型热电偶来测温，在相同的条件下，E 热电偶测得的热电势为多少?
解 用K 型热电偶测温时，设设备的温度为t ，则E(t ，25)=20mV ，查K 型热电偶分度表，E(25，0)=1.000mV 。根据中间温度定律，
E(t ，0)= E(t ，25)+ E(25，0)=20+1.0=21.000 mV
反查K 型热电偶分度表，得t=508.4℃
若改用E 型热电偶来测次设备温度，同样，根据中间温度定律，测得热电势为
E K (508.4，25)= E K (508.4，0)- E K (25，0)=37678.6-1496.5=36182.1μV ≈36.18mV 。
3-59 现用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30℃，显示仪表的机械零位在0℃时，这时指示值为400℃，则认为换热器内的温度为430℃对不对?为什么?正确值为多少度?
解 认为换热器内的温度为430℃不对。
设换热器内的温度为t ，实测热电势为E(t ，30)，根据显示仪表指示值为400℃，则有E(t ，30)= E(400，0)，由中间温度定律并查镍铬-铜镍（E 型）热电偶分度表，有
E(t ，0)= E(t ，30)+ E(30，0)= E(400，0)+ E(30，0)=28943+1801=30744μV
反查镍铬-铜镍热电偶分度表，得器内的温度t=422.5℃
3-60．试述热电阻测温原理?常用测温热电阻有哪几种?热电阻的分度号主要有几种?相应的R 0各为多少?
解：（1）热电阻测温原理：电阻－温度效应，即大多数金属导体的电阻值随温度而变化的现象。
（2）常用测温热电阻有：铂热电阻和铜热电阻。
（3）铂热电阻的分度号主要有：
? Pt100，（R 0=100Ω）；
? Pt50，（R 0=50Ω）；
? Pt1000，（R 0=1000Ω）；等
铜热电阻的分度号主要有：
? Cu100，（R 0=100Ω）；
? Cu50，（R 0=50Ω）；等
3-62 用分度号为Ptl00铂电阻测温，在计算时错用了Cul00的分度表，查得的温度为140℃，问实际温度为多少?
解 查Cul00的分度表，140℃对应电阻为159.96Ω，而该电阻值实际为Ptl00铂电阻测温时的电阻值，反查Ptl00的分度表，得实际温度为157℃
3-63 用分度号为Cu50、百度电阻比W(100)=R 100/R 0=1.42的铜热电阻测某一反应器内温度，当被测温度为50℃时，该热电阻的阻值R 50为多少? 若测某一环境温度时热电阻的阻值为92Ω，该环境温度为多少?
解 分度号为Cu50、百度电阻比W(100)=1.42的铜热电阻，其R 0=50Ω，R 100=50?1.42=71Ω。则该铜热电阻测温的灵敏度k 为
21.001005071=--=k (Ω/℃)
被测温度为50℃时，电阻值R 50=50Ω+0.21Ω/℃?50℃=60.5Ω。
当测某一环境温度时，若热电阻的阻值R t =92Ω，则对应的环境温度为
t=(92-50)/0.21=200℃。
第1章自动控制系统基本概念
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？
解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图
解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；
TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；
FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?
解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；
控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质?
解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么?并说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。
题1-11图反应器温度控制系统
解该温度控制系统的方块图
题解1-11图反应器温度控制系统方块图
其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。
若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。
1-12 题1-11图所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控变量影响的?
解：当反应器内的温度超过给定值（即升高）时，温度测量元件测出温度值与给定值比较，温度控制器TC将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来，这样克服干扰作用对被控变量影响。
1-13按给定值形式不同，自动控制系统可分哪几类?
解：按给定值形式不同，自动控制系统可以分为以下三类：
?定值控制系统——给定值恒定的控制系统。
?随动控制系统（自动跟踪系统）——给定值随机变化的系统。
?程序控制系统——给定值按一定时间程序变化的系统。
1-19某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如题1-19图所示。试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比、余差、振荡周期和过渡时间（被控温度进入新稳态值的±1%（即900?（±1%）=±9℃）的时间），并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求?
题1-19图温度控制系统过渡过程曲线
解最大偏差A=950-900=50（℃）；
超调量B=950-908=42（℃）；
由于B'=918-908=10（℃），所以，衰减比n=B:B'=42:10=4.2；
余差C=908-900=8℃；
振荡周期T=45-9=36(min)；
过渡时间t s=47min。
因为A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，该控制系统能满足题中所给的工艺要求。
1-20题l-20(a) 图是蒸汽加热器的温度控制原理图。试画出该系统的方块图，并指出被控对象、被控变量、操纵变量和可能存在的干扰是什么?现因生产需要，要求出口物料温度从80℃提高到81℃，当仪表给定值阶跃变化后，被控变量的变化曲线如题1-20(b) 图所示。
试求该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、衰减比和余差（提示：该系统为随动控制系统，新的给定值为81℃）。
题1-20图蒸汽加热器温度控制
解蒸汽加热器温度控制系统的方块图如下图所示。
题解1-20图蒸汽加热器温度控制系统方块图
其中：被控对象是蒸汽加热器；被控变量是出口物料温度；操纵变量是蒸汽流量。
可能存在的干扰主要有：进口物料的流量、温度的变化；加热蒸汽的压力、温度的变化；环境温度的变化等。
该系统的过渡过程品质指标：
最大偏差A=81.5-81=0.5（℃）；
由于B=81.5-80.7=0.8（℃），B'=80.9-80.7=0.2（℃），所以，衰减比n=B:B'=0.8:0.2=4；
余差C=80.7-81=-0.3（℃）。
第4章显示仪表
4-10 对于标尺始端为0℃的电子电位差计，当热电偶的热端为0℃，冷端为25℃时，问这时应指示多少度?输入信号为多少?若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应指示多少度?输入信号为多少?
解当热电偶的热端为0℃，冷端为25℃时，应指示0℃；
输入信号为E(0，25)= -E(25，0)。
若热端为0℃，冷端也为0℃时，这时应指示0℃；输入信号为E(0，0)=0。
4-12如题4-12图所示热电偶测温系统，热电偶的型号为K，请回答：
(1)这是工业上用的哪种温度计?
(2)显示仪表应采用哪种仪表?该仪表的输入信号是多少?应指示多少温度?
题4-12图热电偶测温系统图
解（1）这是工业上用的热电偶温度计。
（2）显示仪表应采用XCZ-101型动圈式显示仪表或电子电位差计显示仪表；仪表的输入信号是K型热电偶的热电势E(600，25)，
E(600，25)= E(600，0) - E(25，0)=24902 -1000=23902（μV）；
指示温度应为600℃（显示仪表内具有冷端温度自动补偿，能直接显示被测温度）。
4-13 测温系统如题4-13图所示。请说出这是工业上用的哪种温度计?已知热电偶为K，
但错用与E 配套的显示仪表，当仪表指示为160℃时，请计算实际温度t x 为多少度?（室温为25℃）
题4-13图 测温系统图 解 这是工业上用的热电偶温度计。
当与E 型热电偶配套的显示仪表指示为160℃、室温为25℃时，显示仪表的输入信号应为E 型热电偶在热端为160℃、冷端为25℃时的热电势E E (160，25)。而显示仪表外实际配用的是K 型热电偶，其输入的热电势E E (160，25)，实际应为K 型热电偶在热端为t x ℃、冷端为25℃时的热电势E K (t x ，25)，即E K (t x ，25)= E E (160，25)。
E E (160，25)= E E (160，0) - E E (25，0)
查E 型热电偶分度表E E (160，0) = 10501μV ，E E (25，0)=1496.5μV ，则
E E (160，25)=10501-1496.5=9004.5μV
E K (t x ，0) =E K (t x ，25)+ E K (25，0)
=9004.5+1000(查K 型热电偶分度表)
=10004.5（μV ）
反查K 型热电偶分度表，得t x =246.4℃
4-14 试述电子自动平衡电桥的工作原理?当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方?为什么?
解 电子自动平衡电桥的原理电路如下图所示。
题解4-14图 电子平衡电桥测温原理图
当被测温度为测量下限时，R t 有最小值及R t0，滑动触点应在R P 的左端，此时电桥的平衡条件是
R 3（R t0+R P ）=R 2R 4 （1）
当被测温度升高后，热电阻阻值增加?R t ，滑动触点应右移动才能使电桥平衡，此时电桥的平衡条件是
R 3（R t0+?R t +R P -r 1）=R 2(R 4+ r 1) （2）
用式（1）减式（2），则得
?R t R 3- r 1R 3= R 2r 1
即
t R R R R r ?+=3231 （3）
从上式可以看出：滑动触点B 的位置就可以反映热电阻阻值的变化，亦即反映了被测温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。
当热电阻短路时，R t =0，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向左滑动，直至始端；当热电阻断路时，R t =∞，为了使电桥平衡，指针应尽可能地向右滑动，直至终终端；当电源停电时，指针指在任何位置，电桥输出都为0，（电桥“平衡”）。
第5章 自动控制仪表
5-1 什么是控制器的控制规律?控制器有哪些基本控制规律?
解 控制器的控制规律是指控制器的输出信号p 与输入信号e 之间的关系，即
)()(x z f e f p -==
控制器的基本控制规律有：位式控制（其中以双位控制比较常用）；比例控制(P)；积分控制(I)；微分控制(D)。
5-4 何为比例控制器的比例度?一台DDZ —Ⅱ型液位比例控制器，其液位的测量范围为0~1.2m ，若指示值从0.4m 增大到0.6m ，比例控制器的输出相应从5mA 增大到7mA ，试求控制器的比例度及放大系数。
解 比例控制器的比例度就是指控制器的输入变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，用式子表示为： %100min max min
max ????? ??--=p p p x x e δ
式中 e ——输入变化量；
p ——相应的输出变化量； min max x x -——输入的最大变化量，即仪表的量程；
min max p p -——输出的最大变化量，即控制器输出的工作范围。
根据题给条件，该控制器的比例度为
%3.83%1000105702.12.06.0=?----=
δ
对于单元组合仪表，其放大系数为
K P =1/δ=1/83.3%=120%
5-5 一台DDZ —Ⅲ型温度比例控制器，测量的全量程为0～1000℃，当指示值变化100℃，控制器比例度为80％，求相应的控制器输出将变化多少? 解
%806.101000100420min max min max ==-?-=--?=
p p p p x x p e δ
控制器的输出变化量 p=1.6/80%=2(mA)
5-9 一台具有比例积分控制规律的DDZ —Ⅱ型控制器，其比例度δ为200％，稳态时输出为5mA 。在某瞬间，输入突然变化了0.5mA ，经过30s 后，输出由5mA 变为6mA ，试问该控制器的积分时间T I 为多少?
解 控制器的放大倍数
K P =1/δ=1/200%=0.5
控制器的输入变化量为A=0.5mA ；控制器的输出变化量为?p=6-5=1(mA)，经历时间t=30s 。由 At T K A K p I P P +
=?
得 )(105.05.01305.05.0s A K p At K T P P I =?-??=-?=
5-10 某台DDZ —Ⅲ型比例积分控制器，比例度δ为100％，积分时间T I 为2min 。稳态时，输出为5mA 。某瞬间，输入突然增加了0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化到多少?
解 控制器的放大倍数
K P =1/δ=1/100%=1
控制器的积分时间T I =2min ，稳态输出p 0=5mA ；控制器的输入变化量为A=0.2mA 。经历时间t=5min 。则输出变化量
)(7.052.0212.01mA At T K A K p I P P =??+?=+
=?
所以，经历时间5min 后，控制器的输出为
p=p 0+?p=5+0.7=5.7(mA)
5-12 试写出比例积分微分（PID ）三作用控制规律的数学表达式。
解 PID 控制器的控制规律的数学表达式为 ???? ??++=?dt de T edt T 1e K p D 1P
其中，e —输入变化量；p —相应的输出变化量；K P —放大倍数；T I —称为积分时间；T D —微分时间。
5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。
解 比例控制规律的特点是反应快，控制及时；存在余差(有差控制)
积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差(无差控制)
微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或比例积分微分控制器。
第 6章 执行器
6-1 气动执行器主要由哪两部分组成? 各起什么作用?
解 气动执行器由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小产生相应的推力F 和直线位移l ，推动控制机构动作，所以它是将控制信号的大小转换为阀杆位移的装置；控制机构是执行器的控制部分，它直接与操纵介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
6-4 试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性? 常用的控制阀理想流量特性有哪些?
解 控制阀的流量特性是指操纵介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系：
??? ??=L l f Q Q m ax 式中，相对流量Q/Q max 是控制阀某一开度时流量Q 与全开时流量Q max 之比；相对开度l /L
是控制阀某一开度行程l 与全开行程L 之比。
在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。主要有：
?直线流量特性 ?????
?-+=L l R R Q Q )1(11max ； ?等百分比（对数）流量特性 ??
?
??-=1max L l R Q Q ； ?抛物线流量特性 ()()2
1m a x m a x ???? ??=Q Q K L l d Q Q d ； ?快开流量特性 2max )1(11?????
?-+=L l R R Q Q 等四种。
6-7 什么叫控制阀的可调范围? 在串、并联管道中可调范围为什么会变化?
解 控制阀的可调范围（可调比）是其所能控制的最大流量Q max 与最小流量Q min 的比值，即
m in m ax Q Q R =
在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会变小。
6-8 已知阀的最大流量Q max ＝50m 3/h ，可调范围R ＝30。
（1）计算其最小流量Q min ，并说明Q min 是否就是阀的泄漏量。
（2）若阀的流量特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程l /L 为0.2及0.8时的流量值Q 。
（3）若阀的流量特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.2及0.8时的流量值Q 。 解 （1）由
m in m ax Q Q R =
，得)/(67.130503max min h m R Q Q ≈==。Q min 不是阀的泄漏量，
而是比泄漏量大的可以控制的最小流量。 （2）由直线流量特性?????
?-+=L l R R Q Q )1(11max ，得??????-+=L l R R Q Q )1(1max ， ?l /L= 0.2时，
[])/(33.112.0)130(1305032.0h m Q =?-+= ?l /L= 0.8时，[])/(33.408.0)130(1305038.0h m Q =?-+=
（3）由直线流量特性??? ??-=1max L l R Q Q ，得??? ??-?=1max L l R Q Q ，
?l /L= 0.2时，
())/(29.33050312.02.0h m Q =?=- ?l /L= 0.8时，
())/(32.253050318.08.0h m Q =?=- 6-9阀的理想流量特性分别为直线流量特性和等百分比流量特性，试求出在理想情况下，
相对行程分别为l /L ＝0.2和0.8时的两种阀的相对放大系数()
相对K L l d Q Q d =??? ??max 。（阀的可调比R=30）
解 当阀的理想流量特性为直线流量特性时，由?????
?-+=L l R R Q Q )1(11max ，得()
R K L l d Q Q d 11m a x -==??? ??，即R K K 11-==相对与l /L 的值无关，所以，对于相对行程分别为l /L ＝0.2和0.8时的直线流量特性阀，均有
K 相对=1-1/R=1-1/30=0.967。
当阀的理想流量特性为等百分比流量特性时，由??
? ??-=1max L l R Q Q ，得()
??? ??-?=??? ??1m a x ln L l R R L l d Q Q d ，则??? ??-?=1ln L l R R K 相对
?当l /L ＝0.2时，()
()22.03030ln ln 12.01max =?=?==??? ??-??? ??-L l R R K L l d Q Q d 相对 ?当l /L ＝0.8时，()
()72.13030ln ln 18.01max =?=?==??? ??-??? ??-L l R R K L l d Q Q d 相对 6-10 已知阀的最大流量Q max ＝100m 3/h ，可调范围R ＝30。试分别计算在理想情况下阀的相对行程为l /L=0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值Q ，并比较不同理想流量特性的控制阀在小开度与大开度时的流量变化情况。
(1) 直线流量特性。
(2) 等百分比流量特性。
解 (1) 根据直线流量特性，相对流量与相对行程之间的关系：
??????-+=L l R R Q Q )1(11max 分别在公式中代入数据Q max ＝100m 3/h ，R ＝30，l /L=0.1、0.2、0.8、0.9等数据，可计算出
在相对行程为0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值：
Q 0.1＝13m 3/h Q 0.2＝22.67 m 3/h Q 0.8＝80.67 m 3/h Q 0.9＝90.33 m 3/h 。 (2) 根据等百分比流量特性的相对流量与相对行程之间的关系：
??
? ??-=1max L l R Q Q 分别代入上述数据，可得：
Q 0.1＝4.68m 3/h Q 0.2＝6.58m 3/h Q 0.8＝50.65m 3/h Q 0.9＝71.17m 3/h 。
由上述数据可以算得，对于直线流量特性的控制阀，相对行程由10％变化到20％时，流量变化的相对值为：
%4.74%100131367.22=?-；
相对行程由80％变化到90％时，流量变化的相对值为：
12%10067.8067.8033.90=?-。
由此可见，对于直线流量特性的控制阀，在小开度时，行程变化了10％，流量就在原有基础上增加了74.4％，控制作用很强，容易使系统产生振荡；在大开度时(80％处)；行程同样变化了10％，流量只在原有基础上增加了12％，控制作用很弱，控制不够及时、有力，这是直线流量特性控制阀的一个缺陷。
对于等百分比流量特性的控制阀，相对行程由10％变为20％时，流量变化的相对值为：
%40%10068.468.458.6=?-；
相对行程由80％变到90％时，流量变化的相对值为：
%40%10065.5065.5017.71=?-。
故对于等百分比特性控制阀，不管是小开度或大开度时，行程同样变化了10％，流量在原来基础上变化的相对百分数是相等的，故取名为等百分比流量特性。具有这种特性的控制阀，在同样的行程变化值下，小开度时，流量变化小，控制比较平稳缓和；大开度时，流量变化大，控制灵敏有效，这是它的一个优点。
6-11 什么是串联管道中的阻力比s ? s 值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变? 解 串联管道中的阻力比s 为
()力损失总和即系统中最大流量时动系统总压差差
控制阀全开时阀上的压=
s s 值变化时，管道阻力损失变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的变化，即理
想流量特性发生畸变。s = 1时，管道阻力损失为零，系统总压差全降在阀上，工作特性与理想特性一致。随着s 值的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐接近于直线特性。所以，在实际使用中，一般希望s 值不低于0.3，常选s=0.3~0.5。s >0.6时，与理想流量特性相差无几。
6-12 什么是并联管道中的分流比x ? 试说明x 值对控制阀流量特性的影响?
解 并联管道中的分流比x 为 max max 1Q Q x 总管最大流量流量并联管道控制阀全开时=
x 值变化时，控制阀的流量变化，控制阀所控制的流量与总管的流量产生差异，因此，其理想流量特性将会发生畸变。x =1时，控制阀的流量就是总管的流量，工作特性与理想特性一致。随着x 值的减小，旁路阀逐渐打开，虽然控制阀的流量特性变化不大，但可调范围却降低了。
6-13 已知某控制阀串联在管道中，系统总压差为100kPa ，阻力比为s=0.5。阀全开时流过水的最大流量为60m 3/h 。阀的理想可调范围R=30，假设流动状态为非阻塞流。问该阀的额定(最大)流量系数K max 及实际的可调范围R r 为多少?
解 由
()p p s ??=力损失总和即系统中最大流量时动系统总压差差控制阀全开时阀上的压1，得控制阀全开时阀上压差 ?p 1=?p ?s=100?0.5=50 kPa ，则 )/(42.8450160101031max max h m p Q K =??=?=ρ
实际的可调范围R r 为21.215.030=?==s R R r
6-14 某台控制阀的额定流量系数K max ＝100。当阀前后压差为200kPa 时，其两种流体密度分别为1.2g ／cm 3和0.8g ／cm 3，流动状态均为非阻塞流时，问所能通过的最大流量各是多少?
解 由p Q K ?=ρ
max max 10，得ρp K Q ?=
10max max 当ρ=1.2g ／cm 3时，
)/(1292.120010100103max max h m p K Q ==?=ρ 当ρ=0.8g ／cm 3时，
)/(1588.020*********max max h m p K Q ==?=ρ 6-15 对于一台可调范围R ＝30的控制阀，已知其最大流量系数为K max ＝100，流体密度为1g/cm 3。阀由全关到全开时，由于串联管道的影响，使阀两端的压差由l00kPa 降为60kPa ，如果不考虑阀的泄漏量的影响，试计算系统的阻力比（或分压比）s ，并说明串联管道对可调范围的影响（假设被控流体为非阻塞的液体）。
解 由于阻力比s 等于控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比，在不考虑阀的泄漏量的影响时，阀全关时阀两端的压差就可视为系统总压差，故本系统总压差为l00kPa ，阀全开时两端压差为60kPa ，所以阻力比：
6.010060==s 。
由于该阀的C max ＝100，R ＝30，在理想状况下，阀两端压差维持为l00kPa ，流体密度为1g/cm 3，则最大流量Q max ＝l00m 3/h ，最小流量Q min ＝Q max ／R ＝100/30＝3.33m 3/h 。
对于非阻塞流的液体， p Q K ?=/10max max ρ。
串联管道时，由于压差由l00kPa 降为60kPa ，故这时通过阀的最大流量将不再是l00m 3/h ，而是
h m p Q /46.771/6010/1003max =?=??='ρρ。
这时的可调范围
26.2333.346.77max =='='Q Q R mac 。
由上可见，串联管道时，会使控制阀的流量特性发生畸变，其可调范围会有所降低。如果s 值很低，会使可调范围大大降低，以至影响控制阀的特性，使之不能发挥应有的控制作用。
当然，从节能的观点来看，s 值大，说明耗在阀上的压降大，能量损失大，这是不利的一面。
6-16 某台控制阀的流量系数K max ＝200。当阀前后压差为 1.2MPa ，流体密度为0.81g/cm 3，流动状态为非阻塞流时，问所能通过的最大流量为多少?如果压差变为0.2MPa 时，所能通过的最大流量为多少?
解 由公式
p Q K ?=/10max max ρ，
得
)/(8.76981.0120010200103max max h m p K Q =?=??=
ρ
当压差变为0.2MPa 时，所能通过的最大流量为： )/(3.31481.020*********max max
h m p K Q =?=??='ρ 上述结果表明，提高控制阀两端的压差时，对于同一尺寸的控制阀，会使所能通过的最大流量增加。换句话说，在工艺上要求的最大流量已经确定的情况下，增加阀两端的压差，可以减小所选择控制阀的尺寸(口径)，以节省投资。这在控制方案选择时，有时是需要加以考虑的。例如离心泵的流量控制，其控制阀一般安装在出口管线上，而不安装在吸入管线上，这是因为离心泵的吸入高度(压头)是有限的，压差较小，将会影响控制阀的正常工作。同时，由于离心泵的吸入压头损失在控制阀上，以致会影响离心泵的正常工作。
6-18 什么叫气动执行器的气开式与气关式?其选择原则是什么?
解 气动执行器（控制阀）的气开式为，有压力控制信号时阀开，无压力控制信号时阀处于全关；气关式为，有压力控制信号时阀关，无压力控制信号时阀处于全开。气动执行器的气开式与气关式的选择原则是考虑工艺生产的安全，即信号中断时，应保证设备和工作人员的安全。
第7章 简单控制系统
7-2 题7-2图是一反应器温度控制系统示意图。试画出这一系统的方块图，并说明各方块的含义，指出它们具体代表什么?假定该反应器温度控制系统中，反应器内需维持一定温度，以利反应进行，但温度不允许过高，否则有爆炸危险。试确定执行器的气开、气关型式和控制器的正、反作用。
解该反应器温度控制系统方块图如下图所示。
题解7-2图反应器温度控制系统方块图
其中：被控对象是反应器；被控变量是反应器内温度；操纵变量是蒸汽流量；控制器是温度
控制器TC。
根据工艺要求，执行器应为气开型式；蒸汽流量增加时，反应器内温度升高，被控对象是“正”作用；所以，控制器应为“反”作用。
7-13 试确定题7-13图所示两个系统中执行器的正、反作用及控制器的正、反作用。
（1）题7-13(a) 图为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，否则容易分解；
（2）题7-13(b) 图为一冷却器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，否则
容易结晶。
题7-13图温度控制系统
解（1）根据工艺要求，题7-13(a) 图所示加热器出口物料温度控制系统，执行器应
为气开阀；加热剂流量增加时，加热器内温度升高，被控对象是“正”作用，所以，控制器
应为“反”作用。
（2）根据工艺要求，题7-13(b) 图所示冷却器出口物料温度控制系统，执行器应为气
开阀；冷剂流量增加时，冷却器内温度降低，被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“正”
作用。
7-14题7-14图为贮槽液位控制系统，为安全起见，贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定执行器的气开、气关型式及控制器的正、反作用。
（1）选择流入量Q i为操纵变量；
（2）选择流出量Q o为操纵变量。
题7-14图液位控制
解（1）当选择流入量Q i为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气开阀；由于被控对象是“正”作用，所以，控制器应为“反”作用。
（2）当选择流入量Q o为操纵变量时，为满足贮槽内液体严格禁止溢出的工艺要求，执行器应为气关阀；此时被控对象是“反”作用，所以，控制器应为“反”作用。
7-15题7-15图所示为一锅炉汽包液位控制系统的示意图，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的方块图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服扰动的?
题7-15图锅炉气包液位控制系统
解该控制系统的方块图如下图所示。
题解7-15图锅炉气包液位控制系统方块图
其中：被控对象是锅炉汽包；被控变量是锅炉汽包内液位；操纵变量是冷水流量；控制器是温度控制器LC。
控制阀应为气关型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“正”作用。
当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，汽包内液位下降，控制器LC输出信号减小，气关阀开度增大（关小），冷水流量增大。克服汽包内液位降低。
7-16题7-16图所示为精馏塔温度控制系统的示意图，它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图，确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用，并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程（此处假定精馏塔的温度不能太高）。
题7-16图精馏塔温度控制系统
解精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。
题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图
控制阀应为气开型式；被控对象是“正”作用，控制器应为“反”作用。
当外界扰动使精馏塔温度升高时，控制器TC输出减小，控制阀开度变小，蒸汽流量降低，精馏塔温度下降。
7-18某控制系统采用DDZ-Ⅲ型控制器，用临界比例度法整定参数。已测得δk＝30％、T k＝3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。
解PI作用时控制器的比例度δ=66%，积分时间T I=2.55min。
PID作用时控制器的比例度δ=51%，积分时间T I=1.5min，微分时间T D=0.375min。
7-19某控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得δs＝50％、T s＝5min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。
解PI作用时控制器的比例度δ=60%，积分时间T I=2.5min。
PID作用时控制器的比例度δ=40%，积分时间T I=1.5min，微分时间T D=0.5 min。
第8章复杂控制系统
8-5题8-5图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统?试画出它的方块图；
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式；
（3）确定主、副控制器的正、反作用；
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程；
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进?
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作用。
题8-5图聚合釜温度控制系统
解（1）这是一个温度-流量串级控制系统，其方块图如下：
题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图
其中：主对象是聚合釜，主变量是聚合釜内的温度，主控制器是温度控制器TC；副对象是冷却水管道，副变量是冷却水流量，副控制器是流量控制器FC；操纵变量是冷却水流量。
（2）如果聚合釜的温度不允许过高，控制阀应为气关型式（“反”作用）。
（3）由于副变量就是操纵变量（冷却水流量）本身，所以副对象是“正”作用，因此副控制器FC为“正”作用。
当主变量（聚合釜内的温度）增加时，要使主变量减小，要求控制阀关小；副变量（冷却水流量）增加时，要使副变量减小，要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。
（4）当冷却水压力变化（如压力增大）时，在控制阀开度不变时，其流量增大，聚合釜温度会降低。首先，流量增大，副控制器FC输出信号增大（“正”作用），使气关阀门开度减小，减小冷却水流量；其次，聚合釜温度降低，主控制器TC输出减小（“正”作用），FC给定值减小，FC输出增大，进一步关小控制阀，减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大，导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。
（5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作为副变量，构成温度-温度串级控制系统。
题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
（6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，其原理图如下图所示。方块图如前所示，但其中的副对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用，主控制器T1C也为“反”作用。
题解8-5图3 聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统题8-9图串级均匀控制系统8-9题8-9图是串级均匀控制系统示意图，试画出该系统的方块图，并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式，试确定LC和FC控制器的正、反作用。
解控制系统的方块图（略）。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。
传感器和检测技术课后答案
第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
传感器与检测技术题库
《传感器与检测技术》题库 一、名词解释 二、单项选择题 3.某采购员分别在三家商店购买100 kg大米.10 kg苹果.1 kg巧克力，发现均缺少约0.5 kg，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 4.在选购线性仪表时，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.1.0 倍 C.1.5 倍 D.0.75 倍 5.用万用表交流电压档(频率上限仅为 5 kHz)测量频率高达500 kHz.10 V左右的高频电压，发现示值还不到 2 V，该误差属于B 。 A.系统误差 B.粗大误差 C.随机误差 D.动态误差 6.用万用表交流电压档(频率上限仅为5 kHz)测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8 V，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 7.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 8.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0. 5级，试求 该表可能出现的最大绝对误差为 A 。 A.1℃ B.0.5℃ C.10℃ D.200℃ 9.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示值 为20 ℃时的示值相对误差为 B A.1℃ B.5％ C.1％ D.10％ 10.有一温度计，它的测量范围为0～200 ℃，精度为0.5 级，当示 值为100 ℃时的示值相对误差为 C 。 A. 1℃ B.5％ C. 1％ D.10％ 11.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 250 V电压表，其精度应选 B 级。 A. 0.25 B.0.5 C. 0.2 D.1.0 12.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，若选用量程为 300 V，其精度应选 C 级。 A.0.25 B. 0.5 C. 0.2 D.1.0 13.欲测240 V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于
《传感器与检测技术》实验实施方案1
自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程 实验环节实施方案 一、实验要求 根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。 二、实验环境 目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪 三、实验报告要求与成绩评定 学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。 四、实验考试 学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。 五、附件
附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲 附件2 实验报告册样式 以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。 重庆信息工程专修学院 2009年4月14日
附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲 实验课程负责人：段莉开课学期：本学期 实验类别：专业课程实验类型：应用性实验 实验要求：必修适用专业：机电一体化 课程总学时：15 学时课程总学分： 1分 《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 一、 实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、 实验内容 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、 实验仪器 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。 四、 实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u l ?=为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换 被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 14 O EKu U = 。 五、 实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。 六、 实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
传感器与检测技术试卷及答案
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
(完整版)传感器与测试技术复习题及答案
1、求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装 置后得到的稳态响应。 2、进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益 为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 3、用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s、和5s的正弦信号，问 幅值误差是多少？
4、想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间 常数应取为多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相位差是多少？
5、设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比 ξ=0.14，问使用该传感器做频率为400Hz的正弦测试时,其幅值比A(ω)和相角差φ(ω)各为多少?
6、一台精度等级为0.5级、量程范围600～1200 C的温度传感器,它最大允许绝对误差是 多少?检验时某点的温度绝对误差是4 C,问此表是否合格? 7、若一阶传感器的时间常数为0.01s,传感器响应幅值误差在10%范围内,此时最高值为 0.5,试求此时输入信号和工作频率范围? 8、某力传感器为一典型的二阶振荡系统,已知该传感器的自振频率=1000Hz,阻尼比ξ=0.7, 试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时,其输出与输入幅值比A(ω)和相位差φ(ω)各为多少?
传感器与检测技术题库
一、选择题 1.传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A） A.工作量程愈大C.精确度愈高 B.工作量程愈小D.精确度愈低 2.属于传感器动态特性指标的是（B） A.固有频率C.阻尼比 B.灵敏度D.临界频率 3.封装在光电隔离耦合器内部的是（D） A两个光敏二极管 C一个光敏二极管和一个光敏三极管B两个发光二极管 D一个发光二极管和一个光电三极管 4.适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是（B） A.霍尔式C.电感式 B.涡流式D.电容式 5.当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（D） A压阻效应B应变效应C霍尔效应D压电效应 6.热电偶式温度传感器的工作原理是基于（B） A.压电效应C.应变效应 B.热电效应D.光电效应 7.矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于（A） A.气敏传感器C.湿度传感器 B.水份传感器D.温度传感器 8.高分子膜湿度传感器用于检测（D） A.温度C.绝对湿度 B.温度差D.相对湿度 9.下列线位移传感器中，测量范围最大的类型是（B） A自感式B差动变压器式C电涡流式D变极距电容式10. ADC0804是八位逐次逼近型的（B） A.数/模转换器C.调制解调器 B.模/数转换器D.低通滤波器 11.热电偶的热电动势包括（A） A接触电势和温差电势B接触电势和非接触电势
C非接触电势和温差电势D温差电势和汤姆逊电势 12. 为了进行图像处理，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（C） A 编码 B 压缩 C 前处理 D 后处理 13热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（B） A相对湿度B绝对湿度C温度D温度差 14衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标是（A） A.重复性C.线性度 B.稳定性D.灵敏度 15热电偶传感器通常利用电桥不平衡原理进行补偿，其作用是（C） A扩大量程B提高灵敏度C确保测量精度D提高测量速度 16.便于集成化的有源带通滤波器由运算放大器和（A） A RC网络组成 B LC网络组成 C RL网络组成 D RLC网络组成 17.在下列传感器中，将被测物理量的变换量直接转换为电荷变化量的是（A）A压电传感器B电容传感器C电阻传感器D电感传感器 18.灵敏度高，适合测量微压，频响好，抗干扰能力较强的压力传感器是（A） A.电容式C.电感式 B.霍尔式D.涡流式 19.适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是（D） A厚度B加速度C转速 D 温度 20.欲检测金属表面裂纹采用的传感器是（B） A压磁式B电涡流式C气敏式D光纤式 21.相邻信号在导线上产生的噪声干扰称为（B） A电火花干扰B串扰C共模噪声干扰D差模噪声干扰
传感器与检测技术实验报告
“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
《传感器与检测技术》练习题
一、填空题 1、传感器的一般定义：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。 2、标准误差的估算一般采用称贝塞尔公式，此公式为：。 3、根据测量误差的性质及产生的原因，可分为三类：系统误差、 随机误差与粗大误差。 4、传感器（变送器）输出的标准信号，即国际电工委员会确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准是：4-20mADC 的直流电流信号和 1~5VDC 的直流电压信号。 5、对某一量进行一系列等精度测量，一般以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。算术平均值 的计算公式为：
6、随机误差分布的特点是：（1）对称性、（2）抵偿性、（3）单峰性、（4）有界性。 7、修正值与误差值大小相等符号相反。 8、测量误差有以下三的表示方法：绝对误差、相对误差和引用误差。 9、在测量中作为测量对象的特定量，也就是需要确定量值的量，称为被测量。 10、从技术的层面看，检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、 测量系统和数据处理四个方面。 11、在电阻应变片的桥式测量电路中，全桥电路的灵敏度是单臂电桥电路的 4 倍 12、半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。 13、电感式传感器可分为：自感式传感器、互感式传感器和电涡流式传感器三类 14、单一式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P54 。 15、差动式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P55 。 16、电容式传感器的等效电路如图：
其中R P为并联损耗电阻，R S为引线电阻，L为电容器本身的电感与外部引线电感。 17、自感式传感器的等效电路如图： 其中R S为总的等效损耗电阻，C为电容， L为自感线圈自身的纯电感。 18、如图能产生压电效应的石英晶体切片， 纵向轴z称为光轴， 垂直于光轴的x轴称为电轴， 与z轴和x轴同时垂直的y轴称为机械轴。 19、能产生压电效应的石英晶体切片沿X轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为纵向压电效应。 20、能产生压电效应的石英晶体切片沿Y轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为横向压电效应。
《传感器与检测技术》试题及答案
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为 三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、 光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料部电阻率改变的光电 效应，这类元件有光 敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元 件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为 Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移 至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其部产生机械压力，从 而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产 生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③ 不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变 介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值 可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax ,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算， 其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At , ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈 的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型， ②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比， ②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁 阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置， 传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信 号调节转换电路组成。 5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材 料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形 成的，而②的电阻变化主要是由 温度效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过 线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式 为E ab （T,T o ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参 考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。（7分） 3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的
传感器与检测技术实验的报告.doc
精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。
《传感器与检测技术》习题答案周杏鹏
传感器与检测技术习题答案 第一章 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 ②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。
④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 答：功能： 信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别： 信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换 信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等答：分类见表1-1(P8) 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、
光学量、状态量等。 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化 第二章 答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够多的测量比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。 系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当；在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析查出，因此系统误差可以设法确定并消除。 粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起。存在粗大误差
传感器与检测技术期末考试试题与答案
第一章传感器基础 l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。 答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。 检测系统的组成框图 传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。 显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。 2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义? 依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号 主称——传感器，代号C； 被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2； 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3； 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。 例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。 3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。根据U0=U+ΔU，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。
传感器与自动检测技术实验指导书.
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
传感器与检测技术习题
传感器与检测技术复习题 0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？ 答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 0.2解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器 答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器。 1.1某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 解： 1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2= 2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。 解： 1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下： x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C语言编制程序在微机上实现。 解： ，， ，， 拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。 1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？ 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 1.9如何获得传感器的静特性？ 答：传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。 1.10传感器的静特性的用途是什么？ 答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 1.11试求下列一组数据的各种线性度： x 1 2 3 4 5 6 y 2.20 4.00 5.98 7.9 10.10 12.05 1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;
传感器与检测技术考题及答案
传感器与检测技术考试试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分） 1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积 增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关 系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈 的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输
传感器与检测技术习题库(1)
《传感器与检测技术》习题库 一、填空题 1.国际电工委员会将直流电流信号和直流电压信号确定为过程控制系统电模拟信号的统一 标准。 2.热电偶产生的热电动势不仅与热端温度有关，还与冷端温度有关，因此使用热电偶时必须 进行冷端温度补偿,常用的方法有冷端恒温发、冷端温度校正发、补偿导线发。 3.电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器的电阻值。 4.音乐贺卡中的压电片是利用逆压电效应而发声的。 5.霍尔传感器的原理是霍尔效应，霍尔电动势 =(公式)。 6、压电式传感器的工作原理是压电效应。 7、仪表的精度等级是用仪表的准确度等级来表示的。 8、热电偶所产生的热电动势是温差电势和接触电势_组成。 9、电阻应变片最重要的参数（技术指标）是应变器电阻值。 10、常见的测角位移的传感器是电容式角位移传感器。 11、对于数字式仪表，灵敏度用分辨力表示，通常取数字式仪表最后一位数字所代表的值。 12、光纤的基本结构是由纤芯、包层和保护套构成的，满足光纤信号的传输必须满足全反射（现象）条件。 13、热电偶的热传感器主要组成材料有镍铬-镍硅、铂铑—铂和铜-铜镍等。 14、热电偶所产生的热电动势是接触式电动势和温差电动势组成。 15、电阻应变片式传感器使用应变效应为基本原理，那么应变效应中的电阻值R的大小跟电阻式材料长度、电阻率和截面积直接相关。 16、当电阻式应变片中的金属丝受拉伸时，将会导致电阻R变大。 17、电阻应变片传感器主要由电阻应变片和应变电桥组成，其中应变电桥的作用是________。 18、光电传感器利用光电的转换原理有内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。 19、光敏二极管一般装在透明的玻璃外壳中，在电路中当有光照时，二极管将导通。 20、光敏三极管的光敏接收元件为光敏三极管的集电极。 21、请画出光敏三极管的电路符号光敏二极管的电路符号 22、在实验中利用光电传感器测量电机的转速，一般有两种不同的测量方法，分别直射式光电传感器和反射式光电传感器，光电传感器输出的波形为矩形波形。
传感器与检测技术试题
中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/f015948919.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 中国自考人(https://www.wendangku.net/doc/f015948919.html,)——700门自考课程永久免费、完整在线学习快快加入我们吧！ 浙江省2003年1月自考传感器与检测技术试题 课程代码：02202 一、填空题(每空1分，共15分) 1. 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为________测试。 2. 确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的_______和标准测试系统。 3. 涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。 4. 半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的________倍。 5. 测量准静态力信号时，要求电荷放大器的输入阻抗________1012(Ω)。 6. 周期信号展开为傅立叶级数后，其中A0表示直流分量的幅值，A n表示________分量的幅值。 7. 当τ→∞时，信号x(t)的自相关函数R x(τ)呈周期性变化，说明该信号为________。 8. LCD是液晶显示器，是一种________功耗器件。 9. A/D卡的转换速率表示________。 10. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，________接法可以得到最大灵敏度输出。 11. 一阶有源低通滤波器的主要优点是带负载能力强，主要缺点是________。为克服该缺点，可采用二阶或二阶以 上有源低通滤波器。 12. 绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，而相对湿度给出了大气的________程度，它比绝对湿度使用更广泛。 13. 氧化型气体吸附到N型半导体气敏元件上，将使截流子数目减少，从而使材料的电阻率________。 14. 半导体温度传感器以P-N结的温度特性为理论基础。二极管感温元件利用P-N结在恒定电流下，其________与 温度之间的近似线性关系实现。 15. 图像处理的主要目的是________。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题后的括号内。每小题1分，共 15分) 1. 为了抑制干扰，常采用的电路有( ) A. A/D转换器 B. D/A转换器 C. 变压器耦合 D. 调谐电路 2. 选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是( )。 A. 阻抗匹配 B. 增大输出量 C. 减小输出量 D. 接近不失真条件 3. 自相关函数一定是( )函数。 A. 偶 B. 奇 C. 周期 D. 随机 4. 用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可( ) A. 增加敲击力 B. 增加锤头硬度 C. 增大锤重 D. 减小冲击力 5. 记录磁带慢录快放，放演信号的频宽将( ) A. 扩展，幅值减小 B. 变窄，幅值减小
传感器与检测技术实验指南.
实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠
浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在4～14KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。