现代检测技术

第一章1、检测系统通常由哪几个部分组成？各类检测系统对传感器及信号调理电路的一般要求是？答：传感器要求准确性、稳定性、灵敏性、耐腐蚀性好、低能耗等。信号调理要求能准确转换、稳定放大、可靠的传输信号，信噪比高、抗干扰能力要好。2、试述信号调理和信号处理的主要功能和区别，并说明信号调理单元和信号处理单元通常由哪些部分组成？答：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，以便检测系统后续处理或显示。信号处理模块是自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和大脑相类似。信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器（DSP）和大规模可编程集成电路，或直接采用工业控制计算机来构建。第二章1、什么是绝对误差？什么是相对误差？什么是引用误差？答:（1）绝对误差是测量结果与真值之差，绝对误差＝测量值－真值（2）相对误差是绝对误差与被测量值之比，常用绝对误差与仪表示值之比，以百分数表示，相对误差＝（绝对误差／仪表示值）×100%（3）引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示。引用误差＝（绝对误差／量程）×100%仪表的精度等级是根据引用误差来划分的。2、工业仪表常用的精度等级是如何定义的？精度等级与测量误差是什么关系？答：人为规定：取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号的数字来表示精度等级。精度等级常用符号G表示。0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七个等级是我国工业检测仪器（系统）常用精度等级。检测仪器（系统）的精度等级由生产商根据其最大引用误差的大小并以选大不选小的原则就近套用上述精度等级得到。3、已知被测电压范围为0~5V，现有（满量程）20V、0.5级和150V、0.1级两只电压表，应选用哪只电表进行测量？答：A表20*0.5/100=0.1B表150*0.1/100=0.15两者比较，通常选用A表进行测量所产生的测量误差较小。即选用20V、0.5级3、对某电阻两端电压等精度测量10次，其值分别为28.03V，27.98V,27.94V,27.96V,28.02V,28.00V,27.93V,27.95V,27.90V。分别用阿贝赫梅特和马利科夫准则检验该次测量中有无系统误差？答：Vi=Xi—1/n*niXi1阿贝赫梅特A=lV1V2+V2V3+V3V4+….Vn-1Vnl马利科夫nsiVi-Vik1iN为偶数时K=n/2S=n/2+1N为奇数时K=（n+1）/2=S第三章1、直流电压的测量方法有哪些?交流电压测量方法有哪些？答：交流电压测定：将万用表调至交流电压测定的最大档位！然后用其两电笔接触被测电压线两端！读出数据！例如：直流电压测量时将万用表调整到DC档，由高至低，逐档测量，直到测出正确值。直流电压测定：直流电首先要确定正负电极，然后调档位至直流电压测定！读出数据！档位调至电阻测定档，然后两笔接触被测电阻两端！根据表盘表示读出数据例如：交流电压调到AC档，方法同上（400V以下可用万用表，高压千万别用，得用专用测量工具，要注意安全）。2用全波整流均值电压表分别测量正玄波、三角波和方波，若电压表指示值均为10V，问三这种波形被测电压的有效值各位那些？波峰1.111.151波形系数1.4141.731正玄波A/根号二三角波A/根号三方波A第四章差动脉冲调宽电路；差动脉冲调宽电路不需要载频和附加解调线路，无波形和相移失真，输出信号只需要通过低通滤波器引出，直流信号的极性取决于C1和C2；对变极距和变面积的电容传感器均可获得线性输出。这种脉宽调制线路也便于与传感器做在一起，从而使传输误差和干扰大大减小4.20比较差动式自感传感器和差动变压器在结构及工作原理上的异同之处。结构：都有完全对称的铁芯、衔铁和线圈结构。但差动式电感传感器至少只有一对自感线圈，没有原副线圈之分；而差动变压器则至少由一对原线圈和一对副线圈组成，原线圈端需采用激励电源，输出电压自副线圈引出。工作原理：相同点是都利用衔铁位置的改变实现差动检测。不同点差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的自感系数来检测相关的物理量。1、举例说明常见的弹性压力计电远传方式答：霍尔元件式、差动变压器式、电位计式8.7简述测压仪表的选择原则。1、类型选择要考虑被测介质的物理、化学性质(如温度高低、粘度大小、腐蚀性、易燃易爆性能等)，以选择相应的仪表。要根据生产工艺对压力仪表的要求和用途，选择压力仪表。要考虑压力仪表使用现场环境条件。还要考虑被测压力的种类(压力、负压、绝对压力、差压等)、变化快慢等情况，选择压力仪表。2、量程选择压力仪表的量程要根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力变化的情况等条件来选取，为保证测压仪表安全可靠地工作，选择量程时必须留有足够的余地。测量稳定压力时，正常操作压力应小于满量程的2/3；测量脉动压力时，正常操作压力应小于满量程的1/2；测量高压时，正常操作压力应小于满量程的3/5。被测压力的最小值，不应低于满量程的1/3。量程系列：（1，1.6,2.5,4.6）*10^nMPa，其中n为正或负整数。3.精度等级选择压力检测仪表的精度等级应根据生产过程对压力测量所允许的最大误差。选择时应坚持经济的原则，在能满足生产要求的条件下，不应追求使用过高精度的仪表。第五章1、光栅莫尔条纹是怎样产生的？它具有哪些特性？答：若将两块光栅（主光栅、指示光栅）叠合在一起,并且使它们的刻线成角度θ,由于光栅的刻线相交处形成亮带,而在一块光栅的刻线与另一块光栅的缝隙相交处形成暗带,在与光栅刻线垂直的方向,将出现明暗相间的条纹,这些条纹就成为摩尔条纹.特性：1）运动对应关系②位移放大作用.B=W/2/sin(θ/2)当两块光栅沿着垂直于刻线方向相对移动时,莫尔条纹将沿着刻线方向移动,光栅移动一个节距W,莫尔条纹也移动一个间距B,从式可知,θ越小,B越大,使得BW,即莫尔现象有使栅距放大的作用,因此独处莫尔条纹的数目比读光栅刻线要方便的多.2）误差平均2、简述光栅位移测量系统的工作原理，为什么？答：光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。第六章1、温度的测量有哪两类？各有什么特点？答：根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计就可据此测出被测对象的温度。非接触式温度测量特点是感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能来实现热交换，据此测出被测对象的温度。2、热电阻在应用的过程中有哪些典型的引线方式？试对各种引线方式做比较。热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种，如图9-4所示。比较——两线制热电阻配线简单，安装费用低，但要带进引线电阻的附加误差。因此，不适用于A级。并且在适用时引线及导线都不宜过长。三线制的测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。目前三线制在工业检测中应用最广，而且，在测温范围窄或导线长或导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制。在高精度测量时，通常采用四线制热电欧姆表测量法。3、用R型热电偶测某高炉温度时，测得参数比端温度t1=25℃；测得测量端和参比端间的热电动势E(t,25℃)=11.304mV,试求实际炉温？答：E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0)4、什么是亮度温度?什么是比色温度?为什么比色辐射温度计通常比其他辐射式温度计能获得较高的测量精度?答：用光学高温计测量被测物体的温度时，读出的数值将不是该物体的实际温度，而是这个物体此时相当于绝对黑体的温度，即所谓的“亮度温度”。比色温度定义为：绝对黑体辐射的两个波长λ1和λ2的亮度比等于被测辐射体在相应波长下的亮度比时，绝对黑体的温度就称为这个被测辐射体的比色温度。由于很多金属或合金随波长的增大，其单色光谱发射率是逐渐减小的，故这类物体的比色温度是高于真实温度的。而相当多的金属其近似等于，故用比色高温计测量此类金属时所得的比色温度就近似等于它们的真实温度。以上这些是比色高温计的一个主要优点。其次，在测量物体的光谱发射率时，比色高温计测量它们相对比值的精度总高于测量它们绝对值的精度；另外由于采用两个波长亮度比的测量，故对环境气氛方面的要求可大大降低，中间介质的影响相对前述光谱辐射温度计要小得多。综上所述，与光谱辐射温度计相比、比色高温计的准确度通常较高、更适合在烟雾、粉尘大等较恶劣环境下工作。7.怎样确定压力表的量程？p158测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的3|4，测量脉动压力时，最大工作压力不应超过量程的2|3，测高压时，则不应超过量程的3|5，为了保证测量准确度，最小工作压力不应低于量程的1|3，当测量压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，应首先满足最大工作压力条件。第七章1、为什么液位检测可以转化为压力检测？答：以水为例水中某点的压力：p=ρgh;ρ为水的密度;g重力加速度（9.8m/s）h水的深度；要求不太严格的情况下，水：ρ=1Kg/M3如果测得压力P则：h=p/ρg;2、试述电容式液位计的理论依据，测量导电液体和非导电液体的电容式液位计有何不同？如何提高测量的灵敏度？答：电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1ε2，则当液位升高时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，电容式液位计可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。外电极不同。金属套与内电极间绝缘层越薄液位计灵敏度就越高。通常只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极；取同轴多层电极结构，把奇数层和偶数层的圆通分别连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容并联。3、试述核辐射物位计的工作原理和组成，说明其典型的应用领域和特点？答：核辐射物位仪表利用射线透过物料时其强度随作用物质的厚度（或高度）变化而变化的原理。核辐射物位计主要由放射源、接收器（探测器）和显示仪表（转换器）组成。适用于密闭容器中高温、高压、高粘度、强腐蚀、剧毒物料料位的测量。对于液态、固态、粉态等物理状态下的料位测量有很好的适用性。特点：(1)不受温度、压力、湿度、a度和流速等被测介质性质和状态的影响。(2)既可进行连续测量，也可进行定点检侧。(3)不仅能测液体，也可以测星粉粒体和块状等介质的物位;还可以测量比重差很小的两层介质的相界面位置。(4)可以从容器、罐等密封装置的外部以非接触的方式进行测址，可以穿透各种介质，包括固体，所以受外界条件和内盛物料性质、形状以及内壁附着物的影响小，工作稳定可靠。(5)适合于特殊场合或恶劣环境下不常有人之处的物位测量.如高温、高压、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、易结晶、强i滞性、沸腾状态介质、高温熔融体等。(6)在使用时要注意控制剂狱，做好防护.以防射线泄漏对人体