检测技术课后题答案

1/11为什么说仪器仪表是信息的源头技术。答：当今世界正在从工业化时代进入信息化时代。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键和基础。仪器的功能在于用物理、化学或生物的方法，获取被检测对象运动或变化的信息。仪器是一种信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用，是信息时代的信息获取-处理-传输的链条中的源头技术。如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。从上所述可以看出仪器技术是信息的源头技术，仪器工业是信息工业的重要组成部分。2非电量电测法有哪些优越性。答1便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，大大扩展仪器的测量幅值范围2）电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化的量，因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围3）把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，可实现远距离的自动测量4）把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能3各类仪器仪表有哪些共性。答：从“硬件”方面来看，把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，它们内部组成模块大多是相同的。从“软件”方面来看，把各个模块“化零为整”地组装起来，它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的。即常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质就是“检测技术”。常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产物。4什么叫传感器？什么叫敏感器？二者有何异同？传感器定义为能把非电量转换成电量的器件或装置。能把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置我们称之为敏感器。异同：敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而不是象传感器那样把非电量转换成电量。5常见的检测仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理。答：三种类型：普通模拟式检测仪表（模拟式传感器-模拟测量电路-模拟显示器）在测量过程中只是模拟量之间的转换，测量结果用指针相对标尺的位置表示。普通数字式检测仪表（模数转换式a模拟式传感器-模拟测量电路-A/D转换器-数字显示器脉冲计数式b数字传感器-放大整形电路-计数器-数字显示器）模数检测仪表是用模数转换器和数字显示器代替了模拟式检测仪表中的模拟显示器，把直流电压转换成数字量，最后由数字显示其直接显示测量结果。微机化检测系统（传感器—测量通道-微机：数字显示器，数据记录仪，报警器）6为什么线绕式电位器容易实现各种非线性特性而且分辨力比非线绕式电位器低?答：线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线，整齐地绕在一个绝缘骨架上制成的。在电阻器与电刷相接触的部分，导线表面的绝缘层被去掉并抛光，使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。电刷滑过一匝线圈，电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值。因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。只要按精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化，就可使位移－电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状。只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时，线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶。而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动，电阻呈连续变化，因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电位器低。7电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小吗?为什么?答：应变片的灵敏系数k是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比，而应变电阻材料的应变灵敏系数k0是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变之比。实验表明：k＜k0，原因除了黏结层传递应变有损失外，另一重要原因是存在横向效应的缘故。应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。当试件承受单向应力时，其表面处于平面应变状态，即轴向拉伸εx和横向收缩εy。粘贴在试件表面的应变片，其纵栅承受εx电阻增加，而横栅承受εy电阻却减小。由于存在这种横向效应，从而引起总的电阻变化为ΔR/R=kxεx+kyεy=kx(1+aH)εx，按照定义，应变片的灵敏系数为k=(ΔR/R)/εx=kx(1+aH),因a=εy/εx0,横向效应系数H=ky/kx0,故kkxk08热电阻与热敏电阻的电阻—温度特性有什么不同?答：采用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻，简称热电阻。一般说来，金属的电阻率随温度的升高而升高，从而使金属的电阻也随温度的升高而升高。因此金属热电阻的电阻温度系数为正值。采用半导体材料制作的电阻式温度传感器称为半导体热敏电阻，简称热敏电阻。按其电阻—温度特性，可分为三类：(1)负温度系数热敏电阻(NTC)；(2)正温度系数热敏电阻(PTC)；(3)临界温度系数热敏电阻(CTC)。因为在温度测量中使用最多的是NTC型热敏电阻，所以，通常所说的热敏电阻一般指负温度系数热敏电阻。9为什么气敏电阻都附有加热器?答：气敏电阻是利用半导体陶瓷与气体接触而电阻发生变化的效应制成的气敏元件。气敏电阻都附有加热器，以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃，同时加速气体的吸附，从而提高元件的灵敏度和响应速度。半导瓷气敏电阻元件一般要加热到200℃～400℃，元件在加热开始时阻值急剧地下降，然后上升，一般经2～10分钟才达到稳定，称之为初始稳定状态，元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。10自感式传感器有哪些类型?各有何优缺点?答：自感传感器有三种类型：变气隙式、变面积式和螺管式。变气隙式灵敏度最高，螺管式灵敏度最低。变气隙式的主要缺点是：非线性严重，为了限制非线性误差，示值范围只能较小；它的自由行程受铁心限制，制造装配困难。变面积式和螺管式的优点是具有较好的线性，因而示值范围可取大些，自由行程可按需要安排，制造装配也较方便。此外，螺管式与变面积式相比，批量生产中的互换性好。由于具备上述优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，因此目前螺管型自感传感器的应用越来越多。11试比较差动自感式传感器与差动变压器式传感器的异同?答：差动自感式传感器与差动变压器式传感器的相同点是都有一对对称的线圈铁心和一个共用的活动衔铁，而且也都有变气隙式、变面积式、螺管式三种类型。不同点是，差动自感式传感器的一对对称线圈是作为一对差动自感接入交流电桥或差动脉冲调宽电路，将衔铁位移转换成电压。而差动变压器式传感器的一对对称线圈是作为变压器的次级线圈，此外，差动变压器式传感器还有初级线圈（差动自感式传感器没有），初级线圈接激励电压，两次级线圈差动连接，将衔铁位移转换成差动输出电压。12试说明图４－３－１１电路为什么能辨别衔铁移动方向和大小?为什么能调整零点输出电压?答：图(a)和图(b)的输出电流为Iab=I1-I2，图(c)和图(d)的输出电压为Uab=Uac-Ubc。当衔铁位于零位时，I1＝I2,Uac=Ubc，故Iab=0,Uab=0;当衔铁位于零位以上时，I1I2，UacUbc，故Iab0，Uab0;当衔铁位于零位以下时，I1I2,UacUbc,故Iab0,Uab0。因此通过Iab和Uab的正负可判别衔铁移动方向。又因为Iab和Uabde大小与衔铁位移成正比，因此通过Iab和Uab的大小可判别衔铁位移的大小。调整图中电位器滑动触点的位置，可以使差动变压器两个次级线圈的电路对称，在衔铁居中即位移为零时，图４－３－１１电路输出电流或电压为零。13涡流式传感器的主要优点是什么?它可以应用在哪些方面?答：其主要优点是可实现非接触式测量。14反射式涡流传感器与透射式涡流传感器有何异同?答：相同点：都包含有产生交变磁场的传感器线圈和置于该线圈附近的金属导体，金属导体内，都产生环状涡流。不同点：反射式涡流传感器只有产生一个交变磁场的传感器线圈，金属板表面感应的涡流产生的磁场对原激励磁场起抵消削弱作用，从而导致传感器线圈的电感量、阻抗和品质因数都发生变化。而透射式涡流传感器有两个线圈：发射线圈L1、接收线圈L2，分别位于被测金属板的两对侧。金属板表面感应的涡流产生的磁场在接收线圈L2中产生感应电压，此感应电压与金属板厚度有关。15图5磁电式传感器与图4自感式传感器有哪些异同?为什么后者可测量静位移或距离而前者却不能?答：相同点：都有线圈和活动衔铁。不同点：图5-1-1(a)磁电式传感器的线圈是绕在永久磁钢上，图4-3-1(a)自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。自感式传感器的线圈的自感取决于活动衔铁与铁心的距离，磁电式传感器线圈的感应电压取决于活动衔铁的运动速度。当衔铁不动时，气隙磁阻不变化，线圈磁通不变化，线圈就没有感应电压，因此后者可测量静位移或距离而前者却不能。16为什么磁电感应式传感器又叫做速度传感器?怎样用它测量运动位移和加速度?答：根据电磁感应定律，磁电感应式传感器的线圈感应电压与线圈磁通对时间的导数成正比，而实现磁通变化有两种方式：活动衔铁相对磁铁振动或转动，线圈相对磁铁振动或转动。这两种方式产生的感应电压都与振动或转动的速度成正比，因此磁电感应式传感器又叫做速度传感器。在磁电感应式传感器后面接积分电路可以测量位移，后面接微分电路可以测量加速度。因为位移是速度的积分，而加速度是速度的微分。17磁电感应式传感器有哪几种类型?它们有什么相同点?有什么不同点?答：有两种类型结构：变磁通式和恒磁通式。相同点：都有线圈、磁铁、活动衔铁。不同点：变磁通式是线圈和永久磁铁均固定不动，与被测物体连接而运动的部分是利用导磁材料制成的动铁心，它的运动使气隙和磁路磁阻变化引起磁通变化，而在线圈中产生感应电势，因此变磁通式结构又称变磁阻式结构。在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生的。这类结构有两种：一种是线圈不动，磁铁运动，称为动铁式，另一种是磁铁不动，线圈运动，称为动圈式。18用压电式传感器能测量静态和变化极缓慢的信号吗?为什么?答：不能。因(5-2-25)和(5-2-28)式中ω都不能为零，所以不论采用电压放大还是电荷放大，压电式传感器都不能测量频率太低的被测量，特别是不能测量静态参数(即ω=0)，因此压电传感器多用来测量加速度和动态力或压力。19为什么压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器?答：连接电缆电容Cc改变会引起C改变,进而引起灵敏度改变，所以当更换传感器连接电缆时必须重新对传感器进行标定，这是采用电压放大器的一个弊端。在采用电荷放大器的情况下，灵敏度只取决于反馈电容CF，而与电缆电容Cc无关，因此在更换电缆或需要使用较长电缆时，无需重新校正传感器的灵敏度。因此，压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器。20压电元件的串联与并联分别适用于什么测量场合?答：串联使压电传感器时间常数减小，电压灵敏度增大，适用于电压输出、高频信号测量的场合；并联使压电传感器时间常数增大，电荷灵敏度增大，适用于电荷输出、低频信号测量的场合。21光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?它们在电路中各用什么符号表示?答：基于光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件或光敏元件。光电效应一般分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应，相对应的光电器件也有以下三种类型：１光电发射型光电器件，有光电管和光电倍增管；２光导型光电器件，有光敏电阻、光敏二极管光敏三极管；３光伏型光电器件，有光电池。22光电传感器有哪几种常见形式?各有哪些用途?答：有５种常见形式。１透射式，可用于测量液体、气体和固体的透明度和混浊度；２反射式，可用于测量表面粗糙度等参数；３辐射式，可用于光电高温计和炉子燃烧监视装置；４遮挡式，可用于测量物体面积、尺寸和位移等参量；５开关式，可用于①开关，如光电继电器；②计数，将光脉冲转换为电脉冲进行产品计数或是测量转速等；③编码，利用不同的码反映不同的参数。23试说明怎样增大或减少霍尔式钳形电流表的灵敏度?答：增大（