自动检测技术期末检测题及答案

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、标称相对误差和引用误差。解：绝对误差2140142kPa实际相对误差%43.1%100140140142标称相对误差%41.1%100142140142引用误差%1%10050150140142）（1-4欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V电压表，其精度应选哪一级。若选用量程为500V的电压表，其精度应选哪一级?解：相对误差δ=△x×100%∴0.6%=△240×100%,解得△=1.44V当量程为250V时，γ1=△x1×100%=1.44250×100%=0.576%,∴精度应该选0.5级。当量程为500V时，γ2=△x2×100%=1.44500×100%=0.288%，∴精度应该选0.2级。1-6什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。1-6什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？答：(1)在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。(2)系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统误差。误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差.(3)实验对比法、残余误差观察法、准则检查法由于（4）减少和消除的方法①.从产生误差根源上消除系统误差；②.用修正方法消除系统误差的影响；③.在测量系统中采用补偿措施；④.可用实时反馈修正的办法来消除。1-8什么是粗大误差？如何判断测量数据中存在粗大误差？答：（1）超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，粗大误差又称疏忽误差。（2）在判别某个测得值是否含有粗大误差时，要特别慎重，应作充分的分析和研究，并根据判别准则予以确定。通常用来判断粗大误差的准则有：3准则，肖维勒准则，格拉布斯准则。1-16用x光机检查镁合金铸件内部缺陷时，为了获得最佳的灵敏度，透视电压y应随透视件的厚度x而改变，经实验获得下列一组数据（如下表所示），试求透视电压y随着厚度x变化的经验公式。X/mm12131415161820222426Y/kv52．055．058．061．065．070．075．080．085．091．0用平均值法求取经验公式的b0和b时，将n对测量数据（xi，yi）分别代入bxby0ˆ式，并将此测量方程分成两组，即)16(0.65)15(0.61)14(0.58)13(0.55)12(0.5200000bbbbbbbbbb)26(0.91)24(0.85)22(0.80)20(0.75)18(0.7000000bbbbbbbbbbbb7050.2910bb11050.401将两组方程各自相加，得两个方程式后，即可解出b0和b。bbbb11050.4017050.2910075.27.190bb故所求的经验公式为xy75.27.19ˆ2-6已知某传感器属于一阶环节，现用于测量100Hz的正弦信号。如幅值误差限制在5%以内，则时间常数τ应取多少？若用该传感器测量50Hz的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多少？答：①一阶传感器的幅频特性：∵幅值误差控制在±5%以内，∴此时A（）＞0.95②当f=100Hz，=2f=628，解得③当f=50Hz时，=2f=314，幅频误差:1-0.987=1.3%相位差为：2-7有一个二阶系统的力传感器。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比ξ=0.14，问使用该传感器测试400Hz的正弦力时，其幅值比)(A和相位角φ（ω）各为多少？若该传感器的阻尼比改为ξ=0.7，问)(A和φ（ω）又将如何变化？答：讨论传感器动态特性时，常用无量纲幅值比A(ω)。当用f0=800Hz、ξ=0.14的传感器来测量f=400Hz的信号时，A(ω)为021200157.10)800400(1)800400(14.02)(1)(2)(tgtg同理，若该传感器的阻尼比改为ξ=0.7，为97.0)(A043)()628(11)(11)(22A=0.95)(11)(2A1+（314×0.00052）1)(11220.987A（）00052s.0)(arctan（）=-9.27°31.1)800400(14.04])800400(1[1)(2])(1[1)(222220220A3-4．拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问：（1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？（2）画出相应的电桥电路图。题图3-4（a）等截面悬臂梁（b）应变片粘贴方式（c）测量电路答：①如题图3-4﹙ａ﹚所示等截面悬梁臂，在外力作用下，悬梁臂产生变形，梁的上表面受到拉应变，而梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图3-4﹙ｂ﹚所示粘贴。②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图3-4﹙ｃ﹚所示，、所受应变方向相同，、、所受应变方向相同，但与、所受应变方向相反。3-5图示为一直流应变电桥。图中E=4V，1R=2R=3R=4R=120，试求：（1）1R为金属应变片，其余为外接电阻。当1R的增量为2.11R时，电桥输出电压?0U（2）1R，2R都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压?0U（3）题（2）中，如果2R与1R感受应变的极性相反，且2.121RR，电桥输出电压?0U答：①如题3-5图所示01.01202.1444110RREU②由于R1，R2均为应变片，且批号相同，所受应变大小和方向均相同，则RRR21RRR2102401202124344342211220EERRRRRRRERRRRRRRRRU③根据题意，设11RRR22RRR则02.01202.1242243421224342211220RRERRRRRRRERRRRRRRRRU3-9.将一个阻值为120?的康铜丝应变片粘贴在10#优质碳素钢杆表面，轴向受力，该试件的直径为10mm，碳素钢的弹性模量E=200×109Pa，由应变片组成一个单臂应变电桥，设应变片允许通过的最大电流为30mA，求当碳素钢杆受到100N的力时电桥最大可能的输出开路电压。截面积A=πr²=3.14×0.005²=7.85×10-5m²轴向应变ε=FAE=1007.85×10-5×200×109=6.4×10-6电桥电源电压E0=2RImax=7.2V据铜丝性质，可知K,K取2.1，则U0=E04Kε=2.4×10-5V4-2变隙试电感传感器的输入特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：变隙试电压传感器的输出特性为：30200001LL其输出特性与初始电压量，气隙厚度，气隙变化量有关。当选定铁芯，衔铁材料及尺寸，确定线圈的匝数及电气特性，则fL从传感器的输出特性可以看出，与成非线性关系，为改善其非线性，通常采用差动变隙式电感传感器，如题图4—1所示，输出特性表达式为40200012LL将上式与单线圈变隙式传感器相比，若忽略非线性项，其灵敏度提高一倍，若保留一项非线性项，则单线圈式200LL而差动式3002LL由于01，因此，差动式的线性度得到明显改善。4-5差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：差动电压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和高次谐波组成，基波产生的主要原因是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，高次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞）所造成的。消除或减小零点残余电压的主要方法有：①在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀，要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线围绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。②在电路上进行补偿，这是一种既简单又行之有效的方法。5-3下图为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压0U与液位h之间呈线性关系。解：电容式液位计的电容值为：dDnhCC1)(210，其中dDnHC120。可见C与液面高度h呈线性关系。可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压0U与液位h之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R的并联，R上的电压为0U，则有：)(0dxCCERfRIU其中，Cx为电容式液位计的电容值，f为方波的频率，ΔE=E2-E1为方波的幅值，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节dDnHCCd120，则输出电压0U与液位h之间呈线性关系。5-76-5电荷放大器所要解决的核心问题是什么？试推导其输入与输出的关系。（1）核心问题：传感器的灵敏度与电缆电容无关，电缆连接时对电荷放大器的影响可忽略不计。（2）电荷放大器作为压电传感器的输入电路，由反馈电容和高增益运算放大器构成，由运算放大器基本特性可以求出电荷放大器的输出电压为u0=-AqCa+Cc+Ci+(1+A)Cf,当（1+A）CfCa+Cc+Ci时，u0=-qCf。7-4.什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？DdHh1V环形二极管电容测量电路原理图AVD4VD1VD2VD3BCxi1i2Ai3i4CCCdE1E2T1T2eRCV答：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电动势的大小正比于激励电流I与磁感应强度B，且当I或B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随着改变，但当I和B的方向同时改变时霍尔电动势极性不变。其灵敏度KH与霍尔系数RH成正比，而与霍尔片厚度d成反比。7-6温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？答：（1）霍尔元件的灵敏系数HK是温度的函数，关系式为：TKKHH10，大多数霍尔元件的温度系数是正值，因此，它们的霍尔电势也将随温度升高而增加αΔT倍。（2）补偿温度变化对霍尔电势的影响，通常采用一种恒流源补偿电路。基本