1、第一章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。 被 测 量 传 感 器 测 量电 路电 源 指 示 仪记 录 仪数 据 处理 仪 器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
2、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.某线性位移测量仪，当被测位移由 4.5mm 变到 5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由 3.5V 减至2.5V，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为mV/mm25.403S3.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45/电桥： 0.02V/放大器：
3、100(放大倍数)笔式记录仪： 0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值。 解：（1）测温系统的总灵敏度为cm/18.020.5S（2）记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值为.218.t4.有三台测温仪表，量程均为 0800，精度等级分别为 2.5 级、2.0 级和 1.5 级，现要测量 500的温度，要求相对误差不超过 2.5，选那台仪表合理?解：2.5 级时的最大绝对误差值为 20，测量 500时的相对误差为 4；2.0 级时的最大绝对误差值为 16，测量 500时的相对误差为 3.2；1.5 级时的最大绝对误差值为 12，
4、测量 500时的相对误差为 2.4。因此，应该选用 1.5 级的测温仪器。5.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。6. 某压力传感器的测量范围为 010MPa，校验该传感器时得到的最大绝对误差为0.08MPa，试确定该传感器的精度等级。解：该
5、传感器的精度为：由于国家规定的精度等级中没有 0.8 级仪表，而该传感器的精度又超过了 0.5 级仪表的允许误差，所以，这只传感器的精度等级应定为 1.0 级。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的精度等级值应选不小于由校验结果所计算的精度值 7. 某测温传感器的测量范围为 01000，根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过7，试问应如何选择传感器的精度等级才能满足以上要求?解：根据工艺要求，传感器的精度应满足：此精度介于 0.5 级和 1.0 级之间，若选择精度等级为 1.0 级的传感器，其允许最大绝对误差为10，这就超过了工艺要求的允许误差，故应选择 0.5 级的精度才能满足工艺要
6、求。 根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的精度等级值应不大于工艺要求所计算的精度值 填空1测量是借助 和 ，通过 和 ，取得被测对象的某个量的大小或符号；或者取得 与 之间的关系。 （专用技术；设备；实验；计算；一个变量；另一变量）3 直接测量是从事先 上读出被测量的大小。间接测量是利用 与 之间的函数关系，先测出 ，再通过相应的函数关系， 被测量的数值。 （分度好的表盘；被测量；某种中间量；中间量；计算出）4 直接测量方法中，又分 ， 和 。 （零位法；偏差法；微差法）5 零位法 是指 与 在比较仪器中进行 ，让仪器指零机构 ，从而确定被测量等于 。该方法精度 。 （被测量；已知标准量；
7、比较；达到平衡（指零） ；已知标准量；较高）6 偏差法是指测量仪表用 相对于 ，直接指出被测量的大小。该法测量精度一般不高。 （指针、表盘上刻度线位移）7 微差法是 和 的组合。先将被测量与一个 进行 ，不足部分再用 测出。 （零位法；偏差法；已知标准量；比较；偏差法）8 测量仪表指示值 程度的量称为精密度。测量仪表指示值有规律地 程度的量称为准确度。 （不一致；偏离真值）%8.0108.1maxa 量 程 %7.0107%1maxa 量 程9 测量仪表的精确度简称 ，是 和 的总和，以测量误差的 来表示。（精度；精密度；准确度；相对值）10 显示仪表能够监测到被测量 的能力称分辨力。 （最小
8、变化）第二章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.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。3.采用阻值为 120 灵敏度系数 K=2.0 的金属电阻应变片和阻值为 120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为 4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为 1 和 1 000 时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时
9、 ，所以应变为 1 时 /V，应变为 100040U 660 024U时应为 /V；双臂时 ，所以应变为 1 时330 20K0K/V，应变为 1000 时应为660 1424U/V；全桥时 ，所以应变为 1 时 /V，330 0KUK0 608U应变为 1000 时应为 /V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，3018全桥时最高，为单臂的四倍。4.采用阻值 R=120 灵敏度系数 K=2.0 的金属电阻应变片与阻值 R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为 10V。当应变片应变为 1000 时，若要使输出电压大于 10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？解：
10、由于不知是何种工作方式，可设为 n，故可得：mV10230 U得 n 要小于 2，故应采用全桥工作方式。5.如图所示为一直流电桥，供电电源电动势 E=3V，R 3=R4=100，R 1和 R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为 50，灵敏度系数 K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为 5 000，试求此时电桥输出端电压 U0。R1 R2R3R4 R1R2 题 6 图解：此电桥为输出对称电桥，故 /mV1520330 UK1. 电阻应变片有 、 、 和 等部分组成。其中 是应变片的核心部分。 （敏感栅；基片；覆盖层；引线；敏感栅）2. 按 材料不
11、同，电阻应变片可分为 和半导体应变片两大类。前者的敏感栅有 、 和 三种类型。 （敏感栅；金属；丝式；箔式；薄膜式）3. 当前，制作丝式敏感栅最理想的材料是 ，它的主要优点是： ； ； 和 。 （康铜；K 0大且恒定； 大； 小；工艺性好）4. 由于 而引起导电材料 变化的现象，叫应变效应。 （变形；电阻；）5.应变片的初始电阻值 R0有 、 、 、 和 等类型，其中最常用的是 。 （60；120；200；350；600；1000；120）6. 电阻应变片的温度补偿方法通常有 和 两大类。 （线路补偿法；应变片自补偿法）7. 应变片线路补偿法最常用的是电桥补偿法，它是将 应变片和 应变片接到电
12、桥的 桥臂，利用它们对电桥输出电压 这一原理，而引起温度补偿作用。（工作；补偿；相邻；不受温度影响）8. 通常采用 或 作为电阻应变片桥路。该电路不仅没有 ，而且 也比单臂应变电桥时高，同时还能起 作用。 （差动半桥；差动全桥；非线性误差；电桥灵敏度；温度补偿）9. 应变式传感器是由 、 和 组成的装置。 （弹性元件、电阻应变片、附件）10. 应变式传感器按用途的不同，可分为 、 、 传感器等等。 （力、压力、加速度）第三章1.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
13、，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为C=b（a-x ）/d=C 0-bx /d （1）电容因位移而产生的变化量为 axb00其灵敏度为 dbxK可见增加 b 或减小 d 均可提高传感器的灵敏度。 bdax x直线位移型电容式传感器2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中 1 为固定极板，2 为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离 d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量 C。12d1 固定极板 2 - - 活动极板设极板面积为 A，其静态电容量为 ，当活动极板
14、移动 x 后，其电容量为dAC(1)201x当 x t 0)。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态。这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。3简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。二是中间导体定律
15、：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。四是中间温度定律：热电偶在两接点温度 t、t 0 时的热电动势等于该热电偶在接点温度为 t、t n和 tn、t 0 时的相应热电动势
16、的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。4.已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度 t800，冷端温度 t025，求 E(t，to) 是多少毫伏? 镍铬-镍硅热电偶分度表查得 E(800，0)=33.275mV，E(25，0)=1.024 mV解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得 E(800，0)=33.275mV，E(25 ，0)=1.024 mV，故可得E(800，25)=33.275-1.024=32.251mV5如图 5.14 所示之测温回路，热电偶的分度号为 K，毫伏表的示值应为多少度?答：毫伏表的示值应为(t 1-t2-60)。1热电偶是用 组成 而成。当两个 处于 ，回
17、路中便产生 。 （两种不同半导体或金属；闭合电路；结点；不同温度时；热电动势）2热电势的大小仅与 的性质和 有关。热电势由 和温差电动势两部分组成。 （导体材料；接触点温度；接触电动势）3热电偶有两个 极。测温时，置于被测温度场中的接点称 ，置于恒定温度场中的接点称 。 （热电；热端（或工作端，测量端） ；冷端（或参考端，自由端）4接触电势是互相利用的两种金属中，由于 不同，引起 产生的。 的金属，因 宏观上带正电； 的金属，因 宏观上带负电。 （导体自由电子密度；自由电子扩散；电子浓度大；扩散失去电子；电子浓度小；得到电子）5温差电势是由于金属 引起 而形成的。 的一端为正极， 的一端为负极
18、。温差电势一般比接触电势小得多。 （两端温度不同；热扩散；温度高；温度低）6由 A、B 导体组成的热电偶，当引入第三导体 C 时，只要 ，则 C 导体的接入对回路 无影响，这就是中间导体定律。 （中间导体的两端温度相同；总热电动势）7如果导体 C 分别与热电偶两个热电极 A、B 组成热电偶，且保持三个热电偶 分别相同时，则热电偶 A、B 的热电势 ，称为 。导体 C通常用 制作。 （两端温度；等于另外两个热电偶热电动势之差；标准电极定律；铂）8标准化热电偶国家已定型批量生产，同一型号的具有良好的 ，有统一的 ，并有与之 记录和显示仪表。 （互换性；分度表；配套）9热电偶按本身结构形式划分有：
19、热电偶、 热电偶、 热电偶。 （普通；铠装；薄膜）10普通热电偶的热电极是 金属丝，两热电极之间 ，为了防止有害介质侵蚀，工业上使用的热电偶一般都配有 。 （一端焊接在一起两根；用绝缘管绝缘；保护套管）11铠装热电偶是将 、 、 组合在一起，经拉伸加工而成坚实的组合体，该元件做得 、 ，易于 适于狭小地点的温度测量。 （热电极；绝缘材料；保护套管；很细；很长；弯曲；狭小地点）12薄膜热电偶是用真空蒸镀等工艺将 材料沉积在绝缘基片上形成 而成。它的测量端既 又 ，适于微小面积上的温度测量。 （热电极；薄膜；小；薄；微小面积上）13热电偶的冷端处理方法有： 、 法、 法、 法。（0 0恒温；计算修
20、正；电桥补偿；冷端延长）140 0C 恒温法是将热电偶的 埋入 的保温瓶中。该法是一个 较高的方法，但是只适用于 。 （冷端；0 0C 冰水混合物；准确度；实验室）15计算修正法是热电偶的冷端温度保持在某一温度 tn条件下，热端温度为 t 时，测得热电势是 ，用 先查出 E（T N，0） ，则计算得 E（t，0 0C）= 。再用 查 得被测热端温度 t 值。 （E（t，t N） ；分度表；E（t N，0） ；E（t，t n）+E（t n，0） ；E（t，0） ；分度表）16电桥补偿法是当热电偶冷端温度变化时，对热电偶回路提供一个 ，其大小与 因 引起的变化相等，而 相反，达到自动补偿的目的，从
21、而保证 不变。电桥补偿法是利用 电桥的输出电压，自动地补偿热电偶因 变化而引起 的变化。 （附加电动势；回路热电动势；冷端 tN变化；方向；热电回路输出；不平衡；冷端温度 tN；热电动势）17冷端延长法是将 用 延长，将冷端引到 、 的地点去。当用于延长的电极的 与原来电极在低温区段的 时，就不会影响测量结果。当然，冷端延长法既不能使冷端温度 ，对热电偶回路内的热电势也 。 （热电极（昂贵的热电极） ；热电性能相近的导线（廉价的热电极） ；低温；变化小；热电特性；热电特性相同或相近；恒 00C；不能起温度补偿）1金属导体和半导体有个显著差别在于金属的电阻率随 而 ，而半导体的电阻率随 而 （少
22、数除外） 。 （温度升高；增加；温度升高；减小）2热敏电阻是利用半导体的 随温度变化 的特点制成的。 （电阻值；幅度大）3半导体中导电的是 ，其数目比金属中自由电子数目 ，故其 大。温度升高后，载流子数目的增加随温度以 上升，半导体的电阻率也就随温度以 下降。 （载流子；少得多；电阻率；指数规律；指数规律）4热敏电阻的 与 的关系称热电特性，它近似符合 规律。 （阻值；温度；指数函数）5随着温度的升高，电阻率 减小的电阻，称 缓变型热敏电阻。由某些 的混合物制成。 （随温度升高；负温度系数；固体多晶半导体氧化物）6电阻率随温度的升高而增加，但过某一温度后 的电阻，称 剧变型热敏电阻。该类电阻材
23、料是 ，在室温下是半导体，所以又叫 。 （急剧增加；正温度系数；陶瓷；半导体陶瓷）7当温度接近某一数值时，电阻率产生 的电阻，称 热敏电阻，它是钒，钡，磷和硫化银系 经烧结而成的 。 （突变下降；临界；混合氧化物；烧结体）8利用热敏电阻测量，控温或温度补偿时， 要小，使其工作在伏安特性曲线的 区段，从而保证热敏电阻的阻值仅与 有关。热敏电阻是一种 敏感元件。（测量电流；线性；环境温度；热）9剧变型和临界型热敏电阻不能用于 范围内的 ，但用于某一 范围内的 控制却是十分优良的。 （宽；温度控制；窄；温度）第八章1气敏元件属于以化学物质 为检测参数的化学敏感元件。 （成分）2气敏材料是 ，常温下是
24、 体。合成时，通过 的偏移和杂质缺陷制成 N 型或 P 型半导体电阻。 （金属氧化物；绝缘；化学计量比）3气敏电阻接触被测气体时，产生的 引起半导体中多数载流子 的变化，使气敏电阻 发生变化，从而感知被测气体。 （化学吸附；浓度；数值）4气敏电阻常温下吸附气体主要是 。为了达到气敏电阻的 ，需要对元件本身加热到适当温度，所以气敏元件多数自备 。 （物理吸附；化学吸附；电阻加热器）5气敏电阻种类很多，按制造工艺上分，主要有 ， 和 。他们大多数工作在 以上，少数工作在常温。 （烧结型；薄膜型；厚膜型；200 ）6烧结型气敏元件是将元件的 和 均埋在 气敏材料中，经加压成型后低温 而成。 （电极；
25、加热器；金属氧化物；烧结）7薄膜型气敏元件是在石英或陶瓷的 上，采用真空镀膜或溅射方法制成 薄膜而成。 （基片；金属氧化物）8厚膜型气敏元件是将气敏材料与一定比例的硅凝胶混合成能够印刷用的 ，再把它用丝网印刷到已安放铂电极的氧化铝 上，经干燥烧结而成。 （厚膜胶；基片）9用气敏电阻元件的基本测量电路中有两个电源，一个用于 ；另一个用于 。 （加热；测量）第九章1.湿敏电阻是一种 随环境 的变化而变化的 元件。它由 ，电极和 组成。(阻值；相对湿度；湿敏；感湿层；绝缘基片)2湿敏电阻的感湿层，在吸收了 后引起了两极间 的变化。这样就能直接将 的变化转换成 的变化。 （环境中的水份；电阻；相对湿度
26、；电阻值）3氯化锂是一种 类材料。将它涂在 上，或用 性合成树脂材料浸透氯化锂，就构成氯化锂湿敏电阻。 （吸湿性盐；有机绝缘基片；多孔）第十章1. 什么是霍尔效应？答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。2 为什么霍尔元件一般采用 N 型半导体材料？答：因为在 N 型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且 n p，所以霍尔元件一般采用 N型半导体材料。3. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比， 。nq
27、dKH14. 集成霍尔传感器有什么特点？答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。5. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。1当磁场中静止载流导体的 方向与 不一致时， 的平行于 和 方向上的两个面上产生 的现象称为霍尔效应。它是导体中的 再磁场中受到 作用发生 的结果。 （电流；磁场；栽流导体；电流；磁场；电动势；载流子
28、；洛仑兹力；横向漂移）2霍尔元件是 型半导体制成 形状的 敏元件。 （N；扁平长；磁）3当霍尔元件处于 中，且 方向与霍尔元件 方向一致时，霍尔电势与 和 乘积成正比。其数学式为 。 （均匀磁场；磁场；扁平面法线；激励电流；磁感应强度；U H=KHBI）4霍尔元件的灵敏度表示在 和 下，产生 的大小。它与半导体材料的 和霍尔片的 成反比。 （单位激励电流；单位磁感应强度；霍尔电势；电荷密度；d）5霍尔元件外部有两对电极。一对用来施加 ，叫 电极；另一对用来引出霍尔电势，叫 电极。 （激励电流；控制；霍尔电势；霍尔）6霍尔常数 RH 的大小与导体的载流子密度成反比。金属因自由电子 而不宜制作霍尔
29、元件。霍尔电势与导体 成反比，因而霍尔元件制作成 状。 （载流子密度；密度大于半导体；厚度；薄片）9霍尔元件是 材料制成的，因而其有关量和参数都随温度的变化而 ，使霍尔式传感器有 误差。减少该误差的措施有：用 供电，减少由于 随温度变化引起的误差；用激励电极 电阻，减少由 随温度变化引起的误差。(半导体；变化；温度；恒流源；输入电阻；并联分流；灵敏系数)12.两个 P+和 N+型半导体，中间用 ，一侧有 的近本征半导体 i 区连接组成磁敏二极管。 （不接触；低杂质高电阻；高复合区）13磁敏三极管有三个结（ 、 、 ） 。有发射区 N+，集电区N+，和基区 P+，中间用较长的 半导体 i 区连接
30、而成。在 i 区靠近发射结的侧面建立 。 （集电结；发射结；基极结；近本征；复合区 r）14磁敏三极管中的 结和 结形成磁敏二极管。由于 i 区长，在横向电场作用下，发射极电流大部分形成 电流，小部分形成 电流。在正向或反向磁场作用下，引起集电极电流的增加或减少。用磁场的方向控制集电极电流的 或 ，用磁场的 控制集电极电流的变化量。 （发射；基；基极；集电极；增加；减少；强弱）15磁敏三极管的灵敏度比二极管大 倍到 倍，其工作电压的范围也较宽。 （几；十几）第十一章1.有一直线光栅，每毫米刻线数为 100，主光栅与指示光栅的夹角 =1.8，则：分辨力（栅距W）= ？莫尔条纹的宽度=？分辨力 =
31、栅距 W =1mm/100=0.01mm=10m莫尔条纹的宽度 L W/ = 0.01mm/（1.8 *3.14/180 ）= 0.01mm/0.0314 = 0.318mm2.有一增量式光电编码器，其参数为 1024p/r， 在 5s 时间内测得 65536 个脉冲，则转速（r/min)为 ？解： n = 60 65536 /（1024 5） r/min = 768 r/min光栅传感器的结构光栅传感器的结构莫尔条纹的性质旋转角编码器的分类感应同步器的种类磁栅的工作原理和结构磁头第十二章光纤传感器分类、数值孔径第十三章静态标定和动态标定第十四章检测信号放大器种类，要求隔离放大器作用模拟和数字滤波器滤波器种类非线性校正方法信号变换中统一标准信号采用直流电流传送的优点第十五章自动化仪表的分类及组成自动化仪表的硬件部分自动化仪表的基本功能和特点自动化仪表设计研制步骤自动化仪表监控程序主要任务和监控主程序干扰进入仪表的主要途径和分类第十六章虚拟仪器的构成、虚拟仪器软件
