自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

1、思考題與習(xí)題解 馬西秦 第一章、思考題與習(xí)題1、檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成說(shuō)明各部分的作用。 答： 1、檢測(cè)系統(tǒng)由：傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置三部分組成。2、傳感器部分的作用：是把被測(cè)量變換成另一種與之有確定的對(duì) 應(yīng)關(guān)系，并且便于測(cè)量的量的裝置。測(cè)量電路部分的作用：是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量 的電壓或電流信號(hào)。顯示記錄裝置部分的作用： 是使人們了解檢測(cè)數(shù)值的大小或變 化的過(guò)程。2、非電量的電測(cè)法有哪些優(yōu)點(diǎn)答： P33、測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載變化的情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用何種測(cè)量方法如何進(jìn)行答： 1）、采用微差式測(cè)量 ；2）、微差式測(cè)量是綜合零位式測(cè)量和偏差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的 一種測(cè)量方法

2、?；舅悸肥牵簩⒈粶y(cè)量 x的大部分作用先與已知標(biāo)準(zhǔn)量N的作用相抵消，剩余部分即兩者差值 =x-N。這個(gè)差值再用偏差法測(cè)量。微差式測(cè)量中：總是設(shè)法使差值很小，因此可選用高靈敏度的偏差 式儀表測(cè)量之。即使差值的測(cè)量精度不高，但最終結(jié)果仍可達(dá)到較高 的精度。輸出電壓 U例如： 測(cè)定穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載電阻變化的情況時(shí)，可表示為UO=U+ U,其中 U是負(fù)載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，相對(duì)U來(lái)講為一小量。如果采用偏差法測(cè)量，儀表必須有較大量程以滿足U。的要求，因此對(duì)厶U這個(gè)小量造成的U0的變化就很難測(cè)準(zhǔn)。當(dāng)然，可以改用零位式測(cè)量，但最好的方法是采用如圖1-3所示的微差式測(cè)量。微差式測(cè)量：、微差式

3、測(cè)量電路圖中； 、使用了高靈敏度電壓表：毫伏表和電位差計(jì)； 、Rr和E分別表示穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)； 、RL表示穩(wěn)壓電源的負(fù)載； 、E1、R1和Rw表示電位差計(jì)的參數(shù)。、微差式測(cè)量過(guò)程 、在測(cè)量前調(diào)整 R1，使電位差計(jì)工作電流11為標(biāo)準(zhǔn)值。 、然后使穩(wěn)壓電壓負(fù)載電阻RL為額定值，調(diào)整 RP的活動(dòng)觸點(diǎn)，使毫伏表指示為零，這相當(dāng)于事先用零位式測(cè)量出額定輸出電 壓 U。 、正式測(cè)量開(kāi)始后，只需增加或減小負(fù)載電阻RL的值，負(fù)載變動(dòng)所引起的穩(wěn)壓電壓輸出電壓 U0的微小波動(dòng)值 U即可由毫伏表 指示出來(lái)。根據(jù)Uo=U+A U,穩(wěn)壓電源輸出電壓在各種負(fù)載下的值都可以準(zhǔn) 確地測(cè)量出來(lái)。、微差式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)：是

4、反應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，特別適合于在線控制參數(shù)的測(cè)量。RmRP-h(mVRLR1RwI I1E1放大器:100（放大倍數(shù)）1 EL_圖1-3微差式測(cè)量4、某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由變到時(shí)， 位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓 由減至，求該儀器的靈敏度。解：s= A y/ A x=、某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如鉑電阻溫度傳感器：電橋:筆式記錄儀:求：（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。解：(1)、s仁 Q / C s2= Qs3=100s4= Vs=s1s2s3s4=Q /Cx QX 100 X V =C(2)、A t=xX s=4cm/ C =C6

5、、 有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為0600 C,精度等級(jí)分別為級(jí)、 級(jí)和級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量500 C的溫度，要求相對(duì)誤差不超過(guò)，選哪臺(tái)儀表合理解：級(jí)測(cè)溫儀表：=($ m/L)100 % =( 8 m/600)100 %;8 m=15Cr= 8 m/500=(15/500)100 % =3%級(jí)測(cè)溫儀表 ：=(8 m/L)100 %=(8 m/600)100 %；8 m=12Cr=8 m/500=(12/500)100 %=%級(jí)測(cè)溫儀表 ：=(8 m/L)100 %=(8 m/600)100 %；8 m=9Cr=8 m/500=(9/500)100 % =%選級(jí)測(cè)溫儀表合理7、什么是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差正確度和

6、精密度的含義是什么它們各反映何種誤差答： 1 )、在相同的條件下，多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符 號(hào)保持不變，或按照一定的 規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng) 誤差。在相同條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)， 其誤差的大小和符號(hào)以不 可預(yù)見(jiàn)的方式變化，這種誤差稱為隨機(jī)誤差。2)、正確度：系統(tǒng)誤差的大小表明測(cè)量結(jié)果的正確度。正確度說(shuō)明 測(cè)量結(jié)果相對(duì)真值有一恒定誤差， 或者存在著按確定 規(guī)律變化的誤差。 系統(tǒng)誤差愈小， 則測(cè)量結(jié)果的正確 度愈高。精密度：隨機(jī)誤差的大小表明，測(cè)量結(jié)果重復(fù)一致的程度，即 測(cè)量結(jié)果的分散性。通常，用精密度表示隨機(jī)誤差的大 小。隨機(jī)誤差大，測(cè)量結(jié)果分散，精密度低。測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性好，

7、精密度高。隨機(jī)誤差大。精確度：是測(cè)量的正確度和精密度的綜合反映。精確度高意味著系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都很小。 精確度有時(shí)簡(jiǎn)稱為精度。8、服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差有哪些特性答： (1)、對(duì)稱性：隨機(jī)誤差可正可負(fù)，但絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等。也就是說(shuō)f( 8 )-8曲線對(duì)稱于縱軸。(2) 、有界性： 在一定測(cè)量條件下， 隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過(guò)一定的范圍，即絕對(duì)值很大的隨機(jī)誤差幾乎不出現(xiàn)。(3) 、抵償性：在相同條件下，當(dāng)測(cè)量次數(shù)n 坤寸，全體隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于零，即limE8 i=0(4) 、單峰性： 絕對(duì)值小的隨機(jī)誤差比絕對(duì)值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，即前者比后者的概率密度大，在8

8、=0處隨機(jī)誤差概率密度有最大值。9、等精度測(cè)量某電阻 10次，得到的測(cè)量值如下R1=QR2=QR3=QR4=QR5=QR6=QR7=QR8=QR9=QR10=Q(1)求10次測(cè)量的算術(shù)平均值/ R,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差 c和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 s；(2)若置信概率取 %，寫(xiě)出被測(cè)電阻的真值和極限值。解：、10次測(cè)量的算術(shù)平均值/ R /R=(刀 Ri) /n= ( R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9+R)C/n =(+168+) /10=Q=limV(8 i) 2/n、測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差aQim VE( Ri-RO) 2/n標(biāo)準(zhǔn)誤差a的估算值：a=lim V( Ri- /R) 2/

9、( n-1)= lim V( vi) 2/n =刀 Vi2= ( R1-/R) 2+ ( R2-/R ) 2+ (R3-/R ) 2+ ( R4-/R ) 2+ ( R5-/R )2+ (R6-/R ) 2+ (R7-/R ) 2+ (R8-/R ) 2+ (R9-/R ) 2+ (R1O-/R ) 2=()2+ () 2+ () 2+ () 2+) 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2=()2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ () 2+ ()=+=標(biāo)準(zhǔn)誤差 a：a =V( vi) 2/(n-1)= V9=Q算術(shù)平

10、均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s： s= a x= a V n =V 10 =Q置信概率取%, K=3,置信區(qū)間為土 3S,測(cè)量結(jié)果真值為：RO=/R Ks= 3X = Q測(cè)量電阻的極限值：Rm=/R Ka = 3x = QQQ:測(cè)量數(shù)據(jù)中無(wú)壞值n測(cè)量值（Q） Xi剩余誤差ViVi21+2345+6+7+8+9+10/R=刀 Vi2=標(biāo)準(zhǔn)誤差估值：|jni140.3047=0.1841* n-1 /9算數(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差估值S 4 =辛=晉0.0582!Jn 10置信概率取%，K=3,置信區(qū)間為土 3S, 測(cè)量結(jié)果真值為：RO=/R KS= 3X = Q測(cè)量電阻的極限值：Rm=/R Ka = 3x = QQQ:測(cè)

11、量數(shù)據(jù)中無(wú)壞值10.用BASIC語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)程序，用于完成類似第9題中所要求的計(jì)算任務(wù)。第二章、思考題與習(xí)題1. 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同答：金屬電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變效應(yīng)主要由幾何尺寸的改變影響金屬金屬電 阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變效應(yīng)。半導(dǎo)應(yīng)變片電阻應(yīng)變效應(yīng)主要由材料的電阻率隨應(yīng)變引起的變化是影 響半導(dǎo)應(yīng)變片電阻應(yīng)變效應(yīng)的主要因素。2. 直流測(cè)量電橋和交流測(cè)量電橋有什么區(qū)別答：直流測(cè)量電橋采用直流電源供電，交流測(cè)量電橋采用交流電源供電；3. 熱電阻測(cè)溫時(shí)采用何種測(cè)量電路為什么要采用這種測(cè)量電路說(shuō)明這種電路的工作原理。答：采用三導(dǎo)線四分之一電橋電路： 在該電橋中熱電阻的兩根引線被

12、分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中；消除引線 電阻因溫度變化引起的阻值變化而產(chǎn)生的誤差。4. 采用阻值為120 Q、靈敏度系數(shù)K=的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V.并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1卩和1000卩時(shí)，試求單臂工作電橋、雙臂工作電橋以及全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏 度。解：一個(gè)微應(yīng)變：1卩 =1卩m/m=1 x 10-6因?yàn)镽1=R2=R3=R4=R是等臂電橋； U=4V;1 )、應(yīng)變片上的應(yīng)變?yōu)?1 以:s=UO/ R=U( R/R)/4/ R=(U Ke )/4 電阻應(yīng)變片的相對(duì)變化量： R/R=K e =2x 10-6電阻應(yīng)

13、變片的變化量： R=RX Ke =120X 2x 10-6= x10-3 Q、單臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)/4=U K e /4=2X10-6 V靈敏度：s=U0/ R=2 x 10-6 v / x 10-3 Q =x 10-3 V /Q、雙臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)/2= ( U/2 ) Ke =4x 10-6 v靈敏度：s=UO/ R=4X 10-6 v /X 10-3 Q =X 10-3 v、及全橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓：U0= U( R/R)=UK =8X 10-6 V靈敏度：s=U0/ R=8

14、X 10-6 V / X 10-3 Q =X 10-3v/Q2 )、應(yīng)變片上的應(yīng)變?yōu)?000聽(tīng)電阻應(yīng)變片的相對(duì)變化量： R/R=K =2X 10-3電阻應(yīng)變片的變化量： R=RX Ke =120X 2X 10-3 =q、單臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)/4=UK /4=2X 10-3 v靈敏度：s=U0/ R=2X 10-3 V / Q =X 10-3 V/Q、雙臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)/2=UK /2=4X 10-3 V靈敏度：s=U0/ R=4X 10-3 V / Q =X 10-3 V/ Q、及全橋工作時(shí)的輸出

15、電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)=UK /=8X 10-3 V靈敏度：s=U0/ R=8X 10-3 V /Q =X 10-3 V/ Q5采用阻值R=120Q,敏度系數(shù)K=的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R= 120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為 10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000卩時(shí)，若要 使輸出電壓大于 10mV 。則可采用何種接橋方式(設(shè)輸出阻抗為無(wú)窮大 )解：應(yīng)變片上的應(yīng)變?yōu)?000 y =10-3電阻應(yīng)變片的相對(duì)變化量： R/R=K & =2X 10-3電阻應(yīng)變片的變化量： R=RX Ke =120X 2X 10-3 =q、單臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓：UO=U(

16、R/R)/4=UK e /4=10 X 2 X10-3 V/4=5mV靈敏度：s=U0/ R=5 X 10-3 V / Q = X 10-3 V/Q、雙臂工作電橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓:U0=U( R/R)/2=UK e /2=10 X 2X 10-3 V/2=10mV靈敏度：s=U0/ R=10X 10-3 V / Q =X 10-3 V/ Q、 等臂 全橋工作時(shí)的輸出電壓、靈敏度。輸出電壓 :U0=UKe /=10X 2X 10-3 V=20mV靈敏度：s=U0/ R=20X 10-3 V / Q =X 10-3 V/ Q輸出電壓 :U0=UKe =10X 103mvX 2X

17、10-3=20mv綜上所述 :若要使輸出電壓大于 10mV 。則可采用等臂 全橋 接 橋方式。6.圖2-43所示為一直流電橋， 供電電源電動(dòng)勢(shì) E=3V. R3=R4= 100Q。 R1 和R2為相同型號(hào)的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50 Q。靈敏度系數(shù) K=o兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁 在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?5000卩小式求此時(shí)電橋輸出端電壓UooR1R2PT(2-43)R4 nR3U0R1nR2,T1 E解：受力時(shí)：R仁+ R、R2=r-A R、R3=R4=R=10CDU0= ( R2R4-R1R3) U/ ( R4+R3) ( R1+R2) =R ( R2-R1

18、) U/2R ( R1+R2)二2RA RU/2R2r=- ( U/2 )( A R/r) =- ( U/2 )( K) =x 2X 5X 10-3=x 10-2V=-15mv第二章、思考題與習(xí)題1. 試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容傳感器的靈敏度為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應(yīng)注意什么問(wèn)題答：1）對(duì)變面積式電容傳感器設(shè)初始電容為：C0= 0 r A/d= & ab/d為初始電容。當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)定極板沿長(zhǎng)度a方向平移厶x時(shí)，則電容為C= 0 rb (aA x) / d= (。ab/ d) ( 。x/ d )=C0bAx/d3-2)C=C0A CA C= C C0= bAx/d=-

19、C0A x/a電容的相對(duì)變化量為：A C/C0=A x/a顯然傳感器的輸出特性呈線性。 適合于測(cè)量較大的直線位移和角位移。靈敏度為： K=A C/A x= b /d可見(jiàn)：、靈敏度是個(gè)常數(shù)； 、增大b值、減小d值，可增大靈敏度； 、但極板的長(zhǎng)度b不易過(guò)小，否則邊緣效應(yīng)增大，使非線性誤差也增大。 、與變極距型相比，變面積型電容傳感器的靈敏度較低。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，也采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。2) 對(duì)變間隙式電容傳感器若傳感器的和A=ab為常數(shù)，初始的極距為 d，其初始電容量(靜 態(tài)電容為)： C0= 0 rA/d= A/d 當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng) x 后，其電容為：C= A/( d-x)=( A /d

20、) x d/ (d-x)= C0 d /( d-x)= C0 (1+x/d) / (1-x2/d2)當(dāng) xd 時(shí)；1-x2/d2 1;則： C= C0(1+x/d)由式(3-5)可知：電容C與x不是線形關(guān)系；只有當(dāng) xvvd時(shí)，才能認(rèn)為是近似線形關(guān)系。電容的變化量為： C=C-CO= C0( 1+x/d) - C0= CO (x/d )電容的相對(duì)變化量為：C/C0= x/d靈敏度為：K= C/ x= CO/d = A/d2要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙d;但當(dāng)d過(guò)小時(shí)，易引起擊穿。一般在極板間添加介電常數(shù)高的物質(zhì)(云母、塑料膜) ，且可以 改善電容器的耐壓性能。2. 為什么說(shuō)變間隙型電容傳感器特

21、性是非線性的采取什么措施可改善 其非線性特性答:對(duì)變間隙式電容傳感器若傳感器的&和A=ab為常數(shù)，初始的極距為 d，其初始電容量(靜 態(tài)電容為)：C0= o rA/d= & A/d 當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng) x 后，其電容為：C= A/ (d-x)=( A /d) x d/ (d-x)= CO d /( d-x)= CO (1+x/d) /(1-x2/d2)當(dāng) xva；電流經(jīng)：e、g、V、u21、b、D1、a、u11。負(fù)半周時(shí)：va ve；電流經(jīng)：a、g、V、u22、d、D4、e、u12。電流總是從電表的左邊流向右邊。+(-)D1K-(-)b+ (-)u11(+)u12d(+) eT(4-12)4D4圖4

22、-12差動(dòng)相敏檢波電路1移相器2）、在ui1工ui2時(shí)：Vgz0;則電流表通過(guò)的電流和不為、銜鐵上移：在u11 u12時(shí)：正半周時(shí)：va ve ；電流經(jīng)：a、D3、u22、V、g、e、u12。負(fù)半周時(shí)：ve va ；電流經(jīng)：e、D2、u21、V、g、a、u11。 電流總是從電表的右邊流向左邊。、銜鐵下移：在u11 v u12時(shí):b(-)(-)u11(-)(+)u12d(+) eT(4-12)D4D2 c u21占(+)u224、圖4-31所示的差動(dòng)電感式傳感器的橋式測(cè)量電路，L1、L2為傳感器的兩差動(dòng)電感線圈的電感，其初值均為L(zhǎng)0o R1、R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，u為電源電壓。試寫(xiě)出輸出電壓u0與傳感器變化量厶L間的關(guān)系。圖4-31 題4解：設(shè)：C0=tR1/ (Z1+R1) - CR2/ (Z2+R2) =t(R1