《自动检测技术》第二版 王化祥 课后答案.pdf 25页

'过装控整理1.1什么是检测装置的静态特性？其主要技术指标有哪些？答：静态特性是指检测系统在被测量各值处于稳定状态时，输出量与输入量之间的关系特性。静态特性的主要技术指标有：线性度、精度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、可靠性等。1.2什么是检测装置的动态特性？其主要技术指标有哪些？答：动态特性是指动态测量时，输出量与随时间变化的输入量之间的关系。动态特性的主要技术指标有：动态误差、响应时间及频率特性等。1.3不失真测试对测量系统动态特性有什么要求？答：①输入信号中各频率分量的幅值通过装置时，均应放大或缩小相同的倍数，既幅频特性是平行于横轴的直线；②输入信号各频率分量的相角在通过装置时作与频率成正比的滞后移动，即各频率分量通过装置后均延迟相同的时间t，其相频率特性为一过原点并有负斜率的斜线。1.4测量系统动态参数测定常采用的方法有哪些？答：动态特性参数测定方法常因测量系统的形式不同而不完全相同，从原理上一般可分为正弦信号响应法、阶跃信号响应法、脉冲信号响应法和随机信号响应法等。1.5某位移传感器，在输入位移变化1mm时，输出电压变化300mv，求其灵敏度？答：灵敏度可采用输出信号与输入信号增量比表示，即u300k300mv/mmx11.6用标准压力表来校准工业压力表时，应如何选用标准压力表精度等级？可否用一台0.2级，量程0～25MPa的标准表来检验一台1.5级，量程0～2.5MPa的压力表?为什么？解：选择标准压力表来校准工业用压力表时，首先两者的量程要相近，并且标准表的精度等级要高于被校表精度等级，至少要高一个等级。题中若标准表是0.2级，量程0～25MPa，则该标准表可能产生的最大绝对误差为max1(250)0.2％＝0.05MPa现在一般用准确度，不用精被校表是1.5等级，量程0～2.5MPa，其可能产生的最大绝对误差为度max2(2.50)1.5％＝0.0375MPa显然max1>max2，这种选择是错误的，因为虽然标准表精度等级较高，但是它的量程太大，故不符合选择的原则。1.7某一阶系统，在t＝0时，输出10mv；t时，输出为100mv；在t＝5s时，输出为50mv，试求该系统的时间常数＝？答：对一阶系统在阶跃响应曲线后，输出值达到阶跃值为63.2％所用时间为一阶测量系统的时间常数。但这样确定值没有涉及响应全过程，为此采用如下方法，可以获得较为可靠的值。由一阶系统的阶跃响应曲线表达式ty(t)k(1e)xty(t)可得出1ekx1/25 过装控整理t令zy(t)则zln(1)kx由以上分析可以看出z与t成线性关系，此处设静态灵敏度系数k＝1，输入阶跃信号为x＝0（t<0）习题原稿p4，t1.7100mv(t0)题图1.5(1.7)由题意给出的y（t）值，可以计算作出z－t直线如题图1.5(1.7)所示t＝0s，z＝－0.1053t＝5s，z＝-0.6931则值为z－t直线的斜率，即t58.5sz0.5878图1.5题1.71.8某二阶系统力传感器，已知系统固有频率f10kHz，阻尼比0.6，如果要求其幅值误差小于10％，0求其可测信号频率范围？答：讨论系统动态特性时，常用无量纲幅值比A（）。kA()2222[1()]4()00令：静态灵敏度系统k＝1，由题意要求幅值误差小于10％，则要满足A()110％＝90％k故得A()＝0.92222[1()]4()00将k=1和0.6代入上式解出方程式的解2()0.922我的计算结果为0.840f0.96或0.96我的计算结果为0.9165f00f0.96f0.96109.6kHz0所以可测频率最高达9.6kHz2/25 过装控整理x1.9已知某测量系统静态特性方程为Ye,试分别用端基法、最小二乘法，在0晶向扩散N-Si压敏电阻，切向电阻、径向电阻RR各两个组成全桥电路。试求：切向和径向的电阻相对变化量计算公式(),()，并设计四个压敏电阻在膜rtRR片上的位置。膜片泊松比0.35。12/25 过装控整理解：在（100）晶面上扩散N-Si压敏电阻。如题图4.9（a）所示两个径向电阻的晶向为<001>，两个切向电阻的晶向为<010>先求N-Si压敏电阻和值，并查表<001>晶向的方向余弦lm0,n1；<010>晶向的方向余lt111弦ln0,m1。故2222222222()(lmmnln)l111112441111111122222211()(llmmnn)t12111244121212122又知圆膜片表面受压力后应力沿半径方向分布公式为径向应力3p22[r(1)x(3)]r28h切向应力3p22[r(1)x(13)]t28h式中，p被测压力；h膜片厚度；r膜片半径。得径向电阻相对变化量为R3p1122()[r(1)x(5)]rlrtt2R16h切向电阻相对变化量为R3p1122()[r(1)x(51)]tlttr2R16hRR由()和()表达式可知：rtRR当x＝0即膜片中心点位置、电阻相对变化量相等，均有最大绝对值的负数。即2RR3pr11()()(1)rt2RR16h122查表可知：120010m/N，0.35，故112RR10pr()()2.57100rt2RRh当x＝r时即膜片边缘处，RR当()0时，x/r＝0.538，()0时，x/r＝1.34。rtRR所以N-Si压敏电阻在<001>晶向上电阻相对变化量RxRx()f()，()f()rtRrRr特性曲线如图4.9(b)所示。现设计全桥电路图，根据图4.9（b）曲线，扩散电阻取两组互为差动并且电阻相对变化量取值要大，确保桥路输出电压足够大。取电阻位置如图4.9（c）R和R在x＝0圆心处，则2413/25 过装控整理2R2R10pr2.57102RRh24R此时为负值其绝对值为最大。RRR另两片R1、R3取为径向电阻，并满足条件()r。RRmax解方程3p3p112211[r(1)x(5)](1)2216h16hx2(1)得0.762r5即电阻R和R在半径x＝0.762r圆周上，晶向为<001>。则满足132R1R3R2R410pr2.57102RRRRh1324将四个电阻接入图4.9（d）桥路中组成全桥电路，此种接法即可提高输出信号电压灵敏度，又可以补偿环境温度变化。CCLH4.11已知球平面电容差压变送器输出电流II，其中I为恒流源。如题图4.8（a）所示。感压膜片CCCCLH电极1的挠度y与差压成正比yK(pp)，K为比例系数，2、3为球面形固定电极。试证明输出电流IHL与差压ppp成正比。HL解：设初始状态pp时p0，有CCCHLLH0当pp时p0，膜片1靠近球面电极3如图4.8（b）中虚线所示则此时CC，并可画出图4.8（c）HLLH所示的等效电路图，其C为膜片变形后位置和初始位置之间假设的电容值，可求出AC0CACHCC0ACC0ACLCCA0将C和C表达式代入输出电流表达式，化简后可得HLCCCLH0IIICCCCCLHA14/25 过装控整理而电容C与膜片挠度y成反比，可写为AKACK为比例系数AAy由I和CA二式及挠度表达式yK(pHpL)可推导出CCyCKI000CIII(pp)CCHLCKKAAACKI0C令K为常数KA故证明IK(pp)Kp，即I与p成正比。HL第五章温度习题P1585.2、5.3、5.5、5.6、5.105.11、5.12、5.145.1温标的三要素是什么？常用的温标有哪些？它们之间有什么关系？答：温标的三要素是：①可实现的固定定义点温度。②表示固定点之间温度的标准仪器。③确定相邻固定点温度的内插公式，即温标方程。o常用温标有摄氏（℃）、华氏（F）、热力学温标（K）及国际实用温标（ITS-90）。5华氏温标与摄氏温标换算公式为t(t32)；CF9热力学温标与摄氏温标换算公式为tT273.15CK5.2热电偶测温原理是什么？热电偶回路产生热电势的必要条件是什么？答：热电偶是利用热电效应制成的温度传感器。把两种导体或半导体材料A和B组成闭合回路，将它们的两个接点分别置于不同温度的热源中，则回路内将产生热电势E(T,T)。AB0热电偶回路产生热电势的必要条件是：①必须是两种不同材料组成的回路，其电子密度NN。AB②两端接点温度不同，即TT。05.3热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿的方法有哪些？答：热电偶测温时，用补偿导线将冷端延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度并不是0℃，而工业上常用的各种热电偶的温度与热电势关系曲线是在冷端为0℃时得到的，与它配套的显示仪表也是根据这一关系曲线刻度的，而操作室温度一般高于0℃，而且不恒定，此时产生的热电势必然偏小，且随环境温度变化而变化，使测温结果产生误差。因此需对冷端温度进行补偿。冷端温度补偿常采用的方法有：①恒温法使冷端保持0℃；②计算修正法；③桥路自动补偿法；④补偿热电偶法等。5.4试述热电阻测温原理？常用热电阻的种类及R0各为多少？15/25 过装控整理答：热电阻是利用金属导体的电阻值随温度而变化的特性来进行温度测量的，即电阻R与环境温度t有一定的函数关系。常用热电阻有：①铂电阻：分度号Pt和分度号Pt，t=0℃式的电阻值分别为R＝100Ω和R＝10Ω；1001000②铜电阻：分度号Cu和分度号Cu，t=0℃式的电阻值分别为R＝100Ω和R＝50Ω。10050005.5热敏电阻测温有什么特点？热敏电阻可分为几种类型？答：热敏电阻可用来测量-100～+300℃的温度，与金属热电阻相比，它具有如下特点：①电阻温度系数大，灵敏度高；②电阻率大，可做成体积小而阻值大的电阻体，连接导线电阻变化影响可以忽略；③结构简单，体积小，可测微小空间及点温度；④热惯性小，适于快速测量。按温度系数分类热电阻可分为：正温度系数、负温度系数和临界温度系数三类热敏电阻。用于温度测量的常采用负温度系数热敏电阻。5.6辐射测温方法的特点是什么？常用的辐射式测温仪有几种？答：辐射测温方法是利用物体辐射能与本身温度有一定函数关系的原理进行测量的，这种测温方法的热交换以辐射方式进行。它是一种非接触式测温方式，不会干扰被测对象的温度场，测温上限高，动态性能好，灵敏度高，可测运动状态对象的温度。常用的辐射测温仪可分为三大类：光学式高温计、全辐射高温计和比色高温计。5.7什么是光学高温计的亮度温度？它与实际被测温度有什么关系？答：光学高温计的亮度温度是指在波长为的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度与绝对黑体在温度T时亮度s相等，则把绝对黑体的温度T称为被测体在波长时的亮度温度。s亮度温度T与实际温度T之间的关系式为s111lnTTCs2式中：C为常数；为物体在该波长下黑度系数。由于<1，所以T