自动化仪表复习题

 自动检测与转换技术每章练习题第一题

 在一个完整的检测系统中，完成信息采集和信息转换主要依靠 [ A ] A、传感器 B、测量电路 C、显示单元

 在相同工作条件下，传感器对同一被测量进行多次连续测量所得结果的不一致程度大，说明该传

感器的 [ C ] A、灵敏度较差 B、稳定性较差 C、重复性较差

 下列不属于测量误差来源的是 [ B ]

A、仪器误差和（环境）影响误差 B、满席误差和分贝误差 C、人身误差和测量对象变化误差

 应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择哪种桥式测量转换电路[ C A、单臂电桥 B、双臂电桥 C、四臂电桥

 测量范围小的电容式位移传感器的类型为 [ B ]

A、变介质型 B、变极距型 C、变面积型

 光敏电阻的工作原理是基于 [ C ]

A、外光电效应 B、内光电效应 C、光生伏特效应

 热电偶的热电动势包括 [ A ]

A、接触电动势和温差电动势 B、接触电动势和非接触电动势 C、非接触电动势和温差电动势

 热电偶测量转换电路采用三线制接法的目的是 [ C ]

A、提高测量灵敏度 B、减少非线性误差 C\\、减少连接导线电阻的影响  电阻应变片必须与哪种元件配合，才能组成传感器 [ A ]

A、弹性元件 B、刚性元件 C、光敏元件

 将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 [ B ]

A、应变效应 B、压电效应 C、电涡流效应

 减少霍尔元件的输出不等电位电动势的办法是 [ C ]

A、减少激励电流 B、威海磁感应强度 C、使用电桥调零电位器  热敏电阻式湿敏元件能直接检测 [ C ]

A、温度 B、温度差 C、湿度

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]

 下列被物理量适合于使用红外传感器进行测量的是 [ C ]

A、压力 B、厚度 C、温度

 当某些晶体沿着一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去

掉外力时电荷消失，这种现象称为 [ B ] A、压阻效应 B、压电效应 C、应变效应

填空题

 工业检测技术的内容较广泛，常见的工业检测涉及的内容六大类：热工量、机械量、几何量、物

体性质和成分量、状态量及电工量。

 测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的认识过

程。

 测量的目的是希望通过测量求取被测量的真值。真值有理论真值、约定真值和相对真值之分。  测量值与真值之间的差值称为测量误差，测量误差可按其不同特征分为：①绝对误差和相对误差

②粗大误差、系统误差和随机误差③静态误差和动态误差。

 某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5%。  某指针式电压表的精度为2.5级，量程为100伏电压表来测量电压时，可能产生的最大绝对误差

为±2.5V

 传感器一般由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。  传感器特性一般指输入、输出特性。它有静态、动态之分。

 热敏电阻按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大

类。

 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象

称为应变效应。

 热电阻传感器主要用于测量温度以及与温度有关的参量。在工业上，它被广泛用来测量

-200~+9600C范围内的温度。

 对于电阻应变片，常用的温度补偿方法是电桥补偿法，其中尤其以半桥电桥补偿法最常见。  电阻应变片式压力传感器通常用测量电桥作为转换电路。  最常见的电阻应变片的标称阻值为100欧。

 常用的电阻应变片分为两大类：金属应变片和半导体应变片。

 应变片可以是试件的拉应变，也可以是试件的压应变，取决于应变片的粘贴方向及受力方向。  铂热电阻在摄氏零度时的阻值为100欧，则其分度号是Pt100。

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 半导体应变片是利用半导体材料压阻效应制成的一种纯电阻性元件。  电容式传感器分为变极距式、变面积式和变介质式三种。

 为了提高电容传感器的灵敏度，减小测量误差，其桥式测量电路一般采用差动接法。

 压电传感器中的压电元件材料一般有三类：一类是压电晶体；另一类是经过极化处理的压电陶瓷；

第三类是高分子压电材料。

 压电传感器主要用于脉动力、冲击力、振动等动态参数的测量。

 石英晶体主要用于精密测量，多作为实验室基准传感器；压电陶瓷灵敏度较高，机械强度稍低，

多用作测力的振动传感器；而高分子压电材料多用定性测量。  电感传感器种类很多，可分为自感式和互感量式两大类。  自感电感传感器常见的形式有变隙式、变截面式和螺线管式三种。

 在变隙式差动电感传感器中，当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增

加，一个减少，形成差动形式。

 自感传感器和差动变压器传感器主要用于位移测量，凡是能转换成位移变化的参数，如力、压力、

压差、加速度、振动及工件尺寸等均可测量。  电涡流传感器的基本工作原理是电涡流效应。  电涡流测厚仪是基于电涡流效应制成的。  电涡流传感器的最大特点是非接触测量。

 超声波的传播波形主要分为纵波、横波、表面波三种。  频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。

 超声波的特点是指向好，能量集中，穿透能力大，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反

射和折射现象。

 超声波透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等，超声波反射型用于接近开关、测距、测

液位或料位、金属探伤以及测厚等。

 热电偶分度表就是热电偶自由端（冷端）温度为00C时，反映热电偶工作端（热端）温度与输出

热电势之间的对应关系。

 在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是使冷端远离高温区。

 传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过测量范围的

能力。

 传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向智能化方向发展。

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 我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”(简称ITS-90)的新标准。按

此标准，共有八种标准化的通用热电偶。

判断题

 系统误差表征了测量结果的精密度，系统误差起小，严密度越高。（）  日常气象用温标为热力学温标。（× ）  热力学温标就是国际温标。（× ）

 测量仪表有模拟显示和数字显示两种显示方式。（）  电阻应变片受到压缩应变时，其阻值会变大。（）

 气敏电阻是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器（）  金属热电阻的电阻丝采用双绕法的目的是消除其电感效应。（√）  铜热电阻可用作标准热电阻。（× ）  铜热电阻测量温度上限可达10000C。（× ）

 金属热电阻测温是一般用电桥作为测量电路，并有三线制和四线制两种接法。（√）  可用同一种导体作为热电偶的两个电极。（× ）  若热偶两结点温度相等，则回路总热电势必为零。（√）  工业上使用最广泛的热电偶是K型热电偶。（√）

 不同型号、不同材质的热电偶可以选用相同型号的补偿导线。（× ）  热电偶分度表中的热电势值，其冷端为1000C时给出的。（× ）  补偿导线和热电偶两接点处温度必须相同。（√）  压电式传感器具有良好的高频响应性能。（√）

 压电式传感器既可用于动态测量也可用于静态测量。（× ）  变极距式电容传感器通常用于测量很大的线位移。（× ）  变极距式电容传感器特性是线性的，因而测量范围大。（× ）  霍尔元件灵敏度越大越好。（√）

 若霍尔元件的磁场和电流同时改变方向，霍尔电势的极性将保持不变。（√）  凡是能够测量压力或压差的仪表，只要量程合适，皆可测量液位。（√）  电容式物位计核心部分一般是变极距式电容传感器。（× ）  电容式物位计仅限于测量液体的液位。（× ）  测量固体粉粒的堆放高度可选用电容式物位计。（√）  超声波频率越低，衰减就越快。（× ）

 超声波传感器中，无论是发射换能器还是接收换能器都是利用压电效应工作的。（× ）  最常用的超声波传感器探头是压电式换能器。（√）  直探头可以发射和接收纵波。（√）

 测量绝缘体的厚度可以使用电涡流式测厚仪。（× ）  高频涡流具有趋肤效应。（√）

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 在电涡传感器使用中不必考虑被测物的性质和结构。（× ）  变隙式自感传感器的灵敏度是常数。（× ） 名词解释

 电阻传感器：是将各种被测非电量转换成电阻的变化量，然后通过对电阻变化量的测量，达到非

电量电测的目的。

 压阻式固态压力传感器：是利用半导体材料的压阻效应和集成电路工艺制成的传感器。由于它没

有可动部分，所以有时也称为固态传感器。

 电感传感器：是利用线圈自感或互感量系数的变化来实现非电量电测的一种装置。

 电涡流传感器：基本工作原理是电涡流效应，就是利用电涡流效应来检测导电体的各种物理参数。  电容传感器：是将被测量的变化转换为电容量的变化的一种装置，再经测量转换电路转换为电压、

电流或频率。

 压电传感器：是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。  超声波传感器：是利用超声波的特性研制而成的传感器。  霍尔传感器：用霍尔元件做成的传感器。  热电偶传感器：是把温度信号转换成电动势。

 光电传感器：光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成

光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

问答题

 什么是压电效应？  什么是应变效应？

 简述差动变压器的组成、工作原理及类型。  简述热电偶的工作原理

答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的异体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两结点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。

答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随之改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定的变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。

 简述电阻应变片式传感器的工作原理

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答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，应变片由于没有敏感元件在测试应变时，将应变片粘贴在试件表面上，当试件受力变形后，使应变片电阻值发生变化，通过测量转换电路最终转换成电压或电流的变化。从而达到非电量电测的目的。  什么是霍尔效应？  什么是传感器的静态特性

答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。  什么是热电动势、接触电动势和温差电动势？

答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或称热电势。

接触电动势：由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。 温差电动势：是在同一要导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。  从传感器的静态特性和动态特性考虑，应如何选用传感器？

答：考虑传感器的静态特性主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。

 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流传感器能否测量大位移

量？为什么？

答：优点：能实现非接触测量，结构简单，不怕油污等介质污染。

涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 计算题

1、某两线制电流输出型温度变送器的产品说明书注明其量程范围为0~2000C，对应输出电流为4~20mA。求：当测得输出电流I=12mA时的被测温度 t 。

2、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，其精度应选哪能一级？若选用量程为300V和500V的电压表，其精度又应分别选哪一级？

3. 用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵敏度为2.5mV/mm。最大线性范围（优于1%）为5mm。现将传感器安装在主轴的右侧，如下图a所示。使用高速记录仪记录下的振动波形如图b所示。问：

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1）轴向振动a m sint的振幅a m为多少？ 2）主轴振动的基频f是多少？

3）为了得到较好的线性度与最大的测量范围，传感器与被测金属的安装距离l为多少毫米为佳？ 4、有一台两线制压力变送器，量程范围为0~1MPa，对应的输出电流为4~20mA。求：

图 电涡流式测振仪测量示意图

1）压力p为输出电流I 的关系表达式（输入/输出方程）。 2）画出压力与输出电流间的输入/输出特牲曲线。 3）当p为0MPa、1 MPa和0.5MPa时变送器的输出电流。

4）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为1~5 V电压，求负载电阻RL的阻值。 5）画出该两线制压力变送器的接线电路图（电源电压为24V）。 6）如果测得变送器的输出电流为5mA，求此时的压力P。

7）若测得变送器的输出电流为0，试说明可能是哪几个原因造成的。 8）请下图中的各元器件及仪表正确地连接起来。

5、用镍铬-镍硅（K）热电偶测炉温时，其冷端温度t0=300C，在直流毫伏表上测得的热电势EAB（t, 300C）=38.505mV，试求炉温为多少？（注：镍铬-镍硅热电偶K分度表EAB（300C, 00C ）=1.203mV）。[ 镍铬-镍硅热电偶K分度表附后]

镍铬-镍硅热电偶K型分度表（自由端温度为00C） 工作端温度热电势 工作端温度热电势 工作端温度热电势 工作端温度热电势 /0C 10 20 30 40 /mV 0.397 0.798 1.203 1.612 /0C 490 500 510 520 /mV 20.218 20.644 21.071 21.497 /0C 910 920 930 940 /mV 37.725 38.124 38.522 38.918 /0C 1330 1340 1350 1360 /mV 53.451 53.795 54.138 54.479 第 7 页 共 8 页 自动化仪表复习题

50 2.203 530 21.924 950 39.314 60 2.436 540 22.350 960 39.708 70 2.851 550 22.776 970 40.101 80 3.267 560 23.203 950 40.494

综合题

1、P149 5题

2、简述电容式油量表工作原理（P86） 3、如图所示：分析路灯控制器工作原理

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