检测技术题库_概念解释_答案

“检测技术与钻井工程仪表”课程试题库参考答案

二、概念解释题（每题15 分）

1.检测系统的各个组成部分通常以信息流的过程来划分，一般由信号采集、信号处理（变换）和结果表达（显示、记录）三部分组成（如图1所示）。举二个钻探（井）工程中的实际例子说明检测系统组成。

图l

参考答案：例一，（1）被测信号：钻压，物理量：油压；（2）传感器：电阻应变片；（3）中间变换：电桥将电阻变换为电压；（4）显示、记录：数字电压表等。例二，（1）被测信号：流量，物理量：流动速度；（2）传感器：涡轮流量计；（3）中间变换：涡轮将速度信号变换为脉冲频率；（4）显示、记录：频率计数装置。

2.仪表使用一段时间后必须对其进行标定，请解释标定的内容与方法。

参考答案：必须选择一精度更高的同类传感器对该仪表进行标定。标定时，让被测量按一定的间距取值，从精度更高的传感器读数并画出标定曲线（一般为直线），再与该仪表的实测曲线对比，可确定仪器的线性度。

3.请解释传感器及仪表的回程误差（滞环）。

参考答案：实际测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对应于同一个输入量往往有不同的输出量，即输出-输入特性曲线不重合的程度叫滞环，这种现象是由于仪表元件的能耗所致。

4.请解释传感器及仪表的负载效应及其在工程检测应用中的注意事项。

参考答案：任何检测仪表（装置或系统）总需要从被测对象中（或各环节间）吸取一些能量，这势必改变被测量的真实数值，从而引起测量误差，这种现象即称为装置或系统的“负载效应”。在工程检测应用中应注意输出环节的输出阻抗应愈小愈好；而负载环节的输入阻抗必须越高越好。

5.有三个电压表，其精度和量程分别为1.5级100mv；1.0级200mv和0.5级1v，若用上述电表测量85mv的电压，可能产生的相对误差各是多少？根据这一结果说明选择仪表时量程和精度等级应如何考虑？

参考答案：可能产生的相对误差分别是：100mv×1.5%=1.5 mv，200mv×1.0%=2.0 mv，1000 mv

×0.5%=5 mv。说明选择仪表时，其量程和精度等级应综合考虑，既要选择精度等级较高的仪器，又应使被测值尽量接近仪表的满量程，这样测量结果越精确，即“2/3以上范围使用”原则。

6.请举例解释随机误差、系统误差和疏失误差（粗差）的含义。

参考答案：在同一条件下，多次测量同一被测量，会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。随机误差是由于某些无法严格控制的复杂因素造成的，例如，测量环境的无规律振动、电磁场干扰等。系统误差在测量过程中保持恒定或遵循一定规律变化。系统误差产生于测量仪表不准，或测量方法不正确，或介质温度、环境条件对测量仪器的影响等。系统误差可通过仪器校准、补偿等措施减小或消除。疏失误差是明显偏离真值的误差，这种误差的数值和符号没有任何规律。应将该数据从测量结果中剔除。

7.某待测钻机的转速为1000 r/min，现有1.0级精度，量程为1000 r/min及2.0级精度，量程为3000 r/min的两个转速表，请问使用哪一个转速表较好，并说明原因。

参考答案：根据应接近仪表满量程和“2/3以上范围使用”原则，使用精度1.0量程1000 r/min 的转速表较好。因为它的最大绝对误差不超过10 r/min，而使用精度2.0量程3000 r/min转速表的最大绝对误差可能达60 r/min。

8.举例说明传感器的基本功能环节——敏感元件。

参考答案：在工程检测中常用弹性元件作为检测力、力矩、压力等机械量的敏感元件。首先弹性元件在力、力矩、压力等作用下产生变形，再通过其上贴的应变片，或它连接的铁心、线圈把变形转为电阻、电感、电容的变化，最终输出与被测物理量成比例的电量信号。常用弹性敏感元件有：弹簧、弹性柱体、等强度悬臂梁、膜片、波纹管等。

9.举例说明传感器的基本功能环节——传感元件。

参考答案：例如，检测技术中用得最广泛的电阻应变式传感元件。电阻应变式传感元件能把弹性敏感元件的变化转换成电阻值的变化。当弹性敏感元件产生应变时，使应变片敏感栅电阻丝变形，电阻值随变形而改变，便可实现应变-电阻的转换，用来检测位移、力和温度等物理量。

10.图2为柱式应变压力传感器，请指出其中的敏感元件是什么，传感元件是

什么，它们分别在压力测量过程中起什么作用？

参考答案：其中的敏感元件是弹性柱体3，传感元件是电阻应变片2。当

Z方向作用有载荷时，弹性柱体3产生变形，其上的电阻应变片也随之伸长或

缩短，从而引起与作用载荷成比例的电阻变化。再通过电桥可测出与电阻变

化成比例的电压，从而确定Z方向的载荷大小。

图2

11. 请解释等臂电桥的“和差特性”。

参考答案：应变片在直流电桥中有三种基本线路：(a) 单臂接法——桥路中一个桥臂为随被测对象变形的应变片，(b)半桥接法——两个桥臂为工作应变片，(c)全桥接法——四个桥臂为工作应变片。

单臂接法 ε0041K U U S =

半桥接法 )(4

14100εε-=K U U S 全桥接法 )(41432100εεεε-+-=K U U S 电桥的和差特性：若相邻桥臂的应变极性相同，电桥的输出电压与两应变之差有关；若相邻桥臂应变的极性相反，则输出电压与两应变之和有关。实测中常利用和差特性来增大电桥的输出电压。

12. 请解释应变片的温度补偿。

参考答案：由于应变引起的电阻变化很小，温度的干扰将严重影响其测量准确性。温度补偿方法可消除这种干扰，使电桥输出仅与传感器的应变有关。常采用桥路补偿或应变片自补偿两种方法。可在电桥电源回路上另外串接一只温度敏感电阻，以便抵消由传感器温升所增加的虚假信号。应变片自补偿是指选用有温度自补偿功能的电阻应变式传感器。

13. 完善图3并解释霍尔效应。

参考答案：霍尔效应是这样的一种电磁现象：把通有电流I 的导体或半导体置于磁场强度为H 的磁场中，并且磁场方向与电流方向垂直，那么，在垂直于磁场与电流的方向上，将会产生一个正比于电流和磁场强度的霍尔电势：H I K H I h

R U H H H ⋅⋅=⋅⋅= 式中：R H ——霍尔常数，其值取决于材料性能；h ——霍尔元件的薄片厚度；I ——控制电流；H ——穿过元件的磁场强度；K H ——霍尔元件的灵敏系数。

14. 请解释热电偶的工作原理——热电效应。

参考答案：热电效应的实现是把两种不同材质导体A 和B 串接成一闭合回路，如果两结合点间出现温差，则在回路中就有电流产生，两节点间的电动势称为热电势。这两种不同导体的组合称为热电偶。热电势是由两个导体的接触电势和同一导体的温差电势组成。

15. 请解释压电效应，并举例说明其工程应用。

参考答案：某些晶体．当沿着一定的方向受到外力作用时，在晶体的两个特定晶面上便产生符号相反的电荷；外力撤去后，该晶体又恢复其不带电状态。而且，在作用力方向改变时，其特定晶面上电荷的极性也随之改变。称为正压电效应。相反，如果对晶体施加一交变电场激励，晶体本身又会产生机械变形，这种现象则称为逆压电效应或电致伸缩效应。在工程中常采用压电式力传感器来测力，也可做成压电式超声波传感器。