自动检测技术--物位测量(及课后答案)
自动检测技术及应用课后习题答案PPT65页
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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自动检测技术(第二版)课后题答案
有关修改的说明红色字：建议删去的文字 绿色字：建议增加的文字黄色字：认为原稿中可能有问题的文字，请仔细考虑 灰色字：本人的说明性文字公式和图的带黄色的编号不用管他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3001300==∆∆=x u k mv/mm1.6 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2.0)025(1max ⨯-=∆％＝0.05MPa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5.1)05.2(2max ⨯-=∆％＝0.0375MPa显然1max ∆>2max∆，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。
《自动检测技术（第3版）》习题与思考题解答（9）
习题与思考题解答（第9章） １．什么是霍耳效应？解：在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，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，这种现象称为霍耳效应。
利用霍耳效应制成的元件称为霍耳传感器。
２．为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍耳元件？解：载流体的电阻率 ρ 与霍耳系数 R H 和载流子迁移率 μ 之间的关系为H =R ρμ 霍耳电压 U H 与材料的性质有关。
材料的 ρ、μ 大，R H 就大。
金属 μ 虽然很大，但 ρ很小，故不宜做成元件。
３．为什么霍耳元件一般采用Ｎ型半导体材料？解：在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，即 μn ＞μp ，所以霍耳元件一般采用Ｎ型半导体材料。
４．霍耳灵敏度与霍耳元件厚度之间有什么关系？解：霍耳电压 U H 与元件的尺寸有关。
根据式H 1=K nqd，d 愈小，K H 愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都比较薄，但 d 太小，会使元件的输入、输出电阻增加。
5．一块半导体样品如图9-1所示，其中d =1.0mm ，b =3.5mm ，l =10mm ，沿 x 方向通以I =1.0mA 的电流，在z 轴方向加有B =100T 的均匀磁场，半导体片两侧的电位差U =6.55mV 。
（1）这块半导体是正电荷导电（P 型）还是负电荷导电（N 型）？（2）求载流子浓度为多大？解：1）根据图9-1应是N 型半导体。
2）由于 H H =U K IB得出32H H 36.5510= 6.55101.01010V A T 0U K IB ---⨯==⨯⨯⨯ ／（） 设载流子浓度为 n ，由于H 1=K nqd，则 2432032193H 110.09510/m 95010/m 6.5510 1.60210110n K qd ---===⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯个个6．某霍尔元件尺寸为L =10mm ，W =3.5mm ，d =1.0mm ，沿L 方向通以电流I =1.0mA ，在垂直于L 和W 的方向加有均匀磁场B =0.3T ，灵敏度为22V ／（A ·T ），试求输出霍尔电势及载流子浓度。
自动检测技术及应用(选择题答案)(1)
考试安排：星期天1点30到3点30在3-101考运动控制；4点到6点在3-101考工厂供电；7点到9点在4-101考微机。
自动检测技术及应用——梁森选择题答案1.单项选择题1）某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为__C__级，另一家仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买__B__级的压力表。
A. 0 .2 B. 0 .5 C. 1 .0 D. 1.52）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是__B__。
A.绝对误差B.示值相对误差C.满度相对误差D.精度等级3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的__C__左右为宜。
A.3倍 B.10倍 C.1.5倍 D.0.75倍4）用万用表交流电压档（频率上限仅为5kHz）测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于__D__。
用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于 A 。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了__D__。
A.提高精度B.加速其衰老C.测试其各项性能指标D.提高可靠性2.各举出两个非电量电测的例子来说明1）静态测量； 2）动态测量；3）直接测量； 4）间接测量；5）接触式测量； 6）非接触式测量；7）在线测量； 8）离线测量。
3.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求：1）该表可能出现的最大绝对误差为__A__。
A. 1℃B. 0.5℃C. 10℃D. 200℃2）当示值为20℃时的示值相对误差为__B__，100℃时的示值相对误差为__C__。
自动检测技术及应用课后习题答案
第二版检测技术的选择题（上）2011年01月06日星期四 14:57第一部分思考题与习题答案1.单项选择题1）某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为 C 级，另一家仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买 B 级的压力表。
A. 0 .2B. 0 .5C. 1 .0D. 1.52）某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是 B 。
A.绝对误差B.示值相对误差C.满度相对误差D.精度等级3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 C 左右为宜。
A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍4）用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于 D 。
用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于 A 。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了 D 。
A.提高精度B.加速其衰老C.测试其各项性能指标D.提高可靠性2.各举出两个非电量电测的例子来说明1）静态测量； 2）动态测量；3）直接测量； 4）间接测量；5）接触式测量； 6）非接触式测量；7）在线测量； 8）离线测量。
3.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求：1）该表可能出现的最大绝对误差为 A 。
A. 1℃B. 0.5℃C. 10℃D. 200℃2）当示值为20℃时的示值相对误差为 B ，100℃时的示值相对误差为 C 。
A. 1℃B. 5％C. 1％D. 10％4.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 B 级。
《自动检测技术及仪表控制系统》课后习题答案
分章节知识点C11．开闭环仪表各有何优缺点？P6-72．检测系统的静/动态特性有哪些？P7-103．一阶系统的计算；4．仪表的误差与等级方面的计算。
C21．检测技术的一般原理P29-302．检测仪表的组成与各部分的作用 P2图1。
1或P97图3。
13．检测仪表的设计方法按结构形式来分主要有四类，即简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换 P100-108C3对位移、力与压力、振动、转速、温度、物位、流量、成分等常用工程量作测试，按提出的测试要求，设计测试方案，选传感器，分析方法，测试步骤，预期结果。
参习题C4 虚拟仪器的特点。
一简答题1．测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为几类，各是什么？答：测量压力的仪表，按其转换原理的不同，可分为四大类，分别为：1）液柱式压力计；2）弹簧式压力计；3）电器式压力计；4）活塞式压力计。
2．测量的基本方程式是什么？它说明了什么？答：3．测量物位仪表按其工作原理主要有哪些类型？答：1）直读式物位仪表；2）差压式物位仪表；3）浮子式物位仪表；4）电磁式物位仪表；5）和辐射式物位仪表；6）声波式物位仪表；7）光学式物位仪表。
4．什么是温度？温度能够直接测量吗？答：温度是表征物体冷热程度。
温度不能直接测量，只能供助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同变化的特性来加以间接测量。
5．什么是压力式温度计，它是根据什么原理工作的？答：应用压力随温度的变化来测量的仪表叫压力式温度计。
它是根据在密闭系统中的液体。
气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理制作的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。
6．差压变送器的检测元件为什么要做成膜盒结构，用单膜片行不行？答：因为膜盒组件在使用的差压范围内，具有很好的灵敏度和线性，而当差压超过使用范围时，即单向过载时，膜盒不但不坏，而且也极少有影响；由于膜盒内充有硅油，它除了传递压力之外，还有限尼作用，所以仪表输出平稳；由以上可知单膜片不能耐单向过载，尽管它加工方便，灵敏度高，不宜使用。
《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波 主编)
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。
1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。
1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。
（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。
（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。
1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。
（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
自动检测技术及应用课后习题答案(有大题)(课堂PPT)
一、选择题： 1、B，A
2题：(略)
2、B
3、C
4、B，A
5、D
3题：1、200×0.5%=±1℃。 2、1/20×100%=±5%；1/100×100%=±1%。
4题：1、(240×0.6%)/250=0.576%，下近0.5级，应选择0.5级。 2、(240×0.6%)/300=0.480%，下近0.2级，应选择0.2级； (240×0.6%)/500=0.288%，下近0.2级，应选择0.2级。
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关于数字表显示位及位数的概念介绍
数字多用表（Digital Multimeter,简称DMM）的显 示位数目前一般为3位～8½位（即8½位，以下同）。具 体地说，有3位、3½位、32/3位、33/4位、4½位、43/4位、 5½位、6½位、7½位、8½位等。最近国外还推出83/4位、 10½位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表 位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题，A/D 转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的精确 度，还必须掌握正确的使用方法。
5题：1、0.5级，0～500N量程相对误差： (500×0.5%)/70=3.57% 1.0级，0～100N量程相对误差： (100×1.0%)/70=1.43% 选1.0级，量程范围为0-100N的较好。
6题：1、0.1℃；(0.1/199.9)×100%=0.05%；
2、199.9×0.5%=1.0℃；(1.0/199.9)×100%=0.5%；
2、 变小、不平衡、调节零点、限幅、左边。
3、 0.02。
4、偏小、气化带走热量、氧化/腐蚀。
5、PTC热敏电阻。
2 6、（略）。
8
10题：(略)。
11题：1、还原型、越大； 2、加速吸附/电离、200-300℃、大； 3、降低； 4、升高、右边； 5、污染/腐蚀等； 6、扬声器。
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主要内容：
7.1 浮力式液位测量 7.2 静压式液位测量
7.3
电容式液位测量
7.4 超声波物位测量
7.5
雷达物位测量
一、概述 物位：指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。 物位测量的目的：正确地测量容器或设备中储藏物质的容 量或质量。 物位测量的意义：计量物料消耗和产量，保证连续生产和 设备安全的重要参数。
c—弹簧刚度；x—弹簧压缩位移
初态： cxAHgW
末态： c x x A H H x g W
上两式相减： cxHxgA
xcAAggHKH
浮筒产生的位移与液位变化成比例
变浮力法测量液位原理：将液位的变化转变为力的变化，然 后再将力的变化转变为机械位移
7.1.2 恒浮力式液位计
（1）磁浮子式液位计（浮球式液位计） 原理：根据液位变化时，漂浮在液体表面的浮子随之同步
移动的原理而工作。
测量要求： 1. 用于温度、粘度较高而压力不太高的 密闭容器； 2. 仅适合窄范围液位的测量
使用要求： 1. 要避免浮球脱离，保证浮球，链杆与转动轴之间的连 接切实可靠； 2. 浮球表面有附着物时，要重新调整零位，一经调好， 平衡重物便不能在随意移动。
F=D 42Hg H FD 4 2g
增加浮子直径D可减小仪表不 灵敏区，提高测量精度。
不灵敏区 小，抗波 浪性差
抗波浪性较好， 不灵敏区较小， 易加工，使用 广泛
抗波浪性好， 但精度差， 不灵敏区较 大
(2)变浮力法液位检x x A H H x g W
（2）磁翻板液位计 结构原理：根据浮力原理和磁性耦合作用研制 而成。当被测容器中的液位升降时，液位计主 导管中的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢 通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻 柱翻转180°，当液位上升时，翻柱由白色转 为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色， 指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实 际高度，从而实现液位的指示。
优点：结构简单；读数直观，精确可靠； 维修方便，价格低廉。
缺点：只能就地指示，信号不能远传。
玻璃管液位计
7.1 浮力式液位测量 7.1.1 测量原理 （1）恒浮力法液位测量
W F G
W：浮子重力
F： 浮 子 浮 力
G： 平 衡 物 重 力
液位上升时，浮子被浸没 的体积增加，浮力F增加，浮 子向上运动，直到重新满足平 衡关系为止，浮子停留在新的 液位高度上。
特点：1、测量范围大，不受贮槽高度限制。 2、结构简单，安装方便，维护费用低。3、 耐腐蚀、无需电源、防爆。4、适合容器内液 体介质的液位、界位的测量。除现场指示，还 可配远传变送器、报警开关、控制开关，检测 功能齐全。
7.1.3 变浮力式液位计
扭力管式浮筒液位计
作为液位检测元件的浮筒垂直地悬挂在杠杆的一端，杠杆 的另一端与扭力管芯轴的一端垂直地固结在一起，并由固定在 外壳上的支点所支撑。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外 壳上。芯轴的另一端为自由端，用来输出角位移。
度而变化的原理。 光学式物位仪表：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。 声波式物位仪表：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波
的遮断和声波反射距离的不同，测出这些 变化就可测知物位。根据工作原理分为声 波遮断式、反射式和阻尼式。
直读式物位仪表
原理：根据连通器原理，从玻璃管或玻璃 板上的刻度读出液位的高度。
舌簧管
磁浮子舌簧管液位变送器
1.下端封闭的不锈钢管 2.条形绝缘板 3.舌簧管 4.电阻 5.佛珠形浮子 6.环形永磁铁氧体
基于浮力和静磁场原理：浮球中的磁体和传感器（磁簧开 关）作用，使串连入电路的元件（如定值电阻）的数量发 生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。
磁浮子舌簧管液位变送器 基于浮力和静磁场原理
扭力管液位计当液位低于浮筒时，浮筒的全 部重量作用在杠杆上，因而作用在扭力管上的扭 力力矩最大，扭力管带动芯轴扭转的角度最大(朝 顺时针方向)，这一位置就是零液位。当液面高于 浮筒下端时，作用在杠杆的力为浮筒重量与其所 受浮力之差。因此，随着液位升高，浮力增大而 扭力矩逐渐减小，扭力管所产生的扭角也相应减 小(朝逆时针方向转回一个角度)。在液位最高时， 扭角最小，即转回的角度最大。这样就把液位变 化转换成芯轴的角位移，再经传动及变换装置将 角位移转换为电信号远传或显示、记录。
其实质是将液位的变化转 换为机械位移的变化。
分析：
1. 被测介质温度或成分的变化会引起介质密度的变化，从 而使△h发生变化，引起测量误差。
W G F = D 42 h g h4 W D 2 G g
2. 只有△F大到能够使浮子动作时，才能反应出液位的变 化，产生仪表的不灵敏区。
几个概念： 在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗
粒状物质的堆积高度叫料位。 测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位
计，测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面 计。
在物位检测中，有时需要对物位进行连续检测，有时 只需要测量物位是否达到某一特定位置，用于定点物位 测量的仪表称为物位开关。
优点：耐高温、耐高压，测量精度高、 可靠性好、调整方便、测量范 围广、经久耐用。可用于易燃、 易爆场合。
缺点：对于粘度大的介质，反应变化 比较慢 。
7.2 静压式液位测量 7.2.1 测量原理
容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关：
p g H
ρ为介质的密度，对于固体颗粒， ρ应理解为堆积密度 由于物料（液体）上方的自由空间有压力p0,则根据静力学 原理，有
pp0Hg
按其工作原理分为 直读式物位仪表：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。 差压式物位仪表：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的
原理而工作。 浮力式物位仪表：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的
原理工作。 电磁式物位仪表：使物位的变化转换为一些电量的变化，如
电容。 核辐射物位仪表：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚