複習思考題
一、基本概念題
1. 測試過程中，若所測試的訊號不隨時間變化或變化非常緩慢，稱這種測試稱為靜態測試。如果所測試的訊號隨時間週期變化或變化很快，這種測試稱為動態測試。
2. 感測器是把被測量轉換成易於變換、傳輸和處理的一種器件或裝置。
3. 按構成原理分類，電阻應變片、熱敏電阻、壓電晶元屬物性型感測器。
4. 按構成原理分類，電容感測器、自感型電感式感測器屬結構型感測器。
5. 為提高和改善感測器的技術效能，可採取以下技術措施：差動技術、平均技術以及補償與修正技術。
6. 感測器的定度曲線（或標定曲線）與擬合直線之間的偏離程度稱為感測器的線性度。
7. 感測器的靈敏度是指穩態時，輸出變化量與輸入變化量之間的比值。
8. 對於一階感測器系統，當其時間常數（或τ）越小，其頻率響應特性越好。
9. 激波管標定系統中，激波管的作用是一種動態標定裝置，能產生階躍壓力訊號輸出。
10. 金屬電阻應變片的規格一般以面積（或長×寬）和初始阻值表示。
11. 用電阻應變片測量構件的變形，影響電阻應變片電阻變化的因素有：應變片的靈敏度和初始阻值、被測構件的應變數、以及應變片沿構件的貼上方向。
（因為：△r=kεr，k為靈敏度，r為應變片初始阻值，ε被測構件的應變數）
12. 將電阻絲繞成應變片後，由於存在橫向效應，其靈敏係數一般會減小。
13. 在電橋測量中，由於電橋接法不同，輸出電壓的靈敏度也不同，全橋接法可以得到最大靈敏度輸出。
14. 應變片的溫度誤差補償方法通常可分為：橋路補償法、應變片自補償法。
15. 根據工作原理，變氣隙型自感式感測器的靈敏度具有理論上的非線性。
16. 電渦流接近開關結構簡單，根據其工作原理，不可用來進行類似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的檢測。
17. 在差動式自感感測器中，若採用交流橋路為變換電路，常出現零點殘餘電壓現象，該現象使感測器靈敏度下降，靈敏閾值增大，非線性誤差增大。
18. 差動變壓器式位移感測器是將被測位移量的變化轉換成線圈互感系數的變化，兩個次級線圈要求反向串接。
19. 電容感測器的轉換電路包括：交流電橋、變壓器電橋、調頻電路、運算放大器電路。
20. 壓電式感測器是一種可逆型感測器，即可將機械能轉換為電能。也可反之實現逆向變換。
21. 壓電感測器中壓電晶元的等效電路，可以看作是乙個電荷源與乙個電容器的併聯。
22. 壓電感測器測量電路常接電壓或電荷放大器。其中若感測器輸出接電荷放大器，則其輸出基本不受連線電纜長度的影響。
23. 壓電式感測器的測量電路中，前置放大器的作用是阻抗變換和訊號放大。
24. 目前，用壓電陶瓷製作的力感測器一般不能用於測量靜態力，而只能用來測量動態力。
25. 熱電偶熱電動勢的形成是由於接觸電動勢和溫差電動勢共同作用的結果。
26. 若組成熱電偶的兩導體材料相同，當參比端溫度為20℃、工作端溫度為100℃時，則其輸出熱電勢為零。
27. 熱敏電阻的阻值與溫度之間的關係稱熱敏電阻的熱電特性。它是熱敏電阻測溫的基礎。
28. 熱敏電阻其溫度與阻值之間一般呈非線性關係，且一般不具有互換性。
29. 請寫出你所知的幾種常見光電檢測器件的名稱：光敏電阻 、光敏二極體和光敏三極體（還有光電管、光電池、電荷耦合器件ccd）等。
30. 隔離放大器有變壓器耦合式、光電耦合式和電容耦合式三種，它們都起到隔離無用訊號和放大有用訊號的作用。
31. 抗干擾是測試系統必須採用的技術。常用抗干擾技術包括：隔離技術、濾波技術、遮蔽技術和接地技術
32. 週期訊號的頻譜特點有哪些？
33. 隨機過程的主要特徵引數？
34. 自相關、互相關的定義、應用。
35. 自功率譜、互功率譜的定義、應用。
36. 取樣定理？
37. 洩漏與加窗處理的定義、應用
38. 柵欄效應？
39. 靜態誤差、動態誤差？
40. 系統特性的描述方法？
二、簡答題
1. 感測器的靜態特性以及描述靜態特性的主要技術指標？
2. 感測器的動態特性以及描述動態特性主要技術指標？
3. 金屬電阻應變片半導應變片的工作原理有何區別？各有何優缺點？
4. 應變片測量時為什麼要進行溫度補償？常用溫補方法有哪些？
5. 電容式感測器的變換原理和結構型式？舉例說明其應用。
6. 壓電感測器的特點及應用。
7. 熱電偶冷端補償的必要性？常用冷端補償有幾種方法？
8. 壓阻效應和壓電效應的區別？舉例說明應用。
三、計算與分析題 (3小題，共36分)
例1 一台精度為0.5級、量程範圍600～1200℃的溫度感測器，它最大允許絕對誤差是多少？檢驗時某點最大絕對誤差是４℃，問此表是否合格？
解： 根據精度定義表示式%，並由題意已知
ａ＝0.5％，ｙｆ．ｓ＝（1200-600）℃，得最多允許誤差
0.5％×（1200-600）＝３℃
此溫度感測器最大允許誤差位３℃。檢驗某點的最大絕對誤差為４℃，大於３℃，故此感測器不合格。
例2 變間距形平板電容感測器，當時，若要求測量線性度為0.1%。求：允許間距測量最大變化是多少？
解： 當變間距平板型電容感測器的<<1時，其線性度表示式為
由題意故得，即測量允許變化量。
例3 單組式變面積型平板形線位移電容感測器，兩極板相互覆蓋的寬度為6mm，兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質為空氣，試求其靜態靈敏度?若極板相對移動2mm，求其電容變化量？
（已知：真空中的介電常數為ε0=8.85×10－12 f/m）
解：單組式變面積型平板線位移電容感測器，其電容量的計算式為：
，本題中b=6mm，δ=0.5mm，故靜態靈敏度為：
＝＝1.06×10－10 ( f/m )
極板相對移動2mm，其電容變化量：
（f）例4 壓電式壓力感測器靈敏度s1= 9 pc / pa，將它和一台靈敏度為s2=0.005v/ pc的電荷放大器連線，其後再接入靈敏度為s3=25mm / v的光線示波器，試繪出這個測試系統的框圖，並計算其總靈敏度？
解：測試系統框圖如下：
根據靈敏度的定義，總靈敏度為：
例5 進行某次動態壓力測量時，所採用的壓電式力感測器的靈敏度k1為50.0 pc/mpa，把它和一台靈敏度k2可調的電荷放大器連線，放大器的輸出又接到一台靈敏度為k3=10mm/v的筆式記錄儀上。試：
① 繪出該測試系統的框圖；
② 若當壓力變化為2.0mpa時，為使記錄筆在記錄紙上的位移不大於50mm，則電荷放大器的靈敏度k2應調至多大？
解：計算方法同例3相似，省略詳細解。
例6 一應變片的電阻r0=120ω，k=2.05，用作應變為800μm/m的感測元件。
(1) 求△r與r/r△；
(2)若電源電壓ui=3v，求其惠斯通測量電橋的非平衡輸出電壓u0。
例7 以若干阻值r=100，靈敏度k =2的電阻應變片與阻值r=100的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10v。當工作應變為=1×10－3時，若要使輸出電壓大於12mv，問：
1 可採用何種接橋方式？
2 計算當輸出阻抗為無窮大時，電橋的輸出電壓值？
解：當靈敏度k =2、阻值r=120的應變片受到工作應變為=1×10－3時的電阻改變量為：
計算當輸出阻抗為無窮大時，我們分別以半橋單臂、半橋雙臂和全橋計算電橋的輸出：
半橋單臂時：
半橋雙臂時：
全橋時：
顯然，①只能採用全橋電路；②此時全橋電路輸出為20mv.
例8 有人在使用電阻應變儀時，發現靈敏度不夠，於是試圖在工作電橋上增加電阻應變片以提高靈敏度。試問，在下列情況下：
①半橋雙臂各串聯一片。②半橋雙臂各併聯一片。是否可提高靈敏度？說明為什麼？
例9 如果將100ω的應變片貼在柱形彈性試件上，該試件的截面積s=0.5×10-4m2，材料彈性模量e=2×101ln/m2。若由5×104n的拉力引起應變片電阻變化為1ω，求該應變片的靈敏係數k。
解：試件在拉力f=5×104n作用下，其橫截面受到的正應力σ為：
在此應力作用下，相應的應變ε為：
在此應變下， 100ω的電阻應變片電阻變化為１ω，即：
故可求得應變片的靈敏度係數 k 為：
例10 將乙隻靈敏度0.08mv/℃的熱電偶與電壓表相連，電壓表接線處溫度為50℃。電壓表上讀數為60mv，求熱電偶熱端溫度。
解法1： 根據題意，電壓表上的毫伏數是由熱端溫度t，冷端溫度為50℃產生的，即：
e（t，50）=60mv
又因為： e（t，50）= e（t，0）－e（50，0） 則：
e（t，0）= e（t，50）+e（50，0）＝60+50×0.08＝64 mv
所以熱端溫度ｔ＝64/0.08=800℃。
解法2： 已知熱電偶靈敏度為常數0.08mv/℃，說明所測溫度與熱電偶輸出成線性關係，可設：
e(t)=kt+a= 0.08t+a（其中：t為工作端溫度，a是待定常數。
）因電壓表接線端為50 ℃。則當測端溫度也為50 ℃時，有：
e（50）= 0 推出： a=－4mv，
故e(t) = 0.08t －4
當電壓表測得數值為60mv時，即：60 =0.08t－4
t = 800 ℃
地下工程測試技術複習題
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無機材料測試技術複習題
一 選擇題 本題滿分10分，每題1分 1 1895年，德國物理學家 發現了x 射線。a 勞厄 b 倫琴 c 布拉格 d 德拜 2 晶胞中原子的位置能夠反映出乙個衍射花樣的哪乙個特徵 a 衍射線的強度 b 衍射線在空間的分布規律c衍射線的強度及其在空間的分 布規律 d具體情況具體分析 3 下列那個指標...
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