2009下检测与转换ABC卷标准答案1

注: 单位,正负号 (10分)

2.某次等精度测量所得测量数据为10.40,10.41,10.43,10.31,10.39,10.44,10.42,10.40,10.40,10.43,10.44,10.39,10.42,10.41,10.43。试按拉依达准则判别这组数据中是否含有粗大误差。(10分) 解:求15个数据的平均值:X=10.41, (1分)

剔除X4后剩下的14个数据的残差均满足,故再无粗大误差。 (10分)

3.如图1所示为等强度梁测力系统,R1为电阻应变片,应变片灵敏度系数k?2.05,未受应变

?4时R1?120?,当试件受力F时,应变片承受平均应变??8?10,求

每个测量值Xi的残差Vi?Xi?X(2分)及其平均值V2i(3分)列成表格,由

贝塞尔公式可求出标准偏差:

???nV2ii?1n?1?0.014314?0.03196 (4分) 根据拉依达准则,表中第4个数据的残差 第1套

课程名称:信号检测与转换 课程编号 适用专业:应电04-1-2 共5页

第4页

V4?0.10?3??0.09588, (5分)

故可确认X4?10.31数据中含有粗大误差,

X4应从数组中剔出。 (6分) X4剔出后,

剩下的14个数据的平均值X后=10.417, (7分)

将此时每次测量Xi的残差及其平方值再次列成表格,由贝塞尔公式计算此时的标准偏差为:

n2i?*??V*i?1?0.004006n?113?0.01755 (8分) 3?*?3?0.01755?0.05265 (9分) (1)应变片电阻变化量?R1和电阻相对变化量?R1/R1。

(2)将电阻应变片置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3V,求电桥输出电压是多少。(10

分)

第1套

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第5页 ?R解: (1) R?K??2.05?8?10?4?1.64?10?3 (3分)

?R?R?K???120?1.64?10?3??0.1968??0.197?(6分)

(2)

Uo?14K?Ui?0.25?1.64?10?3?3?1.23mV (10分)

4.已知在其特定条件下材料A与铂配对的热电势EA?Pt(T,To)?13.967mV,材料B与铂配对的热电

势EB?Pt(T,To)?8.345mV,试求出此条件下材料A与材料B配对后的热电势。 (5分)

解:

EAB(T,T0)?EAC(T,T0)?ECB(T,T0)?13.967?8.345mV?5.622mV (5分)

5 .某霍尔元件

l?b?d为1.0?0.35?0.1cm3沿l方向通以电流I?1.0mA在垂直lb面方向加有 均匀磁场

B?0.3T,传感器的灵敏度系数为22V/A.?T,试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 - 9 -

(5分)

(q?1.602?10?19C) 解:

UIBH?RH?d?KHIB?22VA?T?1.0mA?0.3T?6.6mV (2分) RH?111nq?n?1Rq?K?HHdq22V/A?T?0.1cm?1.602?10?19C?2.84?1020/m3 (5分)

三、推导题

许多机械设备的角度位移检测往往采用电容器 传感器,其结构如图1所示。一极板为定极板, 另一极板为动极板。两极板的面积为S,相互之 间的距离为d,介电常数为ε,试推导出转动的 角位移θ和输出电容值的表达式。

F

四、计算题(共23分)

R1 R2

1.四相同的应变电阻R1~R4,其阻值在未 受力时为110Ω,K=2,用作600μm/m的

R3 R4 传感器元件,如图2所示。求ΔR,ΔR/R。图2(第四题图)

若用电桥测量电路,试画出相关测量电路,

如电桥电源U=4V,求相应的输出U0。如应

变片所受应力减少,使相应的输出U0降至2mV,求此时的应变值。 2.某温度传感器的测量范围为-50~250oC,其允许的最大误差为±3oC。问此传感器的精度等级为多少?当测量到50oC和200oC时,其最大误差分别是多少?怎样合理选择仪表的量程?

五、分析题

图3(第五题图)

试分析图3的热电偶冷端温度补偿原理并指出热电偶的极性。 六、设计题

试用光电传感器设计一个转速测量电路。要求画出相关结构图和测量电路图,并说明测量原理。

一、填空题答案

1.线性度、迟滞、重复性、灵敏度2.整流辨向、消除零点残余电压 5.提高分辨率

二、简答题答案

1.霍尔传感器的工作原理是什么?(10分) 1.答:如图所示的金属或半导体薄片,若在它的两端 通过控制电流I,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强 度为B的磁场,那么,在垂直于电流和磁场方向上将产 生电动势UH 。这种现象称为霍尔效应。(4分)霍尔效 应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果,

- 10 -

当电场作用在运动电子上的电场力fE与洛伦兹力fc相等时,电子积累便达到动态平衡。这时,在薄片两横断面之间建立的电场称为霍尔电场EH,相应的电动势称为霍尔电动势UH,其大小表示为:(4分)

UH?RHIBd (2分)

2)若用电桥测量电路,相关电路图如右图所示 若电桥电源U=4V,则

U0?Uk??4?1.2?10?3?4.8?10?3V?4.8mV(5分)

3)若U0降至2mV,则

2.莫尔条纹的特点是什么?(10分) 2.答:莫尔条纹的特点是:

1)莫尔条纹的移动量、移动方向与光尺的位移量、位移方向具有对应关系。(3分)

2)w?d/?,莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用。当?很小时,w对d有几百倍的放大作用(d为光栅距)。(4分)

U02mV????250?m/mkU2?4V (3分)

2.解: 1)

?Am?2500C?(?500C)?3000C?xm?30C?xm30C??m??100%??100%?1 m300C3)莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用。(3分) 三、推导题答案

1)当?=0时,此时两板的遮盖面面积为S,所以此时

C0??Sd (3分) 精度等级k?1 (4分)

2)当测量到500C和2000C时,其最大误差仍为3度,因此所测温度值越接近测量范围的上限,则相对误差越小。(3分)

2)当?≠0时,此时两板的遮盖面积要发生变化,因为?在0~?之间变化,所以当转过?角时,此时两板的遮盖面积为S?S?(?/?)S?(1??/?)S(4'分),则

3)所以,测量值应选择:Ax?2Am3。(3分)

Cx??S'd五、分析题 ?S(1??/?)??C0(1??/?)d (3分) R3

U0

EAB(t1,t0)?EAB(t1,tn)?EAB(tn,t0)答:1)分析电桥:在某一温度时,电桥处于平衡状态R1?R2?R3?RCU,此时Uab?0,电桥对仪表的读数无影响。当温度高于此温度时Rcu增加,电桥平衡被打破,a点的电位高于b点的电位,产生一不平衡电压Uab,它与热端电势相叠加,一起送入测量仪表。适当选择桥臂电阻和电流的数值,可使电桥产生的不平衡电压Uab正好补偿由

四、计算题答案 1.解: 1)

(5分)

R2

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于冷端温度变化引起的热电动势变化值,满足公式: 仪表即可指示出正确的温度。(7分)

2)分析热电偶:电桥作为补偿电桥工作,由中间温度定律,Uab应该补偿冷端温度不为0时的Eab(t0,0),此时热电偶的输出电压为Eab(t,t0),加载在毫伏表上的电压值应该反映Eab(t,0),因此,热电偶的电压和Uab的方向一致,左负右正。(6分)

六、设计题(10分)

答:1.光电转速传感器结构(如下图)

光电转速传感器的工作原理是:光电式转速传感器工作在脉冲状态下,将轴的转速变换成相应频率的脉冲,然后测出脉冲频率就可测得转速的数值。频率可用一般的频率计测量。光电器件多采用光电池、光敏二极管很光敏三极管。下图为其脉冲转换电路

电路工作原理是:图中BG1为光敏三极管,当光线照射BG1时,产生光电流,使R1上压降增大,导致晶体管BG2导通,触发由晶体管BG3和BG4组成的射极耦合触发器,使U0为高电位;反之,U0为低电位。该脉冲信号U0可送到测频电路,从频率值可得到转速为:N=60f (转/分)

现代检测技术(A卷)

一、填空题(本大题共30分,每小题3分)

(1)人类认识世界,探索自然规律,需要用 检测技术 和 测量仪器 来增强人的

视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉,可以说 检测技术 和 测量仪器 的发展代表着科技进步的前沿,是科技发展的支柱。

(2) 是现代信息链(信息获取----处理----传输----应用)中的源头技术。新技术革命的关键技术是信息技术,信息技术由 、计算机技术和通讯技术三部分组成, 则是关键和基础。

(3)测量是以确定 为目的的一组操作,包括 或 的操

作。误差分为 系统误差、随机误差、疏忽误差 、 和 三种。

(4)分辨率的定义: 。

- 12 -

(5)变送器的定

义: 。

(6)光和物质的相互作用有三种不同的基本过程: 、 和 (8)超声波检测中常用的换能器有 和 。 (9)微波的特点: 、 、 和 。 三种。

(7)激光的“四高”特点: 高方向性、高亮度、高单色性、高相干性。 (8)根据光纤的传感原理,光纤传感器分为 单模光纤 和 多模 光纤 两类。 (9)常用的超声探伤方法有 、 和 三种。 (10)

粒子实际上是 ,

粒子实际上是 ,

辐射

和辐射本质上是 。

(1) 绘图并证明:当光源和光接收器沿同一直线方向运动时的多普勒频移

,式中

为光源发射的光波频率,,

分别为光

源和光接收器的运动速度。 (2) 绘图并证明:阶跃光纤的数值孔径为

,其中

纤芯

的折射率,

包层的折射率。

(6) 实验室、工业

(7) (8) 测量仪表输出量响应的变化除以对应的输入量激励的变化值 (9) 使测量仪表产生未察觉的响应变化的最大激励变化值 (

6)产生激光的必要条件是 。 (7)根据光纤能传输的模式数目,可分为 和 。

(10)红外无损检测的特点: 、 、 和 。

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