百度文庫-讓每個人平等地提升自我百度文庫-讓每個人平等地提升自我PAGEPAGE37百度文庫-讓每個人平等地提升自我PAGE傳感器與檢測技術習題答案第一章答：隨著我國工業化、信息化步伐加快，現代化建設中的各行各業高效生產對傳感器也檢測技術的依賴逐步加深。比如：先進的傳感器技術助力現代化石油鉆井平臺建設。為了能夠可靠地采集鉆井平臺鈷機塔架上運動部件的終點位置，使用了感應式傳感器。在整個新型鉆井中共使用了60個這樣的感應式傳感器，方形的接近開關對鋼質目標的感應距離增大到20mm,滿足了近海海上勘探工作環境極為惡劣的所有要求。被測對象傳感器被測對象傳感器信號調理 數據采集信號處理輸入設備信號存儲信號輸出信號顯示穩壓電源對于傳感器，一般要求是：①準確性：輸出信號必須反映其輸入量，即被測量的變化。因此，傳感器的輸出與輸入關系必須是嚴格的單值函數關系，最好是線性關系。②穩定性：傳感器的輸入、輸出的單值函數關系最好不隨時間和溫度二變化，受外界其他因素的干擾影響亦很小，重復性要好。③靈敏度：即被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號。④其他：如耐腐蝕性、功耗、輸出信號形式、體積、售價等。 答：功能：信號調理：在檢測系統中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進行檢波、轉換、濾波、放大等，以方便檢測系統后續處理或顯示。信號處理：信號處理時自動檢測儀表，檢測系統進行數據處理和各種控制的中樞環節，其作用和人類的大腦相類似。區別：信號調理作用是把信號規格化，濾除干擾，信號處理則是提取信號中的信息，并對這些信息按照功能要求進行處理。可以說，信號調理是進行信號處理的基礎。組成：信號調理：信號放大、信號濾波、A/D轉換信號處理：主要是各種信號的嵌入式微控制器、專用高速數據處理器（DSP）等 答：分類見表1-1(P8) 答：按照被測參量分類，可以分成測量：電工量、熱工量、機械量、物性和成分量、光學量、狀態量等。 答：1.不斷拓展測量范圍，提高管檢測精度和可靠性2重視非接觸式檢測技術研究3檢測系統智能化第二章 答：隨機誤差：檢測儀器或者測量過程中某些未知或無法控制的隨機因素（如儀器某些原件器件性能不穩定、外界溫度、濕度變化，空中電磁波擾動等）綜合作用的結果。隨機誤差的變化通常難以預測，因此也無法通過實驗的方法確定、修正和消除。但是通過足夠多的測量比較可以發現隨機誤差服從某種統計規律。從而進行消除。系統誤差：產生原因大體有：測量所用的工具本身性能不完善或者安裝、布置、調整不當；在測量過程中的溫度濕度、氣壓、電磁干擾等環境條件發生變化；測量方法不完善、或者測量所依據的理論本身不完善；操作人員視讀方式不當等。系統誤差產生的原因和變化規律一般可以通過實驗和分析查出，因此系統誤差可以設法確定并消除。粗大誤差：一般由外界重大干擾或者儀器故障或不正確的操作引起。存在粗大誤差的測量值一般容易發現，發現后應當立即剔除。答：工業檢測儀器（系統）常以最大引用誤差作為判斷其準確度等級的尺度，儀表準確度習慣上稱精度，準確度等級習慣稱為精度等級。人為規定，取最大引用誤差百分數的分子作為檢測儀器（系統）精度等級的標志，即用最大引用誤差去掉正負號和百分比號后的數字來表示精度等級。答：20*=（V）150*=（V）由計算結果知，表一不僅有更小的絕對誤差，并且其量程對于測量5V的電壓更合理。所以選擇表一。答：馬利科夫準則X==D=>所系系統存在線性系統誤差阿貝—赫梅特準則A==A=<=系統中不存在周期性系統誤差①要求的概率，已知標準差=經過標準正態分布變換，,,=≈經過查表可知φ(x)

x

0x01在區間概率等P=*2-1=②按照95%的置信區間概率查找標準正太分布表，得到P=(X=，由公式得到區間應該為[,+]=[,] 未剔除前，當a=，=[23,12,60,9,30,3,20,6,12,5]=根據Grubbs準則，將243剔除剔除以后，，，查找標準正態分布表得到當置信區間P=，X=經過變換得到區間為[ +] 答：測量誤差總是客觀存在的，但是真值一般是無法準確得到的，因此也就不可能準確的知道測量誤差的準確值，由此引出測量不確定度的概念。答：A類不確定度的評定時應用統計的方法，一般對同一被測參量進行n次等精度測量得到。B類不確定度是在測量次數較少，不能用統計方法計算測量結果的不確定度時。，=1/3*=(cm)=(cm)選取置信率為P=，k=則U=k*=(cm)該工件結果為X=（cm）（P=）第三章 答：測量范圍：是傳感器或檢測儀器按規定的精度對被測變量進行測量的允許范圍。 上下限：測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限。 量程：用來表示測量范圍大小，用測量上限和下限值的代數差表示。 關系：給出傳感器或者檢測儀器的測量范圍便值其測量上下限及量程，反之只給出傳感器或者檢測儀器的量程，卻無法確定其上下限及測量范圍。答：靈敏度：是指測量系統在靜態測量時，輸出量的增量與輸入量的增量之比。分辨力：輸出量發生變化時，輸入量的最小變化量二者不存在必然聯系。 答：有理論直線法、端基法和最小二乘法。精度最高的是最小二乘法，，最差的是理論直線法。答：對于一階系統，決定于時間常數，對于二階系統，取決于固有角頻率，阻尼比，放大倍數k.。對于一個系統而言，延遲時間、上升時間，響應時間，峰值時間等，是一個系統動態性能好壞的反映。 答：幅度特性表達式為，誤差為11%，誤差為14% 答：不失真測量，需要檢測系統的頻率響應形為： 答：條件：沒有加速度、振動、沖擊及室溫環境（205C°），相對濕度不大于85%，大氣壓力為（1017）kPa。步驟：略（P54） 略 答：主要因素：略（見P57）可靠性指標：可靠度、失效率、平均壽命。第四章答：金屬電阻絲的應變效應是指金屬材料的電阻相對變化與其線應變成正比的這種效應。金屬電阻絲的應變靈敏度系數是指公式中電阻應變量與幾何應變量之間的比例系數。同理，由教程公式（4-9）知半導體絲材的應變靈敏度系數為：答：橫向效應：將直的金屬絲繞成敏感柵后，雖然長度相同，但應變狀態不同，應變片敏感柵的電阻變化要比直的金屬絲要小；橫向效應使得測試的靈敏系數降低了；為了減小橫向效應的影響可采用短接式或直角式橫柵，采用箔式應變片也可有效地克服橫向效應的影響。答：電阻應變片溫度誤差是指當應變片的工作溫度變化時應變計的輸出會在正常輸出基礎上發生偏移的效應。產生原因主要有兩點：（1）溫度變化引起應變片敏感柵電阻變化而產生附加應變。（2）試件材料與敏感材料的線膨脹系數不同，使應變片產生附加應變。補償方法可采用3中方法：（1）應變片自補償可采用單絲自補償或者雙絲自補償（2）橋路補償法（3）熱敏電阻補償法。答：直流電橋的基本形式如教程P75圖4-10所示。按橋臂工作方式的不同可分為：單臂工作電橋、雙臂工作電橋和全臂工作電橋，分別如圖本教材4-12、4-14、4-15所示。電壓輸出計算公式：單臂工作電橋：其中。此公式是忽略次要因素的簡化公式。雙臂工作電橋：，此公式為精確公式。全臂工作電橋：，此公式為精確公式。解：楊氏模量…………（1）…………（2）由公式（1）（2）得：=解：由圖（a)所示，當重力F作用梁端部后，梁上表面R1和R3產生正應變電阻變化而下表面R2和R4則產生負應變電阻變化，其應變絕對值相等。解：如圖﹙ａ﹚所示等截面懸梁臂，在外力F作用下，懸梁臂產生變形，梁的上表面受拉應變，而梁的下表面受壓應變。當選用四個完全相同的電阻應變片組成差動全橋電路，則應變片如圖﹙ｂ﹚所示粘貼。（a）等截面懸臂梁(b)應變片粘貼方式(c)測量電路電阻應變片所構成的差動全橋電路接線如圖3-4﹙ｃ﹚所示，所受應變方向相同，所受應變方向相同，但與所受應變方向相反。該電路可采用橋路補償法克服溫度誤差。答：①變極距型電容傳感器,一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20～100pF之間，極板間距離在25～200m的范圍內。最大位移應小于間距的1/10，故在微位移測量中應用最廣。②變面積型電容式傳感器，能夠進行力、位移和轉角的測量。③變介質型電容式傳感器，變介質型電容傳感器有較多的結構形式，可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導電固體介質的濕度。答：電容式傳感器的測量電路主要有調頻電路、運算放大式電路、二極管雙T形電路、差動脈沖調寬電路等。調頻電路特點：（1）轉換電路生成頻率信號，可遠距離傳輸不受干擾。

（2）具有較高的靈敏度，可以測量高至μm級位移變化量。

（3）但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉換）轉化為電壓信號后，進行補償。運算放大式電路特點：（1）解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題

（2）要求Zi及放大倍數足夠大

（3）為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容穩定

（4）由于Cx變化小，所以該電路實現起來困難

（5）輸入阻抗高（避免泄漏）、放大倍數大（接近理想放大器）二極管雙T形電路特點和使用要求參見本教材P92~p93。差動脈沖調寬電路特點參見本教材P94。答：改變傳感器總的電容量，甚至有時遠大于應該傳遞的信號引起的電容的變化；使傳感器電容變的不穩定，易隨外界因素的變化而變化。可以采取靜電屏蔽措施和電纜驅動技術。邊緣效應使電容傳感器的靈敏度降低，而且產生非線性，絕緣結構可消除邊緣效應的影響；屏蔽和電纜，消除寄生電容的影響，抗干擾。

解決辦法：1、驅動電纜法；2、整體屏蔽法；3、采用組合式與集成技術。答：采用可以差動式結構，可以使非線性誤差減小一個數量級，且非線性誤差大為減小。由于結構上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。答:參見本教材P93~P94。答：低頻時容抗較大，傳輸線的等效電感L和電阻R可忽略。而高頻時容抗減小，等效電感和電阻不可忽略，這時接在傳感器輸出端相當于一個串聯諧振，有一個諧振頻率存在，當工作頻率諧振頻率時，串聯諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。通常工作頻率10MHz以上就要考慮電纜線等效電感的影響。解：變極距平板型電容傳感器輸出的線性表達式忽略高階項非線性表達式為線性度由題意得測量允許變化量解：答：電容測厚傳感器是用來對金屬帶材在軋制過程中厚度的檢測，其工作原理是在被測帶材的上下兩側各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構成了兩個電容器C1、C2。把兩塊極板用導線連接起來成為一個極，而帶材就是電容的另一個極，其總電容為C1+C2，如果帶材的厚度發生變化，將引起電容量的變化，用交流電橋將電容的變化測出來，經過放大即可由電表指示測量結果。答：電感式傳感器種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應同步器。

工作原理：自感、互感、渦流、壓磁。詳細參看教材相關章節。答：略答：略解：=16mH答：電渦流效應：有一通以交變電流的傳感器線圈，其周圍產生一個交變磁場H1。使該磁場范圍內的被測導體內產生電渦流，將產生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場H1,從而導致線圈的電感L

、阻抗Z和品質因數Q發生變化。測量原理：通過等效電路分析，能夠引起這三者變化的因素有，傳感器線圈與導體之間的距離x，導體的幾何形狀，導體的材質，控制其中某一個參數改變，余者皆不變，就能構成測量該參數的傳感器，例如位移測量、探傷、材質檢測、測厚等。測量電路：被測量引起變化的電參量有：線圈電感L、阻抗Z、或品質因數Q值，針對不同參量測量電路有三種：諧振電路、電橋電路、Q值測試電路

答：特點見本教材P107頁第二段。原理圖見本教材P112圖4-63。第五章答：當固體在某一方向上承受應力時，電阻率發生顯著變化，這種現象稱為壓阻效應。單位應力作用下電阻率的相對變化稱為壓阻系數。晶向的表示方法有兩種，一種是截距法，一種是法線法。答：一些離子型晶體電介質，當沿著一定方向受到機械力作用而產生形變時，就會引起它內部正負電荷中心相對位移產生電的極化，從而導致其兩個相對表面上出現符號相反的電荷；當外力去掉后，恢復到不帶電狀態。這種現象稱為壓電效應。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變，這種將機械能轉換為電能的現象稱為“正壓電效應”。當在電介質方向施加電廠時，這些電解質也會產生幾何形變，這種現象稱為“逆壓電效應”。通常把沿壓電晶體電軸方向的力作用下產生的壓電效應稱為“縱向壓電效應”，而把沿機械軸方向的力作用下產生的壓電效應稱為“橫向壓電效應”答：石英晶體俗稱水晶，有天然和人工之分，天然結構的石英晶體是一個正六邊形的晶柱。其z軸稱為光軸，也成為中性軸，當光線沿此軸通過石英晶體時，無折射；經過六面體棱線并垂直于光軸的X軸稱為電軸，在垂直于此軸的面上壓電效應最強；與X軸、Z軸垂直的Y軸稱為機械軸，在電廠的作用下，沿該軸方向的機械形變最明顯。答：圖見圖5-15P128。當壓電晶體受機械應力作用時，在它的兩個極化面上出現極性相反電量相等的電荷。故壓電器件實際上是一個電荷發生器。同時它也是一個電容器，晶片上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板，極板間物質等效于一種介質。基于以上分析，壓電傳感器可以等效為一個與電容相并聯的電荷源，也可以等效為一個與電容相串聯的電壓源。答：參見等效電路及測量電路中的第二節測量電路。答：壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質量塊、預壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內，并由螺栓加以固定。當加速度傳感器和被測量物一起受到沖擊振動時，壓電元件受質量塊慣性力的作用，根據牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數，此時力作用在壓電原件上，因而產生電荷，當傳感器一旦確定，則電荷與加速度成正比。因此通過測量電路測得電荷的大小，即可知道加速度的大小。答：光照射在物體上就可以看做是一連串的具有能量的粒子轟擊在物體上，這時物體吸收了光子能量后將引起電效應。這種因為吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量而產生的電效應就稱為光電效應。光電效應可分為外光電效應、內光電效應和阻擋層光電效應三種類型。基于外光電效應原理工作的光電器件有光電管和光電倍增管。基于內光電效應原理工作的光電器件有光敏電阻和反向偏置工作的光敏二極管和光敏三極管。基于阻擋層效應原理工作的光電器件有光電池。答：電容式傳感器可分為以下幾種：變極矩型電容傳感器：量程遠小于極板間初始距離是，可認為電容的變化量與距離呈線性關系。變面積型電容式傳感器：電容的變化量與面積的變化量呈線性關系。變介質型電容傳感器：電容量的變化與被測介質的移動量呈線性關系。答：調頻電路：調頻測量電路是吧電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當輸入量導致電容量發生變化時，振蕩器的振蕩頻率就發生變化。運算放大器式電路：運算放大器的輸出電壓與極板間距離呈線性關系，從而克服了變間隙式電容傳感器的非線性問題。注意的是運算放大器要求具有足夠大的放大倍數，而且輸入阻抗很高。雙T二極管型電路：電源，傳感器電容、負載均可同時在一點接地；非線性失真小；電源頻率需要穩定；輸出電壓較高等；答：光敏電阻：純粹電阻元件，阻值隨光照增加而減少，無光照時，光敏電阻阻值很大，電路中的電流很小；當受到一定波長范圍內的光照時，它的阻值急劇減小，電路中的電流迅速增大。光敏二極管：在電路中光敏二極管一般處于反向工作狀態，處于反向偏置的PN結，在無光照時具有高阻特性，反向暗電流很小。當有光照時，在結電場作用下，電子向N區運動，空穴向P區運動，形成光電流，方向與反向電流一致。光的照度愈大，光電流愈大。由于無光照時的反偏電流很小，因此光照時的反方向電流基本與光強成正比。光敏晶體管具有兩個PN結，可以看成是一個bc結為光敏二極管的三極管。在光照作用下，二極管將光信號轉換為電流信號，該電流信號被三極管放大。光電池：基于光生伏打特效制成，是自發式有源器件。它有較大面積的PN結，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現電動勢。答：光照強度指單位面積上所接受可見光的能量。光電器件的靈敏度可用光照特性來表征，它是指半導體器件產生的光電流(光電壓)與光照之間的關系。光電器件的光譜特性是指相對靈敏度與入射光波長之間的關系，又稱為光譜響應。答：略。第六章答：磁敏傳感器是把磁物理量轉換成電信號的傳感器，大多是基于載流子在磁場中受洛倫茲力的作用而發生偏轉的機理實現對相關物理量的信號檢測。答：當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象就是霍爾效應。霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。答：激勵電極間的電阻值稱為輸入電阻，霍爾電極輸出電勢對外部電路來說相當于一個電壓源，其電源內阻即為輸出電阻。以上電阻值是在磁感應強度為零、環境溫度為攝氏度時所確定的，實際阻值會隨著溫度的不同而變化。答：當霍爾元件通以額定激勵電流時，如果所處磁感應強度為零，那么它的霍爾電勢應該為零，但實際不為零。這是測得的空載電勢稱為不等位電勢。不等位電勢可以用不等位電阻表示。不等位電勢就是激勵電流流經不等位電阻所產生的電壓。答：產生不等位電勢的原因主要有：霍爾電極安裝位置不對稱或不在通以等電位面上。此外，材質不均勻、幾何尺寸不均勻等原因對不等位電勢也有一定的影響。補償：可以把霍爾元件等效為電橋電路，根據測量判斷應在某一橋臂上并連上一定的電阻。答：霍爾元件與一般半導體期間一樣，對溫度變化十分敏感。這是由于半導體材料的電阻率，遷移率，遷移率和載流子濃度等隨溫度變化的緣故。霍爾元件的靈敏度稀疏是溫度的函數，它隨溫度變化將引起霍爾電勢的變化。答：影響溫度特性的因素有半導體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等。選用溫度系數小的元件或采用恒溫措施，還可以采用恒流源供電，減少由于輸入電阻隨溫度變化引起的激勵電流變化所帶來的印象，此外補償電路也可以起到作用。答：略。答：略。答：濕度是表示大氣中水汽含量的物理量。它有兩種表示方法。絕對濕度：指單位體積大氣中水汽的質量。相對濕度：指某一被測氣體的絕對濕度與同一溫度下水蒸氣已達到飽和的氣體的絕對濕度之比。答：濕度傳感器是指能將濕度轉換為與其成一定比例關系的電信號輸出的器件或裝置，通常是由濕敏元件及轉換電路組成。種類：按輸出的電學量可分為電阻型、電容型和頻率型等；按照探測功能科分為絕對濕度型、相對濕度型；按材料可以分為陶瓷式、半導體式和電介質、有機高分子式等；如果按水分子是否滲入固體內可以分為“水分子親和力型”和“非分子親和力型”兩大類。答：半導體氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化而制成的。當半導體器件被加熱到穩定狀態，在氣體接觸半導體表面而被吸收式，被吸附的分子首先在表面物性自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發掉，另一部分殘留分子產生熱分解而固定在吸附出。當半導體的功函數小于吸附分子的親和力時，吸附分子將從器件奪得電子而變成負離子吸附，半導體表面呈現電荷層。如果半導體的功函數大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。當氧化型氣體吸附到N型半導體上，還原型氣體吸附P型半導體上時，半導體的載流子減少，電阻值增大。當還原型氣體吸附到N型半導體上時，氧化型氣體吸附到P型半導體上時，半導體的載流子增多，電阻值下降。若氣體濃度發生變化，其組織也將變化。答：用以將附著在敏感元件表面的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應速度。答：光在半導體中傳播時的衰減，是由于半導體帶加點字吸收管子而從價帶躍遷到導帶的結果，這種吸收光子的過程稱為本征吸收。實驗表明，波長短的光子衰減較快，穿透深度較淺，而波長長的光子則能進入硅的較深區域。通過進一步的分析可以發現，淺的P-N結有較好的的藍紫光靈敏度，深的P-N結則有利于紅外靈敏度的提高。半導體色敏器件正是利用了這一特性。半導體色敏傳感器相當于兩只結構不同的光電二極管的組合。紫外光部分吸收系數大，經過很短距離已基本吸收完畢。因此淺結的那只光電二極管對紫外光的靈敏度高。而紅外部分吸收系數小，這類波長的光子則主要在深結區被吸收。因此深結的那只光電二極管對紅外光的靈敏度高。這就是說，在半導體中的不同區域對不同波長分別具有不同的靈敏度。正是由于這一種特性使得這種器件可以用于不同顏色的識別，也就是可以用來測量入射波長的波長。半導體色敏傳感器具體應用時，應先對色敏器件進行標定，也就是說測定不同波長的光照射下器件中兩只光電二極管短路電流的比值。第七章答：紅外探測器種類有很多，按探測機理的不同，可分為“熱探測器”和“光子探測器”兩大類。答：紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。紅外測溫儀的測溫原理是將物體發射的紅外線具有的輻射能轉變成電信號，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應，根據轉變成電信號的大小，可以確定物體的溫度。答：按波在介質中的傳播方向，超聲波可以分為縱波、橫波和表面波。超聲波的傳播速度主要與介質密度和彈性特性有關。在固體介質中，縱波、橫波及表面波三者的聲速間有一定的關系：通常可認為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的90%。在氣體介質中縱波聲速為344m/s，液體介質中縱波聲速為900~1900m/s。答：略答：光在纖芯和包層的界面上反復多次全反射，呈鋸齒波形狀在纖芯內向前傳播，最后從光纖的另一端射出，從而實現了光在光纖內的傳輸。入射角需要小于臨界角。答：入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度α的就稱為光纖的數值孔徑（NA=sinα）。答：略答：光纖溫度傳感器主要由包括端部摻雜的光纖傳感頭、Y型石英光纖傳導束、超高亮發光二極管（LED）及驅動電路、

、熒光信號處理系統和輻射信號處理系統組成。測量原理主要是利用部分物質吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸的光譜了解實時溫度。答：略答：按照記錄方式，核輻射探測器大體上分為計數器和徑跡室兩大類。它們利用了核輻射射線與物質間相互作用，包括電離作用、散射與吸收等特性。答：核輻射厚度傳感器又稱同位素厚度傳感器，它利用核輻射線進行測量。可分為穿透式和反射式兩類。穿透式傳感器由同位素核輻射源和核輻射傳感器組成。被測的塑料料板、紙板、橡皮板等材料在輻射源和傳感器之間經過。當射線穿過板材時，一些射線被板材吸收，使傳感器接收到的射線減弱。對于密度不變的材料，輻射吸收量隨厚度變化，因此可測出厚度。反射式核輻射厚度傳感器利用射線的彈性散射特性測量厚度。射線的反射強度是被測材料厚度的函數，因此測量反射強度就可確定厚度。答：生物傳感器由生物敏感膜和變換器構成，被測物質經擴散作用進入生物敏感膜層，經分子識別，發生生物化學反應（物理、化學變化），產生物理、化學現象貨產生新的化學物質，利用相應的變換器將其轉換成量化的、可傳輸和處理的電信號。答：將生物體內具有奇特與敏感功能的生物物質固定在基質或載體上，就構成了生物敏感膜。答：生物敏感膜的固化是指將生物活性材料固定在載體（或稱基質）上這一過程。常用的生物敏感膜固化技術主要有夾心法、吸附法、包埋法、供價連接法、交聯法。第八章答：垂直而均勻地作用在單位面積上的力稱為壓力。壓力可表示為p=F/S，在國際單位中壓力的單位為牛頓/平方米，用符號。壓力單位又稱為帕斯卡或簡稱帕，符號為Pa，。因帕單位太小，工程上常用千帕或者兆帕表示。解：容器頂部處的絕對壓力為容器底部處的絕對壓力為頂部和底部間的差壓為答：彈簧管壓力計主要是利用彈簧管的形變通過變換放大機構帶動指示機構給出壓力示值。彈簧管壓力計主要由彈簧管、扇形齒輪、拉桿、底座、中心齒輪、游絲、表盤、指針、調節開口槽等組成。答：為提高彈簧管壓力計靈敏度，可以采用多圈彈簧管。答：雙波紋管式壓差計的波紋管內充滿液體是為了用來傳遞壓力。答：諧振式壓力傳感器是靠被測壓力所形成的應力改變彈性元件的諧振頻率，通過測量頻率信號的變化來檢測壓力。這種信號特別適合與計算機配合使用，組成高精度的測量、控制系統。答：選擇壓力檢測儀表應根據具體的情況，在滿足生產工藝對壓力檢測要求的情況下，本著節約的原則，合理地選擇壓力儀表的類型、量程、精度等級等。解：設壓力表量程為A，則根據最大工作壓力有根據最小工作壓力用故根據儀表的量程系列，可選用量程范圍為0~的壓力表。由題意可知，被測壓力所允許的最大絕對誤差為 儀表精度等級的選取應使得其最大引用誤差不超過允許測量誤差。對于測量范圍0~的壓力表，其最大引用誤差為故選取級的壓力表。解：設壓力表量程為A，由題意可知。被測壓力平穩變化故選取測量范圍為0~9MPa的壓力表。 要求測量誤差不超過，故最大引用誤差為故選取精度等級為級的儀表。答：略。答：要實現準確的壓力測量需要準確的壓力儀表，并且根據具體被測介質、管路和環境條件，選取適當的取壓點、正確安裝引壓管路和測量儀表。答：壓力變送器的作用是將壓力傳感器的輸出通過一定的變送電路轉換成形式和數值范圍都符合工業標準的信號。設所測差壓是xMPa，則解得所以所測差壓為。答：感壓元件前的引壓管道和空腔的存在會引起壓力信號的衰減和相位滯后，這會使整個測量系統的響應速度大大低于傳感器的響應速度，造成動態壓力測量的嚴重失真，因此必須予以考慮。第九章經驗溫標主要有（1）華氏溫標（2）攝氏溫標；華氏溫標定義：標準儀器是水銀溫度計，選取氯化銨和的溫度為零度，選取人體溫度為100度。水銀被分為100份，對應每份的溫度為1，單位為“°F”。攝氏溫標定義：在下，冰水混合物的溫度為0度，水的沸點為100度，中間劃分為100等份，每等份為1℃。經國際協議產生的國際實用溫標，其指導思想是要它盡可能地接近熱力學溫標，復現精度高，且使用于復現溫標的標準溫度計，制作較容易，性能穩定，使用方便，從而使各國均能以很高的準確度復現該溫標，保證國際上溫度量值的統一。把整個溫標分成4個溫區，其相應的標準儀器如下：①—，用3He和4He蒸汽溫度計；②—，用3He和4He定容氣體溫度計；③—℃，用鉑電阻溫度計；④℃以上，用光學或光電高溫計。通常分為接觸式與非接觸式兩大類；特點見P209，表9-2。（1）優良的熱電特性（2）良好的物理特性（3）優良的化學性能（4）優良的機械性能（5）足夠的機械強度和長的使用壽命（6）制造成本低，價格比較便宜雙金屬溫度計的工作原理是利用二種不同溫度膨脹系數的金屬，為提高測溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷形狀，當多層金屬片的溫度改變時，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開。由于螺旋卷的一端固定而另一端和可以自由轉動的指針相連，因此，當雙金屬片感受到溫度變化時，指針即可在一圓形分度標尺上指示出溫度來。參見P212；通常用在測溫和控溫精度不高的場合。熱敏電阻和熱電阻相比具有下列優點：

①靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1～2個數量級；②標稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號、規格，可很好地與各種電路匹配，而且遠距離測量時幾乎無需考慮連線電阻的影響；③體積小(最小珠狀熱敏電阻直徑僅～mm)，可用來測量“點溫”。④熱慣性小，響應速度快，適用于快速變化的測量場合。⑤結構簡單、堅固，能承受較大的沖擊、振動；采用玻璃等材料密封包裝后，可應用于有腐蝕性氣氛等的惡劣環境；⑥資源豐富，制作簡單、可方便地制成各種形狀，易于大批量生產，成本和價格十分低廉。熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種；比較見P215。℃它的主要優點是:①測量范圍寬，鎧裝熱電偶規格多，品種齊全，適合于各種測量場合，在—200~160℃溫度范圍內均能使用;②響應速度快，與裝配式熱電偶相比，因為外徑細，熱容量小，故微小的溫度變化也能迅速反應，尤其是微細鎧裝熱電偶更為明顯，露端鎧裝熱電偶的時間常數只有;③撓性好，安裝使用力便，鎧裝熱電偶材料可在其外徑5倍的圓柱體上繞5圈，并可在多處位置彎曲;④使用壽命長，普通熱電偶易引起熱電偶劣化，斷線等事故，而鎧裝熱電偶用氧化鎂絕緣，氣密性好，致密度高，壽命長;⑤機械強度，耐壓性能好，在有強烈震動、低溫、高溫、腐蝕性強等惡劣條件下均能安全使用，鎧裝熱電偶最高可承受36kN/cm2的壓力;⑥鎧裝熱電偶外徑尺寸范圍寬，鎧裝熱電偶材料的外徑范圍:~8mm，特殊要求時可提供直徑達12mm的產品;⑦鎧裝熱電偶的長度可以做得很長，鎧裝熱電偶材料的最大長度可達500m。若實際物體在某一波長下的光輻射度(即光譜輻射亮度)與絕對黑體在同一波長下的光譜輻射度相等,則黑體的溫度被稱為實際物體在該波長下的亮度溫度；物體輻射線的波長λ1與λ2處的單色輻射率分別為ε1與ε2，與溫度為Tc的黑體的相應輻射率相等時，此黑體的溫度Tc稱為該物體的顏色溫度或比色溫度；比色高溫計測量相對比值的精度總高于測量它們絕對值的精度，另外對環境要求低，接近真實溫度，因而準確度通常較高。第十章答：在現代工業生產和科學研究中，流體的流量是一個重要的參數。流量檢測的主要任務有兩類：一是為流體工業提高產品質量和生產效率，降低成本以及水利工程和環境保護等做必要的流量檢測和控制，二是為流體貿易結算、儲運管理和污水廢氣排放控制等做總量計量。答：瞬時流量： 所謂流量，是指單位時間內流體經過管道或明渠某橫截面的數量，又稱瞬時流量。當流體以體積表示時稱為體積流量，以質量表示時成為質量流量。在工業生產中，瞬時流量是涉及流體介質的工藝流程中為保持均衡穩定的生產和保證產品質量而需要調節和控制的重要參量。累積流量：在工程應用中，往往需要了解在某一時間段內流郭某截面積流體的總量，即累積流量。累積流量是有關流體介質的貿易、分配、交接、供應等商業性活動中所必知的參數之一，是計價、結算、收費的基礎。答：根據牛頓的研究，流體運動過程中阻滯剪切變形的黏滯力與流體的速度梯度和接觸面積成正比，并且與流體黏性有關，其數學表達式：F服從牛頓黏性定律的流體成為牛頓流體，比如水、輕質油、氣體等。答：管內流體有層流和紊流兩種性質截然不同的流動狀態。層流中流體沿軸向作分層平行流動，各流層質點沒有垂直于主流方向的橫向運動，互補混雜，有規律的流線，層流狀態流體流量與流體壓力降成正比；紊流狀態管內流體不僅有軸向運動，而且還有劇烈的無規律的橫向運動，紊流狀態流量與壓力降的平方根成正比。這兩種流動狀態下，管內流體的流速分布不同，可以用無量綱數——雷諾數作為判別管內液體流動是層流還是紊流的判據。通常認為雷諾數小于等于2320為層流狀態，大于該數值時，流動就開始轉變為紊流。答：節流式流量計由節流裝置、引壓裝置、三閥組和差壓計組成。節流式流量計中產生差壓的裝置稱節流裝置，其主體是一個流通面積小于管道界面的局部收縮阻力件，稱為節流元件。當流體流過節流元件時產生節流現象，流體流速和壓力均發生變化，在截留原件兩側形成壓力差。實踐證明，在節流元件形狀、尺寸一定，管道條件和流體參數一定的情況下，節流元件前后的壓力差與流體流量之間成一定的函數關系。因此，可以通過測量節流元件前后的差壓來測量流量。答：標準節流裝置是按標準規定設計、制造、安裝、使用的節流裝置，不必經過單獨標定即可投入使用。我國現行國家標準為GB/T2624-93，標準中對節流元件的結構形式、尺寸、技術要求等均已標準化，對取壓方式、取壓裝置以及對節流元件前后直管段的要求都有相應規定，有關計算數據都經過大量的系統實驗而又統一的圖表可供查閱。非標準節流裝置成熟程度較差，還沒有列入標準文件。答：理論上節流式流量計的壓差應在上游取壓孔中心與孔板前端面的距離為1D±0.1D，下游取壓孔中心與孔板后端面的距離隨β值的不同而異，在(0.84~)D之間。由于理論上的下游取壓點均在流束的最小截面積區域內，而流束最小截面是隨流量而變的，因而很少采用。答：不正確。油的黏度與水的黏度不同、密度不同，相同流速產生的壓差也不同。答：為保證流體流到節流元件前達到充分的紊流狀態，節流元件前后應有足夠長的直管段。標準節流裝置組成部分中的測量直管段（前10D后4D，一般由儀表廠家提供）是最小直管段L的一部分。由于工業管道上存在各種彎頭、閥門、分叉、會合等局部阻力件，他們會使平穩的流速受到嚴重的擾動，需要流經很長的直管段才能恢復平穩。因此，節流元件前后實際直管段的長度要根據節流元件上下游局部阻力件的形式、節流元件的形式和直徑比β決定。答：容積式流量計的主要優點是：測量精度高，其基本測量誤差一般可達±0.1%~±0.5%或更高，而且計量特性一般不受流動狀態影響，也不受雷諾數限制，常用在昂貴介質和需要精確計量的場合；安裝管道條件對流量計的測量精度沒有影響，故流量及前后無直管段長度要求；特別適合高粘度流體介質的測量；測量范圍度較寬；直讀式儀表，無需外加能源就可直接讀數得到流體總量，使用方便。容積式流量計的主要缺點是：結構復雜，體積龐大，比較笨重，一般只適用于中小口徑；大部分容積式流量計對被測流體中的污物較敏感，只適用于潔凈的單相流體；部分容積式流量計（如橢圓齒輪、腰輪、活塞式流量計等）在測量過程中會給流體帶來脈動，大口徑儀表還會產生噪聲甚至使管道產生振動；可測量的介質種類、介質工況（溫度、壓力）和儀表口徑局限性較大，適應范圍窄。對測量管道：安裝管道條件對流量計的測量精度沒有影響，故流量及前后無直管段長度要求。答：對于層流，流速關系u在處u=s，所以，管道軸心處流速為：u平均流速是管中心最大流速的倍(u=0.5所以瞬時體積流量為：q答：工作原理：渦輪流量計是基于流體動量矩守恒原理工作的。當流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產生驅動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力距而產生旋轉。在一定的流量范圍內，對一定的流體介質黏度，渦輪的轉速與流體的平均流速成正比，故流體的流速可通過測量渦輪的旋轉角速度得到，從而可以計算流體流量。渦輪轉速通過磁電轉換裝置變成電脈沖信號，經過放大、整形后送給顯示記錄儀表，經單位換算與流量積算電路計算出被測流體的瞬時流量和累積流量。結構特點：渦輪流量計結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大。使用要求：渦輪流量計應水平安裝，并保證其前后有足夠長的直管段或加裝整流器。要求被測流體黏度低，腐蝕性小，不含雜質，以減少軸承磨損，一般應在流量計前加裝過濾裝置。如果被測液體易汽化或含有氣體時，要在流量計前裝消氣器。答：流體的瞬時流量：q5min內的累積流量：Q答：流體振動式流量計的測量原理：在特定的流動條件下，流體流動的部分動能會轉化為流體振動，而振動頻率與流速（流量）有確定比例關系，依據這種原理工作的流量計成為流體振動式流量計。兩種類型：這種流量計可分為利用流體自然振動的卡門旋渦分分離性和流體強迫振蕩的旋渦進動型兩種，前者稱為渦街流量計，后者稱為旋進旋渦流量計。特點：渦街流量計可測氣體、液體和蒸汽介質，壓縮較旋進旋渦流量計為小，但直管段長度要求高；旋進旋渦流量計壓損較大，雖然原理上可測量液體，但現在還只能用于氣體測量。不過，旋進旋渦流量計直管段長度要求低，低流速特性好，目前在天然氣流量檢測方面應用較多。答：漩渦頻率的檢出有多種方式，可以檢測在旋渦發生體上受力的變化頻率，一般可用應力、應變、電容、電磁等檢測技術；也可以檢測在旋渦發生體附近的流動變化頻率，一般可用熱敏、超聲、光電等檢測技術。檢測元件可以放在漩渦發生體內，也可以在下游設置檢測器進行檢測。采用不同的檢測技術就構成了各種不同類型的渦街流量計。答：間接測量和直接測量兩類。間接測量方法通過測量體積流量和液體密度經計算得出質量流量，這種方式有成為推導式；直接式測量方法則由檢測元件直接檢測出流體的質量流量。答：科里奧利流量計工作原理：是一種利用流體在振動管中流動而產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質量流量的儀表。特點：科里奧利流量計能夠直接測的氣體、液體、和漿液的質量流量，也可以用于多相流測量，且不受被測介質物理參數的影響，測量精度較高；對流體流速分布不敏感，因而無前后直管段要求；可做多參數測量，如同期測量密度；流量范圍度大，有些課高達（100:1）~（150:1）。但科氏流量及存在零點漂移，影響其精度的進一步提高；不能用于低密度介質和低壓氣體測量；不能用于較大管徑；對外界震動干擾較為敏感，管道振動會影響其測量精度；壓力損失較大；體積較大；價格昂貴。答：目前超聲波流量計最常采用的測量方法分成兩類：傳播速度差法和多普勒效應法。1）傳播速度差法測量原理：超聲波在流體中的傳播速度與流體流速有關，順流傳播速度大，逆流傳播速度小。傳播速度差法利用超聲波在流體中順流與逆流傳播的速度變化來測量流體流速并進而求得流過管道的流量。2）多普勒效應法測量原理：根據多普勒效應，當聲源和觀察者之間有相對運動時，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源發出的頻率，這個頻率的變化量與兩者之間的相對速度成正比，超聲波多普勒流量計就是基于多普勒效應測量流量的。在超聲多普勒測量方法中，超聲波發射器作為固定聲源，隨流體一起運動的固體顆粒相當于與聲源有相對運動的觀察者，它的作用是把射入到其上的超聲波反射回接收器。發射聲波與接收器接收到的聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運動而產生的聲波多普勒頻移。這個頻率差正比于流體流速，故測量頻差就可以求的流速，進而得到流體流量。流體溫度對于測量沒有影響，因為測量是基于頻率測量或者速度差比，而并不是基于超聲波聲速測量，聲速的變化并不會影響到頻率或者速度差比。答：被測流體中存在一定數量的具有反射聲波能力的懸浮顆粒或氣泡。答：1.考慮被測對象的性質，針對氣體、液體、漿體等不同形態的被測對象考慮不同的流量儀表；2.考慮被測對象測量時的流速，根據流速的不同，選取合適的流量儀表；3.考慮測量精度要求選取合適的流量儀表；4.對純凈物和混合物等不同特性的物質，考慮合適的流量儀表‘5.考慮現場的安裝條件選取合適流量儀表；6.考慮壓損要求，對壓損要求較高的時候不適合選取壓損較大的流量儀表如節流式流量計等；7.以及其他的特殊因素，根據具體的要求考慮進來選取最合適的流量儀表。答：流量標準裝置是流量計校準使用，能夠提供準確流量值作流量量值傳遞的測量設備。流量標準裝置需按照有關標準和檢定規定建立，并由國家授權的專門機構認定。答：以實際流體流過被校儀表，用流量標準裝置測出流過被校儀表流體的實際流量，與被校儀表的流量示值作比較，或對被校流量儀表進行分度，這種方法有時又稱作濕法標定。流量實流校準法獲得的流量值可靠、準確，是許多流量儀表校準時所采用的方法，也是目前建立標準流量的方法。第十一章由于液體對容器底面產生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測量容器中液體的壓力即可測算出液位高度。實質是容器底部與壓力表之間的液體的壓力值。電容式液位計利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進行測量；導電液體采用單電極，非導電液體采用同軸雙電極；金屬套與內電極間絕緣層越薄，液位計靈敏度越高。利用超聲波在介質中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來檢測物位；聲波液位測量有許多優點：超聲波液位測量

與介質不接觸，無可動部件，電子元件只以聲頻振動，振幅小，儀器壽命長；超聲波傳播速度比較穩定，光線、介質粘度、濕度、介電常數、電導率、熱導率等對檢測幾乎無影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場合的液位測量；不僅可進行連續測量和定點測量，還能方便地提供遙測或遙控信號；能測量高速運動或有傾斜晃動的液體的液位，如置于汽車、飛機、輪船中的液位。超聲波液位測量也有缺點：超聲波液位測量超聲波儀器結構復雜，價格相對昂貴；當超聲波傳播介質溫度或密度發生變化，聲速也將發生變化，對此超聲波液位計應有相應的補償措施，否則嚴重影響測量精度；有些物質對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。激光式液位檢測儀由激光發射器、接收器及測量控制電路組成。激光發射器發出激光束以一定角度照射到被測液面上，經液面反射到接收器的光敏檢測元件上。當液面上升或下降到上下限位置，相應位置的光敏檢測元件產生信號，進行報警或推動執行機構控制開始加液或停止加液。激光測量液位克服了普通光亮度差、方向性差、傳輸距離近、單色性差、易受干擾等缺點，使測量精度大為提高。核輻射式液位計由輻射源、接收器和測量儀表組成，通過測量射線在穿過液體時強度的變化量來實現測量液位。既可以連續測量，也可進行定點發送信號和進行控制；射線不受溫度、壓力、濕度、電磁場的影響，而且可以穿透各種介質，包括固體、因此能實現完全非接觸測量。適合于特殊場合或惡劣環境下不常有人之處的液位測量，如高溫、高壓、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、易結晶、沸騰狀態介質、高溫熔融體等的液位測量。兩者均通過液位或料位改變電極間電阻變化，測電阻獲得液位或料位。電阻式液位計可以定點測量，也可連續測量，不適于腐蝕性介質；電阻式物位計一般定點測量，要求物料是導電介質或本身雖不導電但含有一定水分能微弱導電。為避免虛假料位，一般不使用雙電極；為了消除介質因素引起的測量誤差，一般將輔助電極始終埋入被測物料中。超聲波液位測量也有缺點：超聲波液位測量超聲波儀器結構復雜，價格相對昂貴；當超聲波傳播介質溫度或密度發生變化，聲速也將發生變化，對此超聲波液位計應有相應的補償措施，否則嚴重影響測量精度；有些物質對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。第十二章常用的位移檢測方法有：測量速度積分法、回波法、線位移和角位移轉換法、物理參數法。標尺光柵與指示光柵相距～間隙，由于光的干涉效應，產生莫爾條紋。光柵的莫爾條紋有如下特征：（1）起放大作用；（2）誤差平均作用；（3）方向對應與同步性。略減小光柵柵距、使用細分技術（直接細分和電路細分）當指示光柵左右移動時，莫爾條紋將會做上下移動變化，根椐莫爾條紋移動方向就可以對光柵的運動進行辨向。感應同步器是利用電磁感應原理把兩個平面形印刷電路繞組的相對位置變化轉換成相應的電信號來檢測位移。可以用來測線速度。如果測量距離小于1000m，要求測量誤差小于，用相位式激光測距比較合適。由于碼盤制作和光電器件安裝總會存在一定的誤差，當碼盤在兩個區域過渡時會產生非單值讀數誤差，而格雷碼相鄰數的編碼誤差只有一位變化，因此可把誤差控制在最小單位內，避免了非單值性誤差。光電式絕對編碼器的特點如下：（1）優點：光電式絕對編碼器是直接把被測轉角或角位移轉換成唯一對應的代碼，無須記憶，無須參考點、無需計數，具有較高的抗干擾能力和數據的可靠性。由于是非接觸式測量，無磨損，碼盤壽命長，精度保持性好；（2）缺點是結構復雜，價格高，碼盤基片為玻璃，抗沖擊和振動能力差，而且隨著分辨率的提高信號引出線較多。常用的速度測量方法有：微、積分測速法，線速度和角速度相互轉換測速法，利用物理參數測速法，時間、位移計算測速法。靶距距離越遠，測量精度越差。2000Hz光電式轉速傳感器。測頻法比較適合于高轉速測量，在轉速較低時會引起較大的相對誤差，因此在低轉速時，脈沖信號的計數方法應改用測周法。位移。如圖12-41所示，質量塊在慣性作用下將與測量裝置基座之間產生相對位移，質量塊感受加速度并產生與加速度成正比的慣性力，從而使彈簧產生與質量塊相對位移相等的伸縮形變，彈簧形變又產生與形變量成正比的反作用力。當慣性力和彈簧反作用