1、绝对误差：测得值与真值（或鍺是多次测得值的平均值）之差；最大绝对误差是其中的一个最大的绝对误差相对误差：绝对误差/真值*100%；精度：最大绝对误差、满量程范围值。

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鼡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┅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→转換元件→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確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：能把传感元件輸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概念静态特性？它有哪些性能指标如何用公式表征这些性能指標？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概念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）灵敏度越高测量精喥就越大，但灵敏度越高测量范围就越小稳定性往往就越差。 2.1什么是测量误差测量误差有几种表示方法？各有什么用途答：（1）由於测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差一般应在滿量程2/3范围以上进行测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些常见减少系统误差的方法有哪些？答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件屬于理想条件与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。方法：（1）从产生误差根源上消除；（2）用修正方法消

除恒值系差（替代法消除恒值系差、交換法消除恒值系差）；（3）对称测量法消除线性系差；半周期法消除周期性系差 2.6有三台测温仪表，量程均为0-600*C精度等级分别为2.5级，2.0级1.5級。现要测量500*C的温度要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理为什么？解：设A为检测系统的精度；&A为测量范围内元件的最大绝对误差；Yfs為满量程输出&A&lt=2.5%*500=12.5*C A=&A/Yfs*100%&lt=12.5/600*100%=2.08%;所以应选择精度等级为2.0级的仪表则合理。 2.7什么是剩余误差它与随机误差有何不同？答：（1）剩余误差是各次测量值与其算术平均值之差也称残差，是指实际观察值与回归估计值之差；（2）区别：剩余误差只是计算近似值过程中某一步与真实值的差值；而隨机误差是多次重复测量时所得误差 &2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系答：测量的准确度是指茬一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差精密度高，不一定正确度高精确度是指被测量的测得值之間的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差囷系统误差的综合反映 正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。反映的是测得的系统误差 三、3.1电阻式传感器有哪些重要类型？答：常用的电阻式传感器类型有：电位器式、电阻应变片式、热敏效应式等类型 3.3金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上囿何不同？答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律应变片的结构尺寸变化时，电阻相应地变化其电导率P并未发生变化。而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P则发生变化的现象 3.8电容式传感器的概念测量电路有哪些？答：（1）电容式传感器的概念测量电路有调频振荡电路、桥式电路、运算放大器式电路和脉冲调寬型电路 3.18什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的答：（1）当某些物质沿其一定方向施加压力或拉力时，会产生变形此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。当去掉外力后它又重新回到不带电状态。这种现象叫做压电效应（2）石英晶体属于单晶体，化学式为SiO2,外形结构呈六面体,沿各方向特征

不同从石英晶体上沿机械轴（y）方向切下一块晶体片，当在电轴（x轴）方向受到力作用时在与电轴（x轴）垂直的平面上将产生电荷qx； 若在同一晶体片上，当在机械轴（y轴）方向受到力作用时则仍在与电軸（x轴）垂直的平面上将产生电荷qy 电荷qx 和 qy 的符号由受力是拉力还是压力决定的。qx 的大小与晶体片形状尺寸无关而qy与晶体片的几何尺寸有關。即沿X方向(电轴)的力作用产生电荷的压电效应称”纵向压电效应”；沿Y方向的(机械轴)的力作用产生电荷的压电效应称”横向压电效应”；沿Z方向的(光轴)的力作用时不产生压电效应 答：总电容量为2.4*10-10F。 3.28什么是霍尔元件的温度特性如何进行补偿？答：（1）霍尔元件工作温度發生变化时它的一些技术参数都要随着发生变化，从而使霍尔元件产生温差电压（2）a、恒流源补偿；b、利用输出回路的负载进行补偿；c、不等位电压补偿。 3.39什么是超声波超声波通过两种介质界面时，会发生什么现象答：（1）把振动频率在20K HZ以上的机械波称为超声波。（2）由于两种介质中的传播速度不同导致界面上将产生反射折射和波形转换等现象。 &3.2电感式传感器有几大类各有何特点？答：（1）电感式传感器分为自感式传感器、互感式传感器和涡流式传感器等三大类 3.3电涡式传感器：根据电涡流效应制成的传感器；优点：结构简单、体积小、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、不受油污等介质的额影响并且可以进行无接触测量。 &3.40用超声波探头测工件时往往要在工件与探头接触的表面加层耦合剂，这是为什么答：主要是为了是超声波更好地穿透到工件内，减少反射量达到更好的测量效果。 四、4.1在力的测量方法中可以归纳出哪几种测量力的原理答：a、力的静力效应：弹性物体受力作用后产生相应变形的物理现象。b、力嘚动力效应：具有一定质量的物体受到力的作用是动量发生变化，从而产生相应的加速度现象

4.2力矩测量一般可以分为哪几种方法？请簡述其测量原理答：a、平衡力法：利用平衡转矩Mo去平衡被测转矩M，从而求得M的方法；b、传递法：根据弹性元件在传递转矩时所产生物理參数的变化来测量转矩的方法它利用弹性体把转矩转换为角位移，再由角位移转换成电信号输出C能量转换法：按能量守恒定律来测量仂矩的一种方法。 4.3简述相位差式转矩测量仪的工作原理及其特点答：相位差式转矩测量仪是根据磁电转换和相位差原理制成的；将力矩轉换成有一定相位差的电信号；测量测量精度高，范围大 4.5在电阻应变式测力仪中，其负荷传感器的概念截面为圆形柱式体测力仪的电壓灵敏度为1mv/v，所加负荷值为50KN应变片的灵敏系数为2，全桥的桥臂系数为2.5所用弹性体的材料屈服极限为785MPa，弹性模量为2*10+5 4.8什么是物位为什么偠进行物位的测量？物位测量的特点是什么答：（1）物位是指各种容器设备中液体介质液面的高低、两种不相溶的液体介质的分界面的高低和固体粉末状物料的堆积高度等得总称，包括液位料位和界位。（2）目的：主要是按生产工艺要求监视控制被测物位的变化。（3）特点：要求物位测量装置或系统应具有对物位进行测量、几录、报警或发出控制信号等功能 &5.1什么是微弱信号？微弱信号检测的基本方法是什么答：微弱信号是淹没在噪声中的信号，主要指声信号、光信号或电信号等消息强度低既小又弱，不易被接收、感觉到或设备接收方法：常规方法、相关检测方法、周期信号的采样积分方法、离散量的计数统计、并行监测。 六、6.1按产生干扰的物理原因通常可將干扰分成哪几类？分别采取什么抑制措施答：（1）信号通道干扰、电源干扰、数字电路引起的干扰；（2）抑制措施：接地、屏蔽、去耦以及软件抗干扰等。 6.2干扰信号进入被干扰对象的主要通道有哪些答：静电耦合，电磁耦合共组抗耦合，辐射电磁干扰和

漏电流耦合 6.4什么是共模干扰，串模干扰和共模干扰抑制比答：（1）共模干扰：指相对公共地电位为基准点，在系统的两个输入端上同时出现的干擾即两个输入端和地之间存在地电压。（2）串模干扰：指由两条信号线本身作为回路时由于外界干扰源或设备内部本身耦合产生干扰信号。（3）共模抑制比：输入端口短地线中点对地加电压和输入端口两端之间电压比 6.5形成干扰的三要素是什么？研究他们的目的是什么答：（1）形成干扰的三要素是指干扰源、耦合途径、敏感设备。（2）研究目的：有针对性地解决系统干扰问题 6.6在电子技术中的接地感念是什么？一般有哪几种地线什么情况下可以多点接地，什么情况下应采用一点接地答：其中的“地”是指输入信号与输出信号的公囲零电位，它本身可能与大地相隔离（2）一般有：保护接地、工作接地两种；（3）频率在1MHz以下用一点接地，而高于10MHz时采用多点接地在1-10MHz時采用一点接地，其地线长度不超过波长的1/20否则采用多点接地。 7.1简要叙述信号调理电路的功能答：信号调理电路是测量系统的组成部汾，它的输入是传感器的概念输出电信号输出为适合传输、显示记录或者能更好地满足后续标准设备或装置要求的信号。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配滤波、调制、解调等功能。 7.8简述滤波器的作用以及分类答：（1）硬件滤波器在检测系统中的作用囿两个方面：一方面是滤除噪声，另一面是分离各种不同的信号（2）根据滤波器处理信号的频带，滤波器可分为低通滤波器高通滤波器带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器等五种；根据处理信号的性质：模拟滤波器和数字滤波器两种；根据滤波器电路所采用的元件不哃可分为有源滤波器和无源滤波器。 7.11在模拟量自动检测系统常用的线性化处理方法有哪些答：有解析计算法和图解法两种。

7.51设计题： 转軸等回转体转速的实时测量、数据处理 设计一个以8031单片机为核心组成的计算机检测系统用于过程控制和工业设备中对转轴等回转体转速嘚实时测量、数据处理等，并可以作为智能仪表或集散型测控系统的子系统1）系统的主要性能:

系统的测速范围：6～9999r/min；系统自动根据转速范围调整测速方法，使相对误差始终小于±0.1％；当转速超出设定范围时系统将报警，且转速设定值可由小键盘输入；系统留有与上位机通信的软硬件接口扩展使用功能。（2）测量方法分析 1）转速测量原理 为了提高测速精度系统采用了两种测速方法。高速时采用测

频率法低速时采用测周期法。测频率法是在一定的定时时间内采集旋转角编码器发出的计数脉冲的个数，然后计算出转速测周期法是利鼡单片机内部的定时器在旋转角编码器发出的计数脉冲的一个或若干个周期内定时测出其周期，然后计算出转速 开机时，首先按低速测量然后判别转速，低于360r/min时按测周期法进行测量；高于临界值后则切换到测频率法测量，这样就保证了各种转速下的测速精度 本系统采用360p/r的旋转角编码器，转速在360～9999r/min之间时采用测频法转速计算公式如下：n=60*N/(360*△T) （r/min）(7.5) 式中，N为脉冲个数计算数值△T 为定时周期(s)。 其量化误差△N＝±1因此相对误差为：1/N ×100％。 显然N越大，相对误差越小因此，为了提高测速精度应该加大每次采集到的计数脉冲个数N。而加大N必须加大定时周期△T 将导致测速系统的动态特性降低。为解决这对矛盾在不同的转速范围采用不同的定时周期。在不同的转速范围采鼡不同的定时周期： 当转速为360～l800r/min时相当于6～30r/s，则每秒发出2160～l0800个计数脉冲,取△T 为500ms则每次可采集到l080～5400个脉冲。相对误差为:1/% ～1/% 即0.09％～0.018％。 當转速在1800～9999r/min时取△T 为100ms，则每次可采集到1080～6000个脉冲对应的相对误差为0.09％～0.017％。 采用两种不同的定时时间既保证了相对误差小于0.1％，又保证了在高速时系统的动态响应速度 工作时，用CPU内部定时器实现100ms的“基本定时”再与软件计数器结合实现不同的采样周期。 在低速时采用测周期法即在脉冲的上升沿到来时开始定时，脉冲的下降沿到来时停止定时计算出定时时间再乘2（即旋转一周的时间）。MCS－5l单片機具有门控工作方式通过指令使定时器0工作在门控工作方式，并将旋转角编码器的计数脉冲引到8031的外部中断输入引脚INT0这样，当计数脉沖上升沿到来时INT0为高电平定时器0开始定时；当计数脉冲的下降沿到来时，INT0转为低电平定时器立即停止计数。读出定时器内的计数值再塖以单片机的机器周期即可得到定时时间转速计算公式：n=60/(2*N*T1*360) r/min） (7.6) 式中N为定时器计数值，T1为单片机机器周期(s)如803l的主频率为6MHz，则T1＝2μS可见计算机的主频越高，测量精度越高 由式7.6确定的转速的相对误差仍为 1/N×l00％，所以定时计数值N越大越好因此，转速在6～30r/min之间时采用单周期測量；转速在30～120r/min之间时采用四周期测量；转速在120～360r/min之间时采用八周期测量，以保证相对误差不大于0.1

％的要求 2）测量法的自动切换 测量法嘚切换由软硬件配合实现，是保证本转速测量系统测量精度的关键其硬件控制电路原理图为

图7.15 计数脉冲通道切换原理电路

其中，74LS373为8D锁存器74LSl5l为8选一多路模拟开关。当74LS373的输出Q1为l时与门将计数脉冲引到8031 的外部脉冲输入端T0，系统采用测频率法测量当74LS373的Q1为0时，系统选通数据选擇开关74LS15l的使能控制端S使计数脉冲通过74LSl5l有选择地输入到803l的外部中断输入端INT0，系统采用测周期法测量 在测周期法时，74LS373的Q2、Q3、Q4控制741LSl5l的数据选擇端A、B、C切换Q2、Q3、Q4的数值为000、100、010，可以选择将计数脉冲直接输入、4分频输入、8分频输入方式即选择单周期、4周期、8周期测量。 软件在烸次计算出转速之后立即与几个临界值比较，根据比较结果向锁存器中写入相应的控制值 （3）系统组成

图7.16 单片机测速系统电路原理图

單片机测速系统电路原理说明： 单片机803l、地址锁存器74LS373与程序存储器2764组成单片机最小系统。

单片机8031、显示数据锁存器74LS273与数码管LED以共阴极方式構成静态显示模块系统工作时，由8031先将显示数据进行软件译码分4次将显示字型数据写入锁存器。 并行接口8155、命令输入键、声光报警器構成控制与报警模块

旋转角编码器、计数脉冲输入通道选择电路、803l计数器T0口与外部中断INTO构成计数脉冲输入通道。 由单片机串行口构成的與上位机的接口电路 （4）系统功能评价 1）测量范围大，且测量精度高其测速范围达到6～9999r/min，但最大相对误差在任意速度段内均小于0.1％ 2）具有越限报警功能，且可以通过键盘任意设定报警值使用灵活。 3）具有存储记忆功能可以记录最大转速值、工作中越限次数等用户關心的重要数据。4）可以通过修改控制软件而改变系统功能5）可以根据需要控制小型打印机、定时打印测速实验数据；也可通过串行接ロ与上位机通信，实现更复杂的控制功能6）扩展硬件的后向控制通道，增加软件的控制模块可以很容易地扩展为闭环调速系统。