監測與信號

2024年2月21日發(作者：反思英語)

詞 匯 表

1、直接測量：在對被測量進行測量時，對儀表讀數不經任何運算，直接得出被測量的數值。

2、間接測量：測量幾個與被測量有關的物理量，通過函數關系式計算出被測量的數值。

3、傳感器：將非電量轉換為與之有確定對應關系的電量輸出的器件或裝置。

4、敏感器：把被測非電量轉換為可用非電量的器件或裝置。

5、絕對誤差：測量值（示值）與被測量真值之間的差值。

6、相對誤差：絕對誤差與真值的比值，通常用百分數表示。

7、引用誤差：絕對誤差與測量儀表的量程之比，用百分數表示

8、容許誤差：測量儀器在使用條件下可能產生的最大誤差范圍，它是衡量儀器的重要指標，測量儀器的準確度、穩定度等指標皆可用容許誤差來表征。

9、系統誤差：誤差變化規律服從某一確定規律的誤差。

10、隨機誤差：誤差變化規律服從大數統計規律的誤差。

11、粗大誤差：在一定的條件下測量結果顯著地偏離其實際值時所對應的誤差。

12、儀器誤差：由于儀器本身及其附件的電氣、機械等特性不完善造成的誤差。

13、環境誤差：由于各種環境因素與要求的條件不一致所造成的誤差。

14、理論誤差與方法誤差：由于測量時所依據的理論不嚴密或使用了不適當的簡化，用近似公式或近似值計算測量結果所引起的誤差。

15、人員誤差：由于測量者受分辨能力、視覺疲勞、反應速度等生理因素的影響，以及固有習慣和精神上的因素而產生的一時疏忽等心理因素的影響而引起的誤差。

16、靜態誤差：測量過程中，被測量隨時間變化緩慢或基本不變時的測量誤差。

17、動態誤差：在被測量隨時間變化很快的過程中測量所產生的附加誤差。

18、基本誤差：測量系統在規定的標準條件下使用時所產生的誤差。

19、附加誤差：當使用條件偏離規定的標準條件時，除基本誤差外還會產生的誤差

20、定值誤差：誤差對被測量來說是一個定值，不隨被測量變化。

21、累積誤差：在整個檢測系統量程內誤差值與被測量成比例地變化的誤差。

22、準確度：說明儀表的指示值有規律地偏離被測量真值的程度，準確度反映了測量結果中系統誤差的影響程度。

23、精密度：對某一穩定的被測量在相同的規定的工作條件下，由同一測量者，用同一儀表在相當短的時間內連續重復測量多次，其測量結果的不一致程度，不一致程度愈小，說明測量儀表越精密，精密度反映測量結果中隨機誤差的影響程度。

24、精確度：它是準確度與精密度兩者的總和，即測量儀表給出接近于被測量真值的能力，準確度高和精密度高是精確度高的必要條件。

25、穩定性：有兩種表示方式，一種是反映測量值隨時間的變化程度，用穩定度表示。另一種是反映測量值隨外部環境和工作條件變化而引起的變化程度，用影響系數表示。

26、靈敏度：它表征儀表在穩態下輸出增量對輸入增量的比值。它是靜態特性曲線上相應點的斜率。

27、靈敏限：當儀表的輸入量相當緩慢地從零開始逐漸增加，儀表的示值發生可察覺的極微小變化，此時對應的輸入量的最小變化值稱為靈敏限，它的單位與被測量單位相同。

28、分辨率：儀表能夠檢測到被測量最小變化的本領。一般模擬式儀表的分辨率規定為最小刻度分格值的一半；數字式儀表的分辨率為最后一位的一個字。

29、線性度：儀表的靜態輸入——輸出校準（標定）曲線與其理論擬合直線之間的偏差。

30、遲滯：遲滯特性表明儀表在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程期間輸入——輸出曲線不重合的程度。

31、重復性：表示儀表在輸入量按同一方向作全量程連續多次變動時，所有特性曲線不一致的程度。特性曲線一致，重復性好，誤差也小。

32、量程： 測量上、下限值的代數差。

33、壓力：壓力是指流體介質作用在單位面積上的力，物理學上稱為壓強。

34、絕對壓力（簡稱絕壓）：絕對壓力是相對真空（絕對零壓力）所測得的壓力。

35、大氣壓力：大氣環境中氣體所具有的壓力。

36、表壓力（簡稱表壓）：表壓力是高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差。

37、差壓：兩個壓力之間的差值稱為差壓。

38、負壓與真空度：當絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力就成為負值，在這種情況下，大氣壓力與絕對壓力之差稱為負壓（也稱為真空度）。

39、液位：指儲存在各種容器中的液體液面的相對高度或自然界的江、湖、水庫的表面的相對高度

40、料位：指在各種容器中或倉庫、場地上堆積的固體物的相對高度或表面位置；

41、界位：指在同一容器中由于兩種密度不同且互不相容的液體之間或液體與固體之間的分界面（相界面）位置。

42、物位：液位、料位和界位的總稱。

答 疑 庫

問題1： 檢測與測量的區別

解答： 檢測主要包括檢驗和測量兩方面的含義。檢驗是分辨出被測參數量值所歸屬的某一范圍帶，以此來判別被測參數是否合格或現象是否存在。測量是把被測未知量與同性質的標準量進行比較，確定被測量對標準量的倍數，并用數字表示這個倍數的過程。

問題2： 傳感器與敏感器的區別

解答： 傳感器是將非電量轉換為與之有確定對應關系的電量輸出的器件或裝置，它本質上是非電量系統與電量系統之間的接口。傳感器是必不可少的轉換器件。在很多情況下，我們所要測量的非電量并不是我們所持有的傳感器所能轉換的那種非電量，這就需要在傳感器前面增加一個能把被測非電量轉換為該傳感器能夠接收和轉換的非電量（即可用非電量）的裝置或器件。這種把被測非電量轉換為可用非電量的器件或裝置稱為敏感器。例如用電阻應變片測量電壓時，就要將應變片粘貼到受壓力的彈性元件上，彈性元件將壓力轉換為應變，應變片再將應變轉換為電阻的變化。這里應變片便是傳感器，而彈性元件便是敏感器。敏感器和傳感器雖然都是對被測非電量進行轉換，但敏感器是把被測量轉換為可用非電量，而傳感器是把被測非電量轉換為電量。

問題3： 直接測量和間接測量的區別

解答： 測量有兩種方式，即直接測量和間接測量：

直接測量是在對被測量進行測量時，對儀表讀數不經任何運算，直接得出被測量的數值。如用溫度計測量溫度，用萬用表測量電壓。

間接測量是測量幾個與被測量有關的物理量，通過函數關系式計算出被測量的數值。如功率與電壓和電流有關，即，通過測量的電壓和電流，計算出功率。

直接測量簡單、方便，在實際中使用較多。但在無法采用直接測量方式、直接測

量不方便或直接測量誤差大等情況下可采用間接測量方式。

問題4：檢測系統是由哪幾部分組成的？他們各自的功能是什么？

解答：由于被測對象復雜多樣，檢測系統的結構也不盡相同，一般檢測系統是由傳感器、信號調理器和輸出環節三部分組成。

傳感器處于被測對象與檢測系統的接口處，是一個信號變換器。它直接從被測對象中提取被測量的信息，感受其變化，并轉化成便于測量的電參數。

由傳感器檢測到的信號一般為電信號，它不能直接滿足輸出的要求，需要進一步的變換、處理和分析，即通過信號調理電路將其轉換為標準電信號，輸出給輸出環節。

根據檢測系統輸出的目的和形式不同，輸出環節主要有：顯示與記錄裝置、數據通信接口和控制裝置。

問題5：什么是測量誤差？測量誤差有幾種表示方法？

解答：測量結果與真值的差異，叫做測量誤差。測量誤差主要有四種表示方法，絕對誤差、相對誤差、引用誤差和容許誤差。

問題6：誤差按其出現規律可分為幾種，它們與準確度和精密度有什么關系？

解答：誤差按出現規律可分為三種，即系統誤差、隨機誤差和粗大誤差。

系統誤差反映測量結果的準確度。系統誤差越大，準確度越低，系統誤差越小，準確度越高，

隨機誤差表現了測量結果的分散性，通常用精密度表征隨機誤差的大小。隨機誤差越大，精密度越低，隨機誤差越小，精密度越高，即表明測量的重復性越好。

從性質上來看，粗差并不是單獨的類別，它本身既可能具有系統誤差的性質，也可能具有隨機誤差的性質，只不過在一定測量條件下其絕對值特別大而已。

問題7：產生系統誤差的常見原因有哪些？

解答：產生系統誤差的常見原因有：儀器誤差、環境誤差（影響誤差）、理論誤差與方法誤差和人員誤差。

問題8：常用的減少系統誤差的方法有哪些？

解答：引入修正值法、零位式測量法、替換法（替代法、代替法）和對照法（交換法）。

問題9：傳感器的靜態特性是什么?

解答：傳感器在檢測靜態信號（信號不隨時間的變化而變化或變化及其緩慢）時所表現出的特性。靜態特性主要有：精確性（包括準確度和精密度）和穩定性。

問題10：由哪些性能指標描述傳感器的靜態特性?

解答：描述傳感器的靜態特性的性能指標有靈敏度、靈敏限、分辨率、線性度、遲滯、重復性和量程。

問題11：傳感器的動態特性是什么?其分析方法有哪幾種？

解答：傳感器動態特性是指測量儀表在動態工作中所呈現的特性，它反映儀表測量動態信號的能力。主要分析方法有階躍響應特性分析方法和頻率響應特性分析方法。

問題12：傳感器數學模型的一般描述方法有哪些?

解答：傳感器數學模型分為靜態模型和動態模型。

靜態模型是指在靜態條件下（即輸出量對時間的各階導數為零）得到的測量儀表的數學模型。

動態模型是指在動態條件下（即輸出量對時間的各階導數不為零）得到的測量儀表的數學模型。動態模型主要有三種形式：（1）時域中的微分方程；（2）復頻

域中的傳遞函數；（3）頻域中的頻率特性。

問題13：試比較熱電偶測溫與熱電阻測溫有什么不同。

解答： （1）同樣溫度之下，熱電阻輸出信號較大，易于測量。以0～100oC為例，如用K熱電偶，輸出為4.095mV；用S熱電偶更小，只有0.643mV。但用鉑熱電阻，如0oC時為 ，則100oC時為 ，電阻增加量為 ；如用銅熱電阻，電阻增加量可達 。測量毫伏級的電動勢，顯然不如測幾十歐的電阻增量容易。

（2）熱電阻對溫度的響應是阻值的增量，必須借助橋式電路或其它措施。將起始阻值減掉才能得到反映被測溫度的電阻增量。通常起始阻值是對應于時的阻值 。熱電偶對溫度的響應是全部熱電動勢，對參比溫度而言不需要減起始值，因為起始值為零。

（3）熱電阻的測量必須借助外加電源，測量時，將電流加入熱電阻，通過測量電阻兩端的電壓，推導出電阻值。熱電偶只要熱端、冷端溫度不等，就會產生電動勢，它是不需電源的發電式傳感器。

（4）熱電阻感溫部分的尺寸較大，通常約幾十毫米長，它測出的是該空間的平均溫度。熱電偶的熱端是很小的焊點，它測出的是該點的溫度。

（5）同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測溫上限高。由于熱電阻必須用細導線繞在絕緣支架上構成，支架材質在高溫下的物性限制了測溫范圍。例如鉑組成的熱電偶可測1600℃，而鉑熱電阻卻只能工作在1000oC以下（通常只到650oC）。但在低溫領域熱電阻可用到－250oC。熱電偶一般用在0oC以上。

問題14：中間導體定律和標準電極定律的實用價值是什么？

解答：1．中間導體定律

由導體A、B組成的熱電偶，當引入第三導體C時，只要保持第三導體兩端溫度相同，接入導體后回路總電動勢不變。根據中間導體定律，我們可以在回路中引入各種儀表和連接導線，只要保證兩結點溫度一致，就可以對熱電動勢進行測量，而不影響熱電偶的輸出。

2．標準電極定律

如果兩種導體A、B分別與第三種導體C組成熱電偶產生的熱電動勢已知，則由這兩個導體A、B組成熱電偶產生的熱電動勢可由下式計算：

這里采用的電極稱為標準熱電極，在實際應用中，一般標準熱電極材料為純鉑。這是因為鉑易得純態，物理化學性質穩定，熔點較高。由于采用了標準電極，大大方便了熱電偶的選配工作，只要知道了一些材料與標準熱電極相配的熱電動勢，就可以用上述定律求出任何兩種材料配成熱電偶的熱電動勢。

問題15：正確使用補償導線和引入中間導體的條件是什么?

解答：工業測溫時，被測點與指示儀表之間往往有很長的距離，同時為了避免冷端溫度受被測點溫度變化的影響，也需要使熱電偶的冷端遠離工作端。然而由于熱電偶材料昂貴，熱電偶尺寸不易過長（一般只1米左右）。為了解決這一問題，一般是采用一種專用導線將熱電偶的冷端延伸出來，稱這種導線為補償導線。為保證接入補償導線后不影響原熱電偶回路熱電勢的測量值，必須注意以下幾點：

（1）補償導線的熱電特性在一定范圍內（一般為0～100oC），要與所配用的熱電偶的熱電特性相同。

（2）補償導線與熱電偶的兩個接點的溫度必須相同，且不得超過規定的范圍（一般為0～100oC）。

（3）補償導線的正負極以其絕緣層的顏色來區分。在使用時，一定要使補償導線與熱電偶的同性電極相接，切不可接反。

不同的熱電偶要求配用不同的冷端溫度補償導線。對于廉價金屬熱電偶，其補償導線就采用與其電極材料相同的合金絲。而對于貴重金屬熱電偶，通常用實驗方法找出熱電特性相同的廉價合金絲作為補償導線。

問題16：分度號分別為S、K、B的三種熱電偶，它們在單位溫度變化下其熱電勢值哪個最大？哪個最小?

解答：K最大，S最小，B居中。

問題17：直流測量電橋橋臂上設置不同數量的工作應變片（單臂、雙臂、全橋）時，其輸出電壓有何不同？

解答：雙臂電橋輸出電壓是單臂電橋輸出電壓的2倍，全橋電橋輸出電壓是單臂電橋輸出電壓的4倍。

問題18：試述生產中測量流量的意義，寫出體積流量、質量流量、累積流量、瞬時流量的表達式及其相互之間的關系。

解答：流量是指單位時間內流過管道某一截面流體的體積或質量，前者稱為體積流量（瞬時體積流量），后者稱為質量流量（瞬時質量流量）。質量流量體積流量的換算關系為，式中和為介質的密度。

對于連續生產過程，往往對介質的瞬時流量感興趣，它反映了生產過程中的生產狀態；而在一些物質的消耗、存儲核算、管理以及貿易往來中，更多的是要測量流體的總量。

在一段時間間隔內流體流過的體積總量或質量總量稱為累積體積流量或累積質量流量，累積流量也稱為總量。

累積體積流量和累積質量流量與瞬時流量的關系為

習慣上把測量流量的儀表稱為流量計，而把測量總量的儀表稱為計量表。在生產過程中使用的流量計一般都兼有顯示累積流量值（即總量）的功能。

問題19：原來測量水的差壓式流量計、現在用來測量相同測量范圍的油的流量，讀數是否正確？為什么？

解答： 不正確。因為壓差度問題20：有兩種密度分別為與流體流量

、的關系一項中包含密。

的液體，在容器中，它們的界面經常變化，試考慮能否利用差壓變送器來連續測量其界面？測量界面時要注意什么問題？

解答：當兩種液體在容器中的總液位不變時，可以用差壓式液位計測量界位的變化。當兩種液體的密度相差較大時，測量精度較高，當兩種介質的密度相差較小

時，測量精度較低。

問題21：在不平衡電橋設計時要注意哪些問題？

解答：1、在工作點處將電橋調平。

2、提高電橋的靈敏度，一種方法是提高供橋電源電壓，但供橋電壓過高，會使工作電橋電阻發熱。另一種方法是使四臂電橋電阻相等。

3、在單臂電橋和雙臂電橋（同相電橋）中，會產生非線性誤差。

問題22：儀表放大器與一般放大器相比，具有哪些優點？應用在那些場合？

解答： 儀表放大器與一般的通用放大器相比具有以下優點：（1）輸入阻抗高；（2）抗共模干擾能力強（即共模抑制比大）；（3）失調電壓與失調電壓漂移低、噪聲低、閉環增益穩定性好；（4）增益可變，既可由內部預置，也可由用戶通過引腳內部設置或者通過與輸入信號隔離的外部增益電阻設置。

儀表放大器主要應用于對電橋的輸出電壓和傳感器檢測的電壓（幅值較小，共模電壓較大）信號的放大上。

問題23：無源和有源濾波器各有什么特點?

解答： 無源濾波器是指只利用電阻、電容和電感等無源器件構成的簡單的濾波電路，它具有電路簡單、噪聲低、不需能源、動態范圍寬的優點，但因其消耗的能量均取自于輸入，因此無源濾波器的負載能力很差。有源濾波器是指利用集成運算放大器和電阻、電容組合成的濾波電路。一般常用的是有源濾波器。

問題24：應該怎樣遠距離傳輸模擬電壓信號而又不損失精度？

解答： 將模擬電壓信號轉換成標準電流信號（4~20mA），進行遠距離傳輸，然后再將電流信號轉換成模擬電壓信號。將模擬電壓信號轉換成頻率信號，進行遠距離傳輸，然后再將頻率信號轉換成模擬電壓信號。

問題25：AD594與AD593有什么不同之處，各適用于那些場合？

解答： AD694 輸入電壓0~2V，0~10V，需外加電源。傳感器輸出信號須防大后接入AD694。

AD693 輸入電壓30mV或60mV，不許外加電源，可直接由環路供電。可直接與傳感器連接。

問題26：信號與信息的區別是什么？

解答： 信號是信息的表現形式，信息則是信號的具體內容。

問題27：說出信號的五種分類方式。

解答： （1）確定性信號與隨機信號

（2）周期信號與非周期信號

（3）連續時間信號與離散時間信號

（4）模擬信號與數字信號

（5）實信號與復信號

問題28：簡述時域抽樣定理

解答：要保證從信號抽樣后的離散時間信號無失真地恢復原始時間連續信號，或者說要保證信號的抽樣不會導致任何信息丟失，必須滿足下面兩個條件：

（1）信號必須是頻帶受限的，即其頻譜所含頻率成分受限于某一個有限值最高頻率，設為（2）采樣頻率

，信號沒有超過頻率必須至少是信號最高頻率的兩倍，即的頻率成分。

。

二、簡答：

1．請指出下列誤差屬于哪類誤差（系統誤差、隨機誤差、粗大誤差）

（1）用一塊普通萬用表測量同一電壓，重復測量15次后所得結果的誤差。

（2）觀測者抄寫記錄時錯寫了數據造成的誤差。

（3）在流量測量中，流體溫度、壓力偏離設計值造成的流量誤差。

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2．中間導體定律和標準電極定律的實用價值是什么？

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3．在不平衡電橋設計時要注意哪些問題？

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三、計算題

1、測量某電路的電流，，電壓，求所耗功率，測量的標準差分別為及其標準差。

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2.欲用電子計數器測量和測周期（選用的測頻誤差。

的頻率，采用測頻（選用閘門時間）時標信號）兩種方法，試計算由誤差而引起[點擊查看答案]

3．用節流裝置測量流量，配接一差壓變送器，設其測量范圍為0～10000Pa，對應輸出信號為4～20mA，相應的流量為0～320m3/h。求輸出信號為16mA時，差壓是多少？相應的流量是多少？

模擬試題二：

二、簡答：

1．常用的減少系統誤差的方法有哪些？

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2．試比較熱電偶測溫與熱電阻測溫有什么不同。

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3．儀表放大器與一般放大器相比，具有哪些優點？應用在哪些場合？

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三、計算題

1、已測定兩個電阻：，，試求兩個電阻串聯及并聯時的總電阻及其相對誤差。

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2.對某量進行15 次測量，測得數據為28.53，28.52，28.50，28.52，28.53，28.53，28.50，28.49，28.49，28.51，28.53，28.52，28.49，28.40，28.50 ，若這些測得值已消除系統誤差，試判斷該測量列中是否含有粗大誤差的測量值。

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28.53

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427.56

28.504

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0.010816

0.000016

0.014284

3．用分度號為的銅熱電阻測溫，測得，若，求此時的被測溫度。

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模擬試題一：

二、簡答：

1．誤差按其出現規律可分為幾種，它們與準確度和精密度有什么關系？

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2．原來測量水的差壓式流量計、現在用來測量相同測量范圍的油的流量，讀數是否正確？為什么？

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3．應該怎樣遠距離傳輸模擬電壓信號而又不損失精度？

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三、計算題

1、公式求圓柱體體積，若已知約為2cm，約為20 cm，要使體積的相對誤差等于1%，試問和的測量誤差應為多少？

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2.對某量進行10次測量，測得數據為14.7，15.0，15.2，14.8，15.5，14.6，14.9，14.8，15.1，15.0，試判斷該測量列中是否存在系統誤差。

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-0.3056

0.6240

14.96

3．用鎳鉻一鎳硅熱電偶測量爐溫，如果熱電偶在工作時的冷端溫度為30oC，測得的熱電勢指示值為33.34mV，求被測爐溫的實際值?

[點擊查看答案]