檢測(cè)技術(shù)題庫(kù)概念解釋答案

1、“檢測(cè)技術(shù)與鉆井工程儀表”課程試題庫(kù)參考答案二、 概念解釋題（每題15 分）圖l1. 檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分通常以信息流的過(guò)程來(lái)劃分，一般由信號(hào)采集、信號(hào)處理（變換）和結(jié)果表達(dá)（顯示、記錄）三部分組成（如圖1所示）。舉二個(gè)鉆探（井）工程中的實(shí)際例子說(shuō)明檢測(cè)系統(tǒng)組成。參考答案：例一，（1）被測(cè)信號(hào)：鉆壓，物理量：油壓；（2）傳感器：電阻應(yīng)變片；（3）中間變換：電橋?qū)㈦娮枳儞Q為電壓；（4）顯示、記錄：數(shù)字電壓表等。例二，（1）被測(cè)信號(hào)：流量，物理量：流動(dòng)速度；（2）傳感器：渦輪流量計(jì)；（3）中間變換：渦輪將速度信號(hào)變換為脈沖頻率；（4）顯示、記錄：頻率計(jì)數(shù)裝置。2. 儀表使用一段時(shí)間后必須對(duì)其進(jìn)行

2、標(biāo)定，請(qǐng)解釋標(biāo)定的內(nèi)容與方法。參考答案：必須選擇一精度更高的同類(lèi)傳感器對(duì)該儀表進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)，讓被測(cè)量按一定的間距取值，從精度更高的傳感器讀數(shù)并畫(huà)出標(biāo)定曲線(xiàn)（一般為直線(xiàn)），再與該儀表的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)對(duì)比，可確定儀器的線(xiàn)性度。3. 請(qǐng)解釋傳感器及儀表的回程誤差（滯環(huán)）。參考答案：實(shí)際測(cè)試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)輸入量往往有不同的輸出量，即輸出-輸入特性曲線(xiàn)不重合的程度叫滯環(huán)，這種現(xiàn)象是由于儀表元件的能耗所致。4. 請(qǐng)解釋傳感器及儀表的負(fù)載效應(yīng)及其在工程檢測(cè)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。參考答案：任何檢測(cè)儀表（裝置或系統(tǒng)）總需要從被測(cè)對(duì)象中（或各環(huán)節(jié)間）吸取一些能量，這勢(shì)必改變被測(cè)

3、量的真實(shí)數(shù)值，從而引起測(cè)量誤差，這種現(xiàn)象即稱(chēng)為裝置或系統(tǒng)的“負(fù)載效應(yīng)”。在工程檢測(cè)應(yīng)用中應(yīng)注意輸出環(huán)節(jié)的輸出阻抗應(yīng)愈小愈好；而負(fù)載環(huán)節(jié)的輸入阻抗必須越高越好。5. 有三個(gè)電壓表，其精度和量程分別為1.5級(jí)100mv；1.0級(jí)200mv和0.5級(jí)1v，若用上述電表測(cè)量85mv的電壓，可能產(chǎn)生的相對(duì)誤差各是多少？根據(jù)這一結(jié)果說(shuō)明選擇儀表時(shí)量程和精度等級(jí)應(yīng)如何考慮？參考答案：可能產(chǎn)生的相對(duì)誤差分別是：100mv×1.5%=1.5 mv，200mv×1.0%=2.0 mv，1000 mv×0.5%=5 mv。說(shuō)明選擇儀表時(shí)，其量程和精度等級(jí)應(yīng)綜合考慮，既要選擇精度等級(jí)較高

4、的儀器，又應(yīng)使被測(cè)值盡量接近儀表的滿(mǎn)量程，這樣測(cè)量結(jié)果越精確，即“2/3以上范圍使用”原則。6. 請(qǐng)舉例解釋隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和疏失誤差（粗差）的含義。參考答案：在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化，該誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差是由于某些無(wú)法嚴(yán)格控制的復(fù)雜因素造成的，例如，測(cè)量環(huán)境的無(wú)規(guī)律振動(dòng)、電磁場(chǎng)干擾等。系統(tǒng)誤差在測(cè)量過(guò)程中保持恒定或遵循一定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生于測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)，或測(cè)量方法不正確，或介質(zhì)溫度、環(huán)境條件對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響等。系統(tǒng)誤差可通過(guò)儀器校準(zhǔn)、補(bǔ)償?shù)却胧p小或消除。疏失誤差是明顯偏離真值的誤差，這種誤差的數(shù)值和符號(hào)

5、沒(méi)有任何規(guī)律。應(yīng)將該數(shù)據(jù)從測(cè)量結(jié)果中剔除。7. 某待測(cè)鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000 r/min，現(xiàn)有1.0級(jí)精度，量程為1000 r/min及2.0級(jí)精度，量程為3000 r/min的兩個(gè)轉(zhuǎn)速表，請(qǐng)問(wèn)使用哪一個(gè)轉(zhuǎn)速表較好，并說(shuō)明原因。參考答案：根據(jù)應(yīng)接近儀表滿(mǎn)量程和“2/3以上范圍使用”原則，使用精度1.0量程1000 r/min的轉(zhuǎn)速表較好。因?yàn)樗淖畲蠼^對(duì)誤差不超過(guò)10 r/min，而使用精度2.0量程3000 r/min轉(zhuǎn)速表的最大絕對(duì)誤差可能達(dá)60 r/min。8. 舉例說(shuō)明傳感器的基本功能環(huán)節(jié)敏感元件。參考答案：在工程檢測(cè)中常用彈性元件作為檢測(cè)力、力矩、壓力等機(jī)械量的敏感元件。首先彈性元件在

6、力、力矩、壓力等作用下產(chǎn)生變形，再通過(guò)其上貼的應(yīng)變片，或它連接的鐵心、線(xiàn)圈把變形轉(zhuǎn)為電阻、電感、電容的變化，最終輸出與被測(cè)物理量成比例的電量信號(hào)。常用彈性敏感元件有：彈簧、彈性柱體、等強(qiáng)度懸臂梁、膜片、波紋管等。9. 舉例說(shuō)明傳感器的基本功能環(huán)節(jié)傳感元件。參考答案：例如，檢測(cè)技術(shù)中用得最廣泛的電阻應(yīng)變式傳感元件。電阻應(yīng)變式傳感元件能把彈性敏感元件的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。當(dāng)彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，使應(yīng)變片敏感柵電阻絲變形，電阻值隨變形而改變，便可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻的轉(zhuǎn)換，用來(lái)檢測(cè)位移、力和溫度等物理量。圖210. 圖2為柱式應(yīng)變壓力傳感器，請(qǐng)指出其中的敏感元件是什么，傳感元件是什么，它們分別在壓力

7、測(cè)量過(guò)程中起什么作用？參考答案：其中的敏感元件是彈性柱體3，傳感元件是電阻應(yīng)變片2。當(dāng)Z方向作用有載荷時(shí)，彈性柱體3產(chǎn)生變形，其上的電阻應(yīng)變片也隨之伸長(zhǎng)或縮短，從而引起與作用載荷成比例的電阻變化。再通過(guò)電橋可測(cè)出與電阻變化成比例的電壓，從而確定Z方向的載荷大小。11. 請(qǐng)解釋等臂電橋的“和差特性”。參考答案：應(yīng)變片在直流電橋中有三種基本線(xiàn)路：(a) 單臂接法橋路中一個(gè)橋臂為隨被測(cè)對(duì)象變形的應(yīng)變片，(b)半橋接法兩個(gè)橋臂為工作應(yīng)變片，(c)全橋接法四個(gè)橋臂為工作應(yīng)變片。單臂接法 半橋接法 全橋接法 電橋的和差特性：若相鄰橋臂的應(yīng)變極性相同，電橋的輸出電壓與兩應(yīng)變之差有關(guān)；若相鄰橋臂應(yīng)變的極性相反

8、，則輸出電壓與兩應(yīng)變之和有關(guān)。實(shí)測(cè)中常利用和差特性來(lái)增大電橋的輸出電壓。12. 請(qǐng)解釋?xiě)?yīng)變片的溫度補(bǔ)償。參考答案：由于應(yīng)變引起的電阻變化很小，溫度的干擾將嚴(yán)重影響其測(cè)量準(zhǔn)確性。溫度補(bǔ)償方法可消除這種干擾，使電橋輸出僅與傳感器的應(yīng)變有關(guān)。常采用橋路補(bǔ)償或應(yīng)變片自補(bǔ)償兩種方法?？稍陔姌螂娫椿芈飞狭硗獯右恢粶囟让舾须娮?，以便抵消由傳感器溫升所增加的虛假信號(hào)。應(yīng)變片自補(bǔ)償是指選用有溫度自補(bǔ)償功能的電阻應(yīng)變式傳感器。13. 完善圖3并解釋霍爾效應(yīng)。參考答案：霍爾效應(yīng)是這樣的一種電磁現(xiàn)象：把通有電流I的導(dǎo)體或半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)強(qiáng)度為H的磁場(chǎng)中，并且磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，那么，在垂直于磁場(chǎng)與電流的方向上，將

9、會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正比于電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度的霍爾電勢(shì)：式中：RH霍爾常數(shù)，其值取決于材料性能；h霍爾元件的薄片厚度；I控制電流；H穿過(guò)元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度；KH霍爾元件的靈敏系數(shù)。14. 請(qǐng)解釋熱電偶的工作原理熱電效應(yīng)。參考答案：熱電效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)是把兩種不同材質(zhì)導(dǎo)體A和B串接成一閉合回路，如果兩結(jié)合點(diǎn)間出現(xiàn)溫差，則在回路中就有電流產(chǎn)生，兩節(jié)點(diǎn)間的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。這兩種不同導(dǎo)體的組合稱(chēng)為熱電偶。熱電勢(shì)是由兩個(gè)導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和同一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。15. 請(qǐng)解釋壓電效應(yīng)，并舉例說(shuō)明其工程應(yīng)用。參考答案：某些晶體當(dāng)沿著一定的方向受到外力作用時(shí)，在晶體的兩個(gè)特定晶面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；外力撤去后，該晶體又恢復(fù)其不

10、帶電狀態(tài)。而且，在作用力方向改變時(shí)，其特定晶面上電荷的極性也隨之改變。稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。相反，如果對(duì)晶體施加一交變電場(chǎng)激勵(lì)，晶體本身又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象則稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)。在工程中常采用壓電式力傳感器來(lái)測(cè)力，也可做成壓電式超聲波傳感器。16. 請(qǐng)解釋光電效應(yīng)，并舉例說(shuō)明其工程應(yīng)用。參考答案：某些物質(zhì)吸收光子能量后將出現(xiàn)某些電的效應(yīng)，稱(chēng)為物質(zhì)的光電效應(yīng)。有：外光電效應(yīng)（光電管等）；內(nèi)光電效應(yīng)（光敏電阻等）和阻擋層光電效應(yīng)（光電池等）。例如，光電式轉(zhuǎn)速傳感器，在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上涂有黑白相間的反光標(biāo)志，光源發(fā)射的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡投射到被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體上。被測(cè)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，明（白條）暗（黑條）反光標(biāo)志

11、交替變換，光電元件隨轉(zhuǎn)軸的明暗反光變換輸出與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的光電脈沖信號(hào)，即可測(cè)得旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速。17. A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)隨時(shí)間的變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)，必須遵循“采樣定理”，請(qǐng)解釋采樣定理。參考答案：連續(xù)信號(hào)能由一組瞬時(shí)測(cè)量值或者由時(shí)間間隔相同的采樣信號(hào)值表示和構(gòu)成。采樣時(shí)必須遵循采樣定理：采樣頻率必須大于信號(hào)最高頻率分量的兩倍。這樣，模擬信號(hào)所包含的信息就可全都包含在其樣值中。18. 圖4為用應(yīng)變片測(cè)彎曲的情況，請(qǐng)根據(jù)圖中電橋的接法寫(xiě)出輸出電壓U0的表達(dá)式。參考答案：圖419. 分別寫(xiě)出電阻應(yīng)變片測(cè)量橋路單臂接法、半橋接法和全橋接法的電壓輸出公式。參考答案：?jiǎn)伪劢臃?半橋接法 全橋接法 20

12、. 電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量？第21題圖 “兩功率計(jì)法”測(cè)三相功率參考答案：電渦流式傳感器除了能測(cè)量位移外，還可以檢測(cè)金屬導(dǎo)體的振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，并進(jìn)行無(wú)損探傷。21. 用兩個(gè)功率計(jì)測(cè)量電機(jī)的三相總功率時(shí)，按一定的規(guī)則把兩個(gè)功率計(jì)接到三根火線(xiàn)上能測(cè)出功率P1、P2，那么總功率是它們的代數(shù)和P1+P2。請(qǐng)解釋?zhuān)ê?jiǎn)述+示意圖）兩個(gè)功率計(jì)與三根火線(xiàn)的連接方式。參考答案：用“兩功率計(jì)法”測(cè)三相功率時(shí)，必須遵循以下接線(xiàn)規(guī)則：兩功率計(jì)的電流支路串入任意兩相線(xiàn)，它們的“發(fā)電機(jī)端”（即接線(xiàn)柱標(biāo)有“*”號(hào)者，參見(jiàn)圖）必須在電源一側(cè)。兩功率計(jì)的電壓支路的“發(fā)電機(jī)端”接到各

13、自功率計(jì)電流支路所在的那一相線(xiàn)上，而“非發(fā)電機(jī)端”都接在第三根線(xiàn)上。22. 靶式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，適于測(cè)量含固相顆粒漿液（如泥漿、砂漿）等優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)分析其缺點(diǎn)或使用的局限性。參考答案：缺點(diǎn)及使用中的局限性：由于靶式流量計(jì)的刻度為非線(xiàn)性，測(cè)量結(jié)果易受流體密度變化的影響，且對(duì)插入管道中的部分密封要求較高，故在使用中必須注意進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定，同時(shí)不適用于來(lái)測(cè)壓力很高的流體。23. 請(qǐng)解釋?zhuān)ê?jiǎn)述+示意圖）間接法測(cè)鉆桿扭矩的思路與方法。參考答案：間接法測(cè)扭矩分別測(cè)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相有功功率(參見(jiàn)第21題的內(nèi)容及插圖)和鉆機(jī)立軸的轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)硬件或軟件按下式算出鉆進(jìn)扭矩M (Nm)第23題圖 轉(zhuǎn)

14、速傳感器1信號(hào)源；2探頭；3回轉(zhuǎn)器外殼；4立軸 式中：N三相有功功率 (kw)；n立軸轉(zhuǎn)速 (rmin)；傳動(dòng)效率?；魻栭_(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器（見(jiàn)圖）把永磁體作為信號(hào)源固定在回轉(zhuǎn)器立軸六方套外徑上，保證它與立軸同步回轉(zhuǎn)卻不參加上、下移動(dòng)，而在回轉(zhuǎn)器外殼上安裝有霍爾開(kāi)關(guān)的探頭。立軸回轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)信號(hào)源接近一次探頭的霍爾開(kāi)關(guān)，就有一個(gè)電脈沖輸出，檢測(cè)兩次脈沖之間的時(shí)間t（秒），即可測(cè)出立軸轉(zhuǎn)速式中：N永磁體信號(hào)源的個(gè)數(shù)。24. 試分析兩種或兩種以上常用的沖擊器沖擊頻率檢測(cè)方法。參考答案：（1）通過(guò)壓力傳感器測(cè)量沖擊器上、下缸壓力，用差動(dòng)變壓器位移傳感器測(cè)量活塞的位移量，并輸出波形，都可反映出沖擊頻率，但它

15、們都只能在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上檢測(cè)沖擊頻率。（2）在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可利用安裝在地面高壓送水管路上的壓電式壓力傳感器把液體壓力的脈動(dòng)變換為相應(yīng)的電壓變化，再通過(guò)整形電路和電子計(jì)數(shù)器顯示沖擊器的實(shí)際工作頻率。25. 鉆井現(xiàn)場(chǎng)可以用壓力式（壓力式、差壓式）、浮力式（浮筒式、浮子開(kāi)關(guān)式）、電氣式（電阻式、電容式、電感式）、聲波式等液位檢測(cè)儀來(lái)測(cè)量泥漿池的液量。請(qǐng)任舉一例解釋?zhuān)ê?jiǎn)述+示意圖）其測(cè)量液位的思路與方法。參考答案：超聲波液位計(jì)的工作原理如圖，已知探頭到容器底部的距離H，則液位高度h為 其中，從發(fā)射到接收的時(shí)間為t，而經(jīng)過(guò)精確測(cè)定的超聲波在介質(zhì)中的傳播速度為c。應(yīng)注意探頭須固定在液面可能到達(dá)的最高位置之上，即H

16、>hmax。26. 請(qǐng)解釋?zhuān)ê?jiǎn)述+示意圖）用差動(dòng)變壓器測(cè)量位移時(shí)，能根據(jù)輸出辨別位移方向的原因。參考答案：差動(dòng)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈是獨(dú)立繞制的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)線(xiàn)圈，當(dāng)可動(dòng)鐵芯處于中間位置時(shí)，由于兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈是反接的，故其輸出電壓為零。當(dāng)可動(dòng)鐵芯因被測(cè)量變化而產(chǎn)生相應(yīng)的向上或向下位移時(shí)，則次級(jí)線(xiàn)圈亦有表征位移方向的差動(dòng)輸出（如圖）。第26題圖差動(dòng)變壓器式電感傳感元件的工作原理(a、b)工作原理；(c)輸出特征。27. 請(qǐng)解釋?zhuān)瑴y(cè)量小應(yīng)變和大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)分別選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，還是半導(dǎo)體應(yīng)變片？參考答案：測(cè)量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用半導(dǎo)體應(yīng)變片，因?yàn)榘雽?dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬絲應(yīng)變片高許多倍。測(cè)量大應(yīng)變時(shí)，

17、應(yīng)選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，雖然金屬絲應(yīng)變片比半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度小很多，但對(duì)于大應(yīng)變靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片夠用了，而且成本低。28. 試分析造成金屬電阻應(yīng)變片輸出變化的原因，主要是由于電阻絲的尺寸變化，還是電阻率的變化？參考答案：對(duì)于電阻應(yīng)變片可推導(dǎo)出以下公式：，對(duì)金屬電阻絲來(lái)講可簡(jiǎn)化為。由于金屬材料在彈性范圍內(nèi)泊松比為常數(shù)，所以金屬應(yīng)變片的電阻變化量與縱向應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系。即造成金屬電阻應(yīng)變片輸出變化的主要原因是電阻絲的尺寸變化。29. 舉例說(shuō)明，利用正電壓效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)分別可制成什么傳感器。參考答案：（1）壓電式力傳感器利用正電壓效應(yīng)，以壓電晶體為換能元件，輸出與作用力成正比的電信號(hào)。

18、（2）壓電式超聲波傳感器利用壓電元件實(shí)現(xiàn)發(fā)射或接收超聲波信號(hào)，可以由一個(gè)探頭兼具發(fā)射和接收兩種功能，這種探頭同時(shí)應(yīng)用正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。30. 鉆頭進(jìn)尺量（線(xiàn)位移）和平均鉆速是衡量鉆頭質(zhì)量，劃分巖石級(jí)別和判斷孔內(nèi)工況的重要依據(jù)。但在硬地層中瞬時(shí)鉆速很小，分別說(shuō)明用測(cè)速發(fā)電機(jī)、磁電脈沖原理測(cè)量線(xiàn)位移和鉆速時(shí)，可采取什么措施來(lái)提高硬地層鉆進(jìn)中的位移和瞬時(shí)鉆速分辨率。參考答案：（1）測(cè)速發(fā)電機(jī)?？山柚K輛或傘齒輪+軟軸的方法把進(jìn)尺的平動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)，再利用增速變速箱進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，從而提高硬地層鉆進(jìn)中的位移和瞬時(shí)鉆速分辨率。（2）磁電脈沖式鉆速儀。用鋼絲繩牽引一個(gè)導(dǎo)磁齒輪回轉(zhuǎn)，它不直接測(cè)與瞬時(shí)鉆速成正比的電信號(hào)，而是測(cè)量對(duì)應(yīng)一定位移量的兩次脈沖之間的時(shí)間。當(dāng)鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖石鉆速很低時(shí)，該時(shí)間間隔增大，信號(hào)將增強(qiáng)，從而提高了鉆速儀的分辨率和精度。31. 分析滑線(xiàn)變阻器式傳感器適于測(cè)量大位移量，還是微小位移量，原因何在。參考答案：當(dāng)被測(cè)對(duì)象的位移（x或）變化時(shí)，帶動(dòng)觸點(diǎn)在滑線(xiàn)變阻器式傳感器基體的裸露部分滑動(dòng)，如果電位計(jì)中流過(guò)一定的電流，就能把觸點(diǎn)的位置以電壓的形式輸出。但是，由于傳感器裸露的電阻線(xiàn)有