工程測試技術(shù)復(fù)習(xí)題.

1、復(fù)習(xí)思考題、基本概念題1. 測試過程中，若所測試的信號不隨時間變化或變化非常緩慢，稱 這種測試稱為靜態(tài)測試。如果所測試的信號隨時間周期變化或變 化很快，這種測試稱為動態(tài)測試。2. 傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成易于變換、傳輸和處理的一種器件或裝 置。3. 按構(gòu)成原理分類，電阻應(yīng)變片、熱敏電阻、壓電晶片屬物性型傳 感器。4. 按構(gòu)成原理分類，電容傳感器、自感型電感式傳感器屬結(jié)構(gòu)型傳 感器。5. 為提高和改善傳感器的技術(shù)性能，可采取以下技術(shù)措施：差動術(shù)、平均技術(shù)以及補(bǔ)償與修正技術(shù)。6. 傳感器的定度曲線（或標(biāo)定曲線）與擬合直線之間的偏離程度稱 為傳感器的線性度。7. 傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時，輸出變化量與

2、輸入變化量之間的比 值。8. 對干一階傳感器系統(tǒng)，當(dāng)其時間常數(shù)（或 T ）越小，其頻率響應(yīng) 特性越好。9. 激波管標(biāo)定系統(tǒng)中，激波管的作用是一種動態(tài)標(biāo)定設(shè)備，能產(chǎn)生 階躍壓力信號輸出。10. 金屬電阻應(yīng)變片的規(guī)格一般以面積 （或長x寬）和初始阻值表示。11. 用電阻應(yīng)變片測量構(gòu)件的變形，影響電阻應(yīng)變片電阻變化的因素 有：應(yīng)變片的靈敏度和初始阻值、被測構(gòu)件的應(yīng)變量、以及應(yīng)變片沿構(gòu)件的粘貼方向。（因為： R=K R, K為靈敏度，R為應(yīng) 變片初始阻值，被測構(gòu)件的應(yīng)變量）12. 將電阻絲繞成應(yīng)變片后，由于存在橫向效應(yīng)靈敏系數(shù)一般會減小13. 在電橋測量中，由于電橋接法不同，輸出電壓的靈敏度也不同，

3、全橋接法可以得到最大靈敏度輸出。14. 應(yīng)變片的溫度誤差補(bǔ)償方法通?？煞譃椋簶蚵费a(bǔ)償法、應(yīng)變片自 補(bǔ)償法。15. 根據(jù)工作原理，變氣隙型自感式傳感器的靈敏度具有理論上的非_ 線性。16. 電渦流接近開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)其工作原理，不可用來進(jìn)行類似 如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的檢測。17. 在差動式自感傳感器中，若采用交流橋路為變換電路，常出現(xiàn)零. 點殘余電壓現(xiàn)象，該現(xiàn)象使傳感器靈敏度下降，靈敏閾值增大， 非線性誤差增大。18. 差動變壓器式位移傳感器是將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感 系數(shù)的變化，兩個次級線圈要求反向串接。19. 電容傳感器的轉(zhuǎn)換電路包括：交流電橋、變壓器電橋、調(diào)頻電路、 運(yùn)

4、算放大器電路。20. 壓電式傳感器是一種可逆型傳感器，即可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 _ 也可反之實現(xiàn)逆向變換。21. 壓電傳感器中壓電晶片的等效電路，可以看作是一個電荷源與一 個電容器的并聯(lián)。22. 壓電傳感器測量電路常接電壓或電荷放大器。其中若傳感器輸出 接電荷放大器，則其輸出基本不受連接電纜長度的影響。23. 壓電式傳感器的測量電路中，前置放大器的作用是阻抗變換和信. 號放大。24. 目前，用壓電陶瓷制作的力傳感器一般不能用于測量靜態(tài)力，而 只能用來測量動態(tài)力。25. 熱電偶熱電動勢的形成是由于接觸電動勢和溫差電動勢共同作用的結(jié)果。26. 若組成熱電偶的兩導(dǎo)體材料相同，當(dāng)參比端溫度為20C、工作

5、端溫度為100 C時，則其輸出熱電勢為零27. 熱敏電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系稱熱敏電阻的熱電特性。它是 熱敏電阻測溫的基礎(chǔ)。28. 熱敏電阻其溫度與阻值之間一般呈非線性關(guān)系，且一般不具有互 換性。29. 請寫出你所知的幾種常見光電檢測器件的名稱：光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管（還有光電管、光電池、電荷耦合器件CCD） 等。30. 隔離放大器有變壓器耦合式、光電耦合式和電容耦合式三種，它 們都起到隔離無用信號和放大有用信號的作用。31. 抗干擾是測試系統(tǒng)必須采用的技術(shù)。常用抗干擾技術(shù)包括：隔離 技術(shù)、濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)32. 周期信號的頻譜特點有哪些？1）離散性 周期信號的頻譜是由

6、不連續(xù)的譜線組成，每條譜線代 表一個諧波分量。（2）諧波性 頻譜中每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍上，基波頻率是各分量頻率的公約數(shù)；（3）收斂性各頻率分量的譜線高度表示各次諧波分量的幅值或相位 角。工程上常見的周期信號其諧波幅值總的趨勢是隨著諧波次數(shù)的增 高而減小的。33. 隨機(jī)過程的主要特征參數(shù)？均值、均方值、方差、概率密度函數(shù)、相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)來描述隨機(jī)過程的特性34. 自相關(guān)、互相關(guān)的定義、應(yīng)用。1）自相關(guān)是指信號在1個時刻的瞬時值與另1個時刻的瞬時值之 間的依賴關(guān)系，是對1個隨機(jī)信號的時域描述。應(yīng)用：利用自相關(guān)法對混有噪聲的弱周期信號進(jìn)行檢測，自相關(guān) 法檢測中增益的計算。（2）

7、互相關(guān)是統(tǒng)計學(xué)中用來表示兩個隨機(jī)矢量X和Y之間的協(xié)方差cov（X, Y），以與矢量X的“協(xié)方差”概念相 區(qū)分，矢量 X 的“協(xié)方差”是 X 的各標(biāo)量成分之間的協(xié)方差矩 陣。 應(yīng)用：用相關(guān)分析法分析復(fù)雜信號的頻譜；用相關(guān)分析法確 定深埋地下的輸油管裂損位置， 以便開挖維修； 用相關(guān)法測試熱軋鋼 帶運(yùn)動速度；利用互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行設(shè)備的不解體故障診斷。35. 自功率譜、互功率譜的定義、應(yīng)用。36. 采樣定理？37. 泄漏與加窗處理的定義、應(yīng)用38. 柵欄效應(yīng)？39. 靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差？（ 1）靜態(tài)誤差是指當(dāng)測量器件的測量值（或輸入值 ）不隨時間變化時，測量結(jié)果 （或輸出值 ）會有緩慢的漂移。（2）動

8、態(tài)誤差是指控制系統(tǒng)在任意的輸入信號作用下達(dá)到穩(wěn)態(tài)時 的控制誤差。40. 系統(tǒng)特性的描述方法？二、簡答題1. 傳感器的靜態(tài)特性以及描述靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)？ 傳感器變換的被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸入 / 輸出關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技 術(shù)指標(biāo)是：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂2. 傳感器的動態(tài)特性以及描述動態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)？ 動態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)的輸入為隨時間變化的信號時，系統(tǒng) 的輸出與輸入之間的關(guān)系。主要動態(tài)特性的性能指標(biāo)有時域單位 階躍響應(yīng)性能指標(biāo)和頻域頻率特性性能指標(biāo)。3. 金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)應(yīng)變片的工作原理有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺 點？答

9、： 相同之處在于：都是將被測量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=（1+2H） +入E，其中H為材料的泊桑比，E為材料的彈 性模量，（1+2H） 是由幾何尺寸變化引起的阻值變化，入E 是由電阻率的變化引起的阻值變化。 不同的是，電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體形變引起的阻值變化，所以 dR/R （1+2H） , S 1+2H ;而半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料 的壓阻效應(yīng)使電阻率發(fā)生變化引起電阻變化。所以dR/R=入E ,S入E。各自的優(yōu)點分別為： 電阻絲應(yīng)變片具有相當(dāng)高的適應(yīng)性;半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高， 一般為電阻絲應(yīng)變片的 50-70 倍。4. 應(yīng)變片測量時為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常用溫補(bǔ)方法有哪些？ 應(yīng)

10、變片的溫度誤差補(bǔ)償方法通常有橋路補(bǔ)償和 應(yīng)變片自補(bǔ)償兩 大類5. 電容式傳感器的變換原理和結(jié)構(gòu)型式？舉例說明其應(yīng)用。 電容公式 間隙變化型，面積變化型，介質(zhì)變化型6. 壓電傳感器的特點及應(yīng)用。以壓電效應(yīng)為工作原理的傳感器， 是機(jī)電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式 傳感器。 它的敏感元件是用 壓電的材料制作而成的， 而當(dāng)壓電材 料受到外力作用的時候，它的表面會形成電荷，電荷會 通過電荷 放大器、 測量電路的放大以及變換阻抗以后， 就會被轉(zhuǎn)換成為與 所受到的外力成正 比關(guān)系的電量輸出。它是用來測量力以及可以 轉(zhuǎn)換成為力的非電物理量;它能夠測量 發(fā)動機(jī)里面的燃燒壓力， 也能夠應(yīng)用在軍事方面。 它可以測量在膛中的槍炮

11、子彈在擊 發(fā)的那 一刻，膛壓的改變量以及炮口所受到的沖擊波壓力。7. 熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)谋匾?？常用冷端補(bǔ)償有幾種方法？熱電偶測量溫度時要求其冷端 （測量端為熱端， 通過引線與測 量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與 測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變 化，將影響嚴(yán)重測量的準(zhǔn)確性。 1.冷端恒溫法， 2.計算修正法， 3. 儀表機(jī)械零點調(diào)整法， 4.電橋補(bǔ)償法。8. 壓阻效應(yīng)和壓電效應(yīng)的區(qū)別？舉例說明應(yīng)用。壓電效應(yīng)：即一些電介質(zhì)材料在一定 方向上受到外力作用而產(chǎn) 生變形時，在它們的表面上會產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力被去除后，表面又回到不帶電狀態(tài)。 壓阻效應(yīng)：是指當(dāng)

12、物質(zhì)受到外力作用，其電 阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。三、計算與分析題(3小題，共36分)例1 一臺精度為0.5級、量程范圍6001200C的溫度傳感器，它 最大允許絕對誤差是多少？檢驗時某點最大絕對誤差是4C,問此表是否合格？解： 根據(jù)精度定義表達(dá)式A二二A 100 %，并由題意已知YF .SA= 0.5%,Yf.s=( 1200-600)C，得最多允許誤差 A = AY f.s = 0.5%X( 1200-600)= 3 C此溫度傳感器最大允許誤差位3C。檢驗?zāi)滁c的最大絕對誤差為4C,大于3C,故此傳感器不合格。例2變間距形平板電容傳感器，當(dāng)d =1mm時，若要求測量線性度為 0.1%。求：允許間距

13、測量最大變化是多少？解： 當(dāng)變間距平板型電容傳感器的 1時，其線性度表達(dá)式d為-Ad= ( ) 100%d07由題意故得0.1% =(衛(wèi))100%，即測量允許變化量：d = 0.001mm。1例3單組式變面積型平板形線位移電容傳感器，兩極板相互覆蓋的 寬度為6mm兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質(zhì)為空氣，試 求其靜態(tài)靈敏度？若極板相對移動2mm,求其電容變化量？(已 知：真空中的介電常數(shù)為 0=8.85 X 10_12 F/m)解：單組式變面積型平板線位移電容傳感器，其電容量的計算 式為:本題中b=6mm, S =0.5mm,故靜態(tài)靈敏度為:dCk 二dld ( ；0 ；rbl /、)dlz

14、0zrb _ 8.85x102 xix6x1060.50_ 1.06 x 10(F/m )極板相對移動2mm,其電容變化量:.C =k ：l =1.06 10J0 2 10 = 2.12 103( F)例4壓電式壓力傳感器靈敏度 S仁9 pC / Pa，將它和一臺靈敏度為S2=0.005V/ pC的電荷放大器連接，其后再接入靈敏度為Ss=25mm / V的光線示波器，試?yán)L出這個測試系統(tǒng)的框圖，并計算其總靈敏度？解：測試系統(tǒng)框圖如下:壓電傳感器S=9 (Pc.-Pa)電荷幀大器0.005(VPc)光線示波籍2S f 111DL.V)出丫(卄門M根據(jù)靈敏度的定義，總靈敏度為:AX AV AQV -

15、Q X=SjS? S3-9(pC/Pa) 0.005(V / pC) 25(mm/V) =1.125(mm/Pa)例5進(jìn)行某次動態(tài)壓力測量時，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度K1為50.0 pc/MPa,把它和一臺靈敏度 可調(diào)的電荷放大器連接， 放大器的輸出又接到一臺靈敏度為 K3=10mm/V的筆式記錄儀上。試： 繪出該測試系統(tǒng)的框圖； 若當(dāng)壓力變化為2.0MPa時，為使記錄筆在記錄紙上的位移不 大于50mm，則電荷放大器的靈敏度 K2應(yīng)調(diào)至多大？解：計算方法同例3相似，省略詳細(xì)解。例6 一應(yīng)變片的電阻R=120Q, K=2.05，用作應(yīng)變?yōu)?00卩m/m的 傳感元件。(1) 求 R 與 R/

16、RA;若電源電壓Ui=3V，求其惠斯通測量電橋的非平衡輸出電壓U。SRQATJA2.05，_.164x=1.64x 10_1 xj? = l,64 i0_1xl20 = 0.196SQ(2)斷出電& L& =-D；二丄x 1.64kk3 = 1.23xW3(r) = 1,23(mK)4 jR 4例7 以若干阻值R=100，靈敏度k =2的電阻應(yīng)變片與阻值 R=1001 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為 10V。當(dāng)工作應(yīng)變?yōu)椋?1X 10 3時，若要使輸出電壓大于12mV問： 可采用何種接橋方式？ 計算當(dāng)輸出阻抗為無窮大時，電橋的輸出電壓值？解：當(dāng)靈敏度k =2、阻值R=120的應(yīng)變片受到工作應(yīng)變

17、為；=1X 10_3時的電阻改變量為： ：R = k；R=2 1 10 100 =0.2 門計算當(dāng)輸出阻抗為無窮大時，我們分別以半橋單臂、半橋雙臂和 全橋計算電橋的輸出：半橋單臂時：U1=RE 二 0.210 =0.005(V) =5(mV)4R400半橋雙臂時：U2 RE 竺 10 =0.010(V) =10(mV)2R 200全橋時：U3 RE=3 10 =0.020(V) =20(mV)R 100顯然，只能采用全橋電路；此時全橋電路輸出為20mV.例8有人在使用電阻應(yīng)變儀時，發(fā)現(xiàn)靈敏度不夠，于是試圖在工作電 橋上增加電阻應(yīng)變片以提高靈敏度。試問，在下列情況下：半橋雙臂各串聯(lián)一片。半橋雙臂

18、各并聯(lián)一片。是否可提高靈 敏度？說明為什么？2R當(dāng)半僑嘆劈鼻串聯(lián)一片總愛片時，電壓輸出久=%2% =豊巧呼半橋雙料務(wù)并聯(lián)一片應(yīng)吏片時.電壓輸出可見，半橋収臂不論是串#U是并聯(lián)應(yīng)瓷片都革能疑高更敏度.例9如果將100Q的應(yīng)變片貼在柱形彈性試件上，該試件的截面積 S=0.5Xl0-4m2，材料彈性模量 E=2Xl0N/m2。若由 5X1O4N的拉力引起應(yīng)變片電阻變化為1 Q,求該應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K解：試件在拉力F=5X 104N作用下，其橫截面受到的正應(yīng)力。為:4F 5 10 S0.5 10=1 109(N/m2)在此應(yīng)力作用下，相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)?1 1092 1011=5 10在此應(yīng)變下，100 Q的電阻應(yīng)變片電阻變化為1 Q,即:：R = kR；=k 100 （5 10冷=1 （門）故可求得應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) k為：1100 (5 10冷例10將一只靈敏度0.08mV/C的熱電偶與電壓表相連，電壓表接線處溫度為50C。電壓表上讀數(shù)為60mV,求熱電偶熱端溫度解法1:根據(jù)題意，電壓表上的毫伏數(shù)是由熱端溫度t，冷端溫度為50C產(chǎn)生的，即:E (t, 50) =60mV又因