機械工程測試與控制技術(shù)課后習題答案

1、機械工程測試與控制技術(shù)課后習題答案1.1 測控的基本概念 測試與控制技術(shù)，簡稱測控技術(shù)，是信息科學的重要組成部分，它與計算機技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)成了完整的信息技術(shù)學科。測控技術(shù)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域， 無論是工程研究、產(chǎn)品開發(fā)，還是質(zhì)量監(jiān)控、性能試驗等，都離不開測控技術(shù)。測控技術(shù)是人類認識客觀世界的手段，是科學研究的基本方法。 測控技術(shù)可分為測試與控制兩大部分，兩部分相輔相成，密切相連。測試是控制的前提，而控制反過來又往往為測試提供原理或方法保障。即使是單純的測試系統(tǒng)，甚至單個的測試環(huán)節(jié)也與控制理論密切相連，如反饋式加速度傳感器、伺服指示儀表等均需在控制理論的指導(dǎo)下進行分析設(shè)計。 測試是具有試

2、驗性質(zhì)的測量，是測量和試驗的綜合，測試的目的是確定被測對象或系統(tǒng)屬性的量值。測試技術(shù)又由傳感器技術(shù)、檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)共同構(gòu)成。其中傳感器類似于人的感覺器官，它將被測對象的輸出以及內(nèi)部的狀態(tài)等屬性量（統(tǒng)稱為 被測量 ），如力、位移、溫度等，轉(zhuǎn)換為易于量測的信號，傳遞給檢測環(huán)節(jié)；檢測環(huán)節(jié)對來自傳感器的信號進行進一步的處理，將信號量化為一定的數(shù)值；而數(shù)據(jù)處理則對量化后的信號進行進一步的運算、分析，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的結(jié)果顯示給操作者或用于控制系統(tǒng)的運行行為。 控制技術(shù)通過人或外加的輔助設(shè)備或裝置 （稱為 控制裝置 或 控制器 ） ，使得被控對象或系統(tǒng)，如機器、生產(chǎn)過程等的工作狀態(tài)或參數(shù)（即 被控量

3、 ）按照預(yù)定的規(guī)律運行。對無需人的直接干預(yù)即可運行控制系統(tǒng)，稱為自動控制系統(tǒng)。一個簡單的恒溫箱控制系統(tǒng)的例子如下圖 1.1 所示。 （ a ） 人工控制的恒溫箱 （ b ） 自動控制的恒溫箱 圖 1.1 恒溫箱控制系統(tǒng) 恒溫箱控制的要求是克服外界干擾（如電源電壓波動、環(huán)境溫度變化等等），保持箱內(nèi)溫度恒定，以滿足物體對溫度的要求。顯然為了實現(xiàn)溫度的恒定控制，必須首先對箱內(nèi)溫度進行測量。對于圖 1.1 （ a ）所示的人工控制的恒溫箱，其控制或調(diào)節(jié)過程可歸結(jié)如下：(1) 操作者觀測由測量元件（溫度計）測出的恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）。(2) 將測得的溫度與要求的溫度值（給定值）進行比較，得出溫度差

4、值（稱為偏差）的大小和方向。(3) 根據(jù)偏差的大小和方向，操作者通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器進行控制。當恒溫箱內(nèi)溫度高于所要求的給定溫度值時，移動調(diào)壓器使電流減小，溫度降低。若溫度低于給定的值，則移動調(diào)壓器，使電流增加，溫度升到正常范圍。顯然，人工控制的過程就是通過眼睛測量、大腦求取偏差、再通過手控制調(diào)壓器改變加熱電阻絲的發(fā)熱量以糾正溫度偏差的過程，簡言之即“檢測偏差再糾正偏差”。 人工控制要求操作者隨時觀察箱內(nèi)溫度的變化情況，隨時進行調(diào)節(jié)。為了將操作者從這種機械式的重復(fù)勞動中解脫出來，可以設(shè)計一個控制器來完成人的工作，將上面的人工控制變成如圖 1.1 （ b ）所示的自動控制系統(tǒng)。 其中，恒溫箱的所需溫度

5、由電壓信號 u 1 給定。當外界因素引起箱內(nèi)溫度變化時，作為測量元件的熱電偶，把溫度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓信號 u 2 ，并反饋回去與給定信號 u 1 相比較，所得結(jié)果即為溫度的偏差信號 u = u 1 - u 2 。經(jīng)過電壓、功率放大后，用以改變執(zhí)行電動機的轉(zhuǎn)速和方向，并通過傳動裝置拖動調(diào)壓器動觸頭。當溫度偏高時，動觸頭向著減小電流的方向運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值為止。即只有在偏差信號 u = 0 時，電動機才停轉(zhuǎn)。這樣就完成了恒溫箱所要求的自動控制任務(wù)。 易見，自動控制系統(tǒng)和人工控制系統(tǒng)的共同特點都是要檢測偏差，并用檢測到的偏差去糾正偏差。因此，檢測是控制的前提，而沒有偏差就不會有控

6、制調(diào)節(jié)過程?？刂葡到y(tǒng)的工作原理可以歸納如下：(1) 檢測輸出量的實際值。(2) 將實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差值。(3) 用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差。 在控制系統(tǒng)中，給定量又稱系統(tǒng)的輸入量，被控制量也稱系統(tǒng)的輸出量。輸出量的返回過程稱為反饋，它表示輸出量通過測量裝置將信號的全部或一部分返回輸入端，使之與輸入量進行比較。比較產(chǎn)生的結(jié)果稱為偏差。在人工控制中，這一偏差是通過人眼觀測后，由人腦判斷、決策得出的；而在自動控制中，偏差則是通過反饋，由控制器進行比較、計算產(chǎn)生的。由于存在輸出量反饋，系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計擾動的情況下，自動減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的

7、狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。而將基于反饋原理、通過 檢測偏差再糾正偏差 的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)?？梢?，作為反饋控制系統(tǒng)至少應(yīng)具備測量、比較（或計算）和執(zhí)行三個基本功能。 測控系統(tǒng)通常通過 結(jié)構(gòu)框圖或功能框圖清晰而形象地表示出來，圖 1.2 給出了圖 1.1 所示的恒溫箱控制系統(tǒng)的功能框圖。圖中帶有箭頭的有向線段表示信息的傳遞路徑， 有向線段旁邊標識的符號標識該線段所代表的信號； 帶有名稱的方框表示構(gòu)成系統(tǒng)的各個部件（即測控環(huán)節(jié)），進入方框的箭頭表示信號輸入，反之表示輸出， 各環(huán)節(jié)的作用是單向的，其輸出受輸入控制；“ ? ”代表比較元件，注意到進入比較元件的反饋信號 u 2 旁邊有一“”

8、號，其含義是負號，即比較元件完成給定信號與反饋信號的相減操作以獲取偏差信號產(chǎn)生控制作用，使偏差越來越小，這種控制稱為負反饋控制。負反饋控制是實現(xiàn)自動控制最基本的方法，不同的控制系統(tǒng)盡管實現(xiàn)自動控制的裝置可能不同，但自動控制的實現(xiàn)建立在反饋的基礎(chǔ)之上。 （ a ） 人工控制的恒溫箱 （ b ） 自動控制的恒溫箱 圖 1.2 恒溫箱控制系統(tǒng)功能框圖 2. 測控技術(shù)的任務(wù)是什么？ 答：測控技術(shù)的任務(wù)主要有: 通過模型試驗或現(xiàn)場實測，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 通過測控，進行設(shè)備強度校驗，提高產(chǎn)量和質(zhì)量； 監(jiān)測環(huán)境振動和噪聲，找振源，以便采取減振、防噪措施； 通過測控，發(fā)現(xiàn)新的定律、公式等； 通過測控和數(shù)據(jù)采集，

9、實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷。 3. 以方框圖的形式說明測控系統(tǒng)的組成，簡述主要部分的作用。 測控系統(tǒng)方框圖如下： （2）各部分的作用如下： l 傳感器是將被測信息轉(zhuǎn)換成某種電信號的器件； l 信號的調(diào)理是把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸和處理的形式； l 信號處理環(huán)節(jié)可對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，進行各種運算、濾波和分析； l 信號顯示、記錄環(huán)節(jié)將來自信號處理環(huán)節(jié)的信號顯示或存貯。l 模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（d/a）轉(zhuǎn)換是進行模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換，以便用計算機處理。4.測控技術(shù)的發(fā)展動向是什么? 傳感器向新型、微型、智能型方向發(fā)展； 測控儀器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)

10、測、性能標準化和低價格發(fā)展； 參數(shù)測量與數(shù)據(jù)處理向計算機為核心發(fā)展；1 求周期方波的傅立葉級數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式），畫出|cn|-w和j-w圖。 解：(1)方波的時域描述為： (2) 從而： 2 . 求正弦信號 的絕對均值 和均方根值 。 解(1) (2) 2.1 求解下列微分方程(1) 初始條件，式中均為常數(shù)，解：set (2) 假設(shè)解：(3) 初始條件解：(4) 初始條件解：2.2 一階微分方程組為已知，求解解：2.3 已知一液壓控制系統(tǒng)的運動方程為式中參數(shù)：。試求在單位階躍輸入作用下，系統(tǒng)的輸出。已知解：1.說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。答：（1）線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測試工作

11、中具有非常重要的作用。因為在實際測試中，測試得到的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，這時依據(jù)頻率保持特性可以認定測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。（2）同樣，在故障診斷中，根據(jù)測試信號的主要頻率成分，在排除干擾的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號也應(yīng)包含該頻率成分，通過尋找產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。2.在使用靈敏度為80nc/mpa的壓電式力傳感器進行壓力測量時，首先將他與增益為 5mv/nc的電荷放大器相連，電荷放大器接到靈敏度為25mm/v的筆試記錄儀上，試求該壓力測試系統(tǒng)的靈敏度。當記錄儀的輸出變化30mm時，壓力變化為多少？2 解：

12、（1）求解串聯(lián)系統(tǒng)的靈敏度。 （2）求壓力值。4.把靈敏度為 的壓電式力傳感器與一臺靈敏度調(diào)到 的電荷放大器相接，求其總靈敏度。若要將總靈敏度調(diào)到 ，電荷放大器的靈敏度應(yīng)作如何調(diào)整？解：4.用一時間常數(shù)為2s的溫度計測量爐溫時，當爐溫在200400之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時，溫度計輸出的變化范圍是多少？解： （1）已知條件。 （2）溫度計為一階系統(tǒng)，其幅頻特性為（3）輸入為200、400時，其輸出為：y=a(w)200=200.7() y=a(w) 400=401.4( ) 5.用一階系統(tǒng)對100hz的正旋信號進行測量時，如果要求振幅誤差在10%以內(nèi),時間常數(shù)應(yīng)為多少？如果用該系

13、統(tǒng)對50z的正旋信號進行測試時，則此時的幅值誤差和相位誤差是多少？解：（1）一階系統(tǒng)幅頻誤差公式。 幅值誤差為：2.9%，相位差為:-67.5401.說明線性系統(tǒng)的頻率保持性在測量中的作用。答：（1）線性系統(tǒng)的頻率保持性，在測試工作中具有非常重要的作用。因為在實際測試中，測試得到的信號常常會受到其他信號或噪聲的干擾，這時依據(jù)頻率保持特性可以認定測得信號中只有與輸入信號相同的頻率成分才是真正由輸入引起的輸出。（2）同樣，在故障診斷中，根據(jù)測試信號的主要頻率成分，在排除干擾的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率保持特性推出輸入信號也應(yīng)包含該頻率成分，通過尋找產(chǎn)生該頻率成分的原因，就可以診斷出故障的原因。 2.在使用靈

14、敏度為80nc/mpa的壓電式力傳感器進行壓力測量時，首先將他與增益為 5mv/nc的電荷放大器相連，電荷放大器接到靈敏度為25mm/v的筆試記錄儀上，試求該壓力測試系統(tǒng)的靈敏度。當記錄儀的輸出變化30mm時，壓力變化為多少？2 解：（1）求解串聯(lián)系統(tǒng)的靈敏度。 （2）求壓力值。4.把靈敏度為 的壓電式力傳感器與一臺靈敏度調(diào)到 的電荷放大器相接，求其總靈敏度。若要將總靈敏度調(diào)到 ，電荷放大器的靈敏度應(yīng)作如何調(diào)整？解：4.用一時間常數(shù)為2s的溫度計測量爐溫時，當爐溫在200400之間，以150s為周期，按正弦規(guī)律變化時，溫度計輸出的變化范圍是多少？解： （1）已知條件。 （2）溫度計為一階系統(tǒng)，

15、其幅頻特性為（3）輸入為200、400時，其輸出為：y=a(w)200=200.7() y=a(w) 400=401.4( ) 5.用一階系統(tǒng)對100hz的正旋信號進行測量時，如果要求振幅誤差在10%以內(nèi),時間常數(shù)應(yīng)為多少？如果用該系統(tǒng)對50z的正旋信號進行測試時，則此時的幅值誤差和相位誤差是多少？解：（1）一階系統(tǒng)幅頻誤差公式。 幅值誤差為：2.9%，相位差為:-67.540ap6.3 a control system id shown in fig ap6.3. it is desired that the system be stable and the steady-state err

16、or for a unit step input be less than or equal to 0.05(5%).a) determine the range of a that satisfies the error requirement.b) determine the range of a that satisfies the stability required.c) select an a that meets both requirements.a) determine the range of a that satisfies the error requirement.t

17、he steady-state error to a step input is we have , the range of a that satisfies the error requirement is b) determine the range of a that satisfies the stability required.the routh array is1 a1+a 11the system is stable if c) select an a that meets both requirements.e6.11 a system with a transfer fu

18、nction y(s)/r(s) isdetermine the steady-state error to a unit step input. is the system stable?1)method 1:method 2:2) characteristic equation: 1 2 36 1 011/6 3a13unstablep6.11 a feedback control system has a characteristic equationthe parameter k must be positive. what is the maximum value k can ass

19、ume before the system becomes unstable? when k is equal to the maximum value, the system oscillates. determine the frequency of oscillation.the routh array is 1 101+k 5+15k5+15kthe system is stable if when , the auxiliary equation is p6.1 utilizing the routh-herwitz criterion, determine the stabilit

20、y of the following polynomials:a) b) c) d) a) determine the number of roots, if any, in the right-hand plane. also when it is adjustable, determine the range of k that in a stable system.characteristic euqation: we have the routh array:1 25 02stableb) we determine by inspection that the system is un

21、stable, since it is necessary that all coefficients have the same sign.we have the routh array:1 -42 20-1420there are two roots in the right-hand plane.c) we have the routh array:1 3 k1 2 01 k2-kkthe system is stable for 0 k 0 and k0.458- 0.457the breakaway point is 0.457k=22.3the range of k for whi

22、ch the system is stable: k22.37.3 a unity feedback system has find (a) the breakaway point on the real axis and the gain k for this point.(b) the gain and the roots when two roots lie on the imaginary axis.(a) the breakaway point on the real axis and the gain k for this point.characteristic equation

23、: (b) the gain and the roots when two roots lie on the imaginary axis.routh array iss3 1 10s2 7 ks1 (70-k)/7s0 kk=70,e8.4 the frequency response for a process of the formis shown in fig. e8.4. determine k and a by examining the frequency response curves.the transfer function: when , when open-loop g

24、ain:from the magnitude relationship:e8.4 the frequency response for a process of the formis shown in fig. e8.4. determine k and a by examining the frequency response curves.the transfer function: when , when open-loop gain:from the magnitude relationship:e8.6 several studies have proposed an extrave

25、hicular robot that could move about a nasa space station and perform physical tasks at various worksites. the arm is controlled by a unity feedback control with draw the bode diagram for k=100, and determine the frequency when 20log|g| is 0db.low frequency: -90high frequency: -270determine the frequ

26、ency when20log|g| is 0db:e8.8a feedback system has a loop transfer function (a) determine the corner frequencies (break frequencies) for the bode plot.(b) determine the slope of the asymptotic plot at very low frequencies and at high frequencies.(c) sketch the bode magnitude plot.(a) the corner freq

27、uencies:(b) the slope of the asymptotic plot at very low frequencies is 0db/decthe slope of the asymptotic plot at high frequencies is -20db/de(c) the bode magnitude plotthe phase: 180 -90p8.4a control system for controlling the pressure in a closed chamber is shown in figp8.4. the transfer function

28、 for the measuring element is and the transfer function for the valve is the controller transfer function is obtain the frequency response characteristics for the loop transfer functionthe transfer function:the corner frequencies: k=1the phase: -90-360p8.5 the robot industry in the united states is

29、growing at a rate of 30% a year. a typical industrial robot has six axes or degrees of freedom. a position control system for a force-sensing joint has a transfer function where h(s)=1 and k=10. sketch the bode diagram of this system.the phase: 0-360p8.6 the asymptotic log-magnitude curves for two t

30、ransfer function are given in figp8.6. sketch the corresponding asymptotic phase shift curves for each system. determine the transfer function for each system. assume that the systems have minimum phase transfer functions. from the low frequency asymptotic, we havewhere w=1 , k=3.98the transfer func

31、tion:or the phase: -90- 180the transfer function:the phase: 90- 901. 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與電阻絲（敏感柵）的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？ 答：(1)一般情況下，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)小于電阻絲的靈敏系數(shù)。(2)原因是： 1) 當應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼于被測試件上時，由于基底和粘結(jié)劑的彈性模量與敏感柵的彈性模量之間有差別等原因，彈性體或試件的變形不可能全部均勻地傳遞到敏感柵。 2)絲柵轉(zhuǎn)角及接線的影響。 2. 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？ 答：前者利用金屬形變引起電阻的變化；而后者是利用半導(dǎo)體電阻率變

32、化引起電阻的變化（壓阻效應(yīng)）。3. 試比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同。 答：(1)不同點： 1)自感式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2)差動變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。 (2)相同點： 兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺管性三種類型。4. 在自感式傳感器中，螺管式自感傳感器的靈敏度最低，為什么在實際應(yīng)用中卻應(yīng)用最廣泛？ 答：(1)在自感式傳感器中，雖然螺管式自感傳感器的靈敏度最低，但示值范圍大、線性也較好;(2)同時還具備自由行程可任意安排、制造裝配方便、可互換性好等優(yōu)點。(3)由于具備了這些優(yōu)點，而靈敏度低的問題可在放大

33、電路方面加以解決，故目前螺管式自感傳感器應(yīng)用中最廣泛。5. 為什么電容式傳感器易受干擾？如何減小干擾？ 答： (1)傳感器兩極板之間的電容很小，僅幾十個f，小的甚至只有幾個f。(2)而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻具有很大的電容，如屏蔽線的電容最小的l米也有幾個f，最大的可達上百個f。這不僅使傳感器的電容相對變化大大降低，靈敏度也降低，更嚴重的是電纜本身放置的位置和形狀不同，或因振動等原因，都會引起電纜本身電容的較大變化，使輸出不真實，給測量帶來誤差。(3)解決的辦法，一種方法是利用集成電路，使放大測量電路小型化，把它放在傳感器內(nèi)部，這樣傳輸導(dǎo)線輸出是直流電壓信號，不受分布電容的影響;(4)

34、另一種方法是采用雙屏蔽傳輸電纜，適當降低分布電容的影響。由于電纜分布電容對傳感器的影響，使電容式傳感器的應(yīng)用受到一定的限制。6. 用壓電式傳感器能測量靜態(tài)或變化很緩慢的信號嗎？為什么？ 答： (1)由于不可避免地存在電荷泄漏，利用壓電式傳感器測量靜態(tài)或準靜態(tài)量值時，必須采取一定措施，使電荷從壓電元件經(jīng)測量電路的漏失減小到足夠小的程度；(2)而在作動態(tài)測量時，電荷可以不斷補充，從而供給測量電路一定的電流，故壓電式傳感器適宜作動態(tài)測量。1. 如題圖11.1所示，在一受拉彎綜合作用的構(gòu)件上貼有四個電阻應(yīng)變片。試分析各應(yīng)變片感受的應(yīng)變，將其值填寫在應(yīng)變表中。并分析如何組橋才能進行下述測試：(1) 只測

35、彎矩，消除拉應(yīng)力的影響；(2) 只測拉力，消除彎矩的影響。電橋輸出各為多少？解：(1)組橋如題圖11.1-1。設(shè)構(gòu)件上表面因彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?，材料的泊松比為，供橋電壓為u0，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)為k。各應(yīng)變片感受的彎應(yīng)變?nèi)?題表11.1-1。題表11.1-1r1r2r3r4-由式11.3 可得輸出電壓其輸出應(yīng)變值為 (2) 組橋如題圖11. 1-2。設(shè)構(gòu)件上表面因拉力產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?，其余變量?1)的設(shè)定。各應(yīng)變片感受的應(yīng)變?nèi)?題表11.1-2。題表11.1-2r1r2r3r4-由 式11.3 可得輸出電壓其輸出應(yīng)變值為 2. 一等強度梁上、下表面貼有若干參數(shù)相同的應(yīng)變片，如題圖11.2 所示。

36、梁材料的泊松比為，在力p的作用下，梁的軸向應(yīng)變?yōu)?，用靜態(tài)應(yīng)變儀測量時，如何組橋方能實現(xiàn)下列讀數(shù)？a) ； b) (1+)； c) 4； d) 2(1+)；e) 0；f) 2 解： 本題有多種組橋方式，例如題圖11.2-1所示。 1、 選用位移傳感器應(yīng)注意哪些問題？答：選用位移傳感器時，除應(yīng)符合一般傳感器的選用原則外，其測量范圍、線性度和精確度對傳感器的合理選用尤為重要。1） 測量范圍：小位移測試可用電感式、差動變壓器式、電容式、應(yīng)變式、渦流式、霍爾式、壓電式等，大位移測試可采用光柵、感應(yīng)同步器、磁柵等。數(shù)字式位移傳感器確定測量范圍的原則是：測量上限不準傳感器過載，測量下限應(yīng)考慮示值相對誤差。2

37、） 線性度：由于一些位移傳感器本身是非線性的，為了滿足測試精確度要求，在位移測試中常采用適當方法給予校正、補償。3） 精確度：根據(jù)測試的目的和被測位移實際要求，盡可能選擇精密度較低的傳感器，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益。 2、 利用電渦流傳感器測量物體的位移。試問：（1） 如果被測物體由塑料制成，位移測量是否可行？為什么？（2） 為了能夠?qū)υ撐矬w進行位移測量，應(yīng)采取什么措施？應(yīng)考慮什么問題？答：(1)不可行。因為電渦流傳感器是電感傳感器的一種形式，是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場中的渦流效應(yīng)進行工作的，而塑料不是導(dǎo)體，不能產(chǎn)生渦流效應(yīng)，故不可行。(2)可在該物體表面上鍍上一層金屬，使之在變化的磁場中或者磁

38、場中運動時，表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，并自行閉合，從而形成渦流。應(yīng)考慮以下問題：導(dǎo)體的電阻率要高，消除加工過程中殘余的剩磁，避免導(dǎo)體表面有不同性質(zhì)的電鍍層，以防止影響靈敏度；被測物體的大小應(yīng)大于線圈直徑的1.8倍，若為圓柱體時，其直徑應(yīng)大于線圈直徑的3.5倍。3、 渦流位移傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點是什么？渦流傳感器能否測量大位移？為什么？電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？答：（1）電渦流式傳感器具有頻率響應(yīng)范圍寬，靈敏度高，測量范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，不受油污等介質(zhì)影響，特別其具有非接觸測量等優(yōu)點。 (2)因為渦流傳感器受變換磁場大小的限制，故它不能用于測

39、量大位移。（3）渦流傳感器除了能夠測量位移外，還可測量：1）由位移量變換而來的被測對象，如：位移振幅、表面粗糙度、轉(zhuǎn)速、零件尺寸、零件個數(shù)、零件厚度、回轉(zhuǎn)軸線誤差運動等測量；2）由被測材質(zhì)物性變換來的被測對象，如溫度、硬度、渦流探傷等。1、 某車床加工外圓表面時，表面振紋主要由轉(zhuǎn)動軸上齒輪的不平衡慣性力而使主軸箱振動所引起。振紋的幅值譜如題圖13.1a所示，主軸箱傳動示意圖如題圖13.1b所示。傳動軸i、傳動軸ii和主軸iii上的齒輪齒數(shù)為 ， ， ， 。傳動軸轉(zhuǎn)速 =2000r/min。試分析哪一根軸上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大？為什么？a) 振紋的幅值譜 b) 傳動示意圖題圖

40、主軸箱示意圖及其頻譜解：1）計算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動頻率：軸i的轉(zhuǎn)動頻率： hz軸ii的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸ii的轉(zhuǎn)動頻率： hz 軸iii的轉(zhuǎn)速： (r/min) 軸iii的轉(zhuǎn)動頻率： hz 2）判別 由計算結(jié)果知，軸ii的轉(zhuǎn)動頻率 =25(hz)與幅頻圖a(f)中最大幅值處的頻率相吻合，故知軸ii上的齒輪不平衡量對加工表面的振紋影響最大。2、 某產(chǎn)品性能試驗需要測試溢流閥的壓力響應(yīng)曲線（即流量階躍變化時，溢流閥壓力上升的過渡曲線）。已知，該閥為二階系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)壓力10mpa，超調(diào)量20%。閥的剛度k=6400n/m，運動部分質(zhì)量m=0.1kg。試：1） 計算閥的固有頻率。2） 選用一種精度

41、高、抗振性能好、可靠性高、頻率響應(yīng)特性能滿足上述測試要求的壓力傳感器。寫出其名稱、工作原理、量程、選用理由等。解：1）閥的固有頻率為：hz2) 測量壓力的傳感器常用的有應(yīng)變式、壓阻式、壓電式、電容式等，根據(jù)題意，所要求的測量范圍為012mpa，并要求避開其共振頻率。應(yīng)變式壓力傳感器，如懸鏈膜片壓力傳感器其共振頻率較底（3050hz），難以勝任本題的測試要求；壓阻式壓力傳感器工作頻率范圍可以在0到數(shù)百hz，具有靈敏度高、重復(fù)性好、零漂小等特點，測量范圍可以在0.014mpa140mpa之間；壓電式壓力傳感器具有固有頻率高、慣性小、滯后小、體積小等特點，可以測量幾百帕到幾百兆帕的壓力。電容式壓力傳

42、感器利用電容方法測量壓力，由于是非接觸式測量，該傳感器具有靈敏度高、測量精度高、測量范圍大、抗振性能好、可靠耐用等特點，在壓力測量中也得到廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本題中可選用壓阻式、壓電式和電容式等多種壓力傳感器。3、 用壓電式加速度傳感器及電荷放大器測量振動，若傳感器靈敏度為7pc/g，電荷放大器靈敏度為100mv/pc，試確定輸入a=3g時系統(tǒng)的輸出電壓。解： (1)求系統(tǒng)的總靈敏度： 系統(tǒng)的總靈敏度為：s=7 pc/g 100 mv/pc =700 mv/ g （2）根據(jù)已知條件，求解。 當輸入a=3g時，系統(tǒng)的輸出電壓為：u=as=3g700 mv/ g =2100mv4、 若某旋轉(zhuǎn)機械

43、的工作轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，為分析機組的動態(tài)特性，需要考慮的最高頻率為工作頻率的10倍，問：1) 應(yīng)選擇何種類型的振動傳感器，并說明原因？2) 在進行a/d轉(zhuǎn)換時，選用的采樣頻率至少為多少？解：1) 機組工作頻率為：f=3000/60=50hz，最高分析頻率：fh=10f=500hz，（1） 在工業(yè)上常見振動傳感器有：電渦流振動位移傳感器、磁電式振動速度傳感器、壓電式振動加速度傳感器三類，其中渦流傳感器頻率范圍為dc20khz以上，磁電式速度傳感器頻率范圍為10hz1500hz左右，而壓電式加速度傳感器的頻率范圍為0.5hz10khz左右，因此從頻率范圍的角度，三種傳感器均可采用。（2） 但是

44、，如果考慮到安裝的方便性，則最好選擇壓電式加速度傳感器，該類型傳感器可直接固定與機組機殼表面，精度高，頻響范圍寬，壽命長等特點；而磁電式速度計由于存在運動部件，壽命較短，且傳感器本身的質(zhì)量較重，附加質(zhì)量影響較大，故不建議采用。（3） 若要求直接測量轉(zhuǎn)軸振動，則應(yīng)選用電渦流振動位移傳感器以實現(xiàn)不接觸測量。2）根據(jù)最高分析頻率及采樣定理的要求，系統(tǒng)采樣頻率不應(yīng)低于2fh=1000hz，實際使用場合考慮到信號頻譜分析的精度，要求系統(tǒng)采樣頻率應(yīng)不低于2.56 fh=1280hz。如果為了能夠較好地復(fù)現(xiàn)振動波形，則采樣頻率需要更高，如1600hz。1.評價噪聲的主要技術(shù)參數(shù)是什么？各代表什么物理意義？答

45、：(1)評價噪聲的主要技術(shù)參數(shù)有：聲壓和聲壓級、聲強和聲強級、聲功率和聲功率級、頻率或頻譜、響度和響度級等。(2)物理意義分別如下：1） 聲壓與聲壓級：表示聲音壓力強弱的物理量。 聲壓：聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的疏密波即縱波，其壓力隨著疏密程度的變化而變化，所謂聲壓，是指某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值，單位為 ，即帕（pa）；聲壓級：聲壓級 定義為： (db)，式中，p為聲壓，p0為聽閾聲壓。2） 聲強與聲強級：是用能量的大小來表征聲音強弱的物理量。聲強：聲強是在聲的傳播方向上，單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能量。以i表示，單位為 / 。聲強級：聲強與參考聲強 (取 )比值常用對數(shù)的10倍來表示

46、，稱為聲強級 ，亦是一種無量綱量，定義為： db3） 聲功率及聲功率級：是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量的量度。 聲功率：是聲源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的總能量，用 表示，單位為瓦。聲功率級：聲功率 和參考基準聲功率 (取10 )的比值常用對數(shù)的10倍來表示聲功率級 ，定義為： db 。4） 頻率與頻譜頻譜：由強度不同的許多頻率純音所組成的聲音稱為復(fù)音，組成復(fù)音的強度與頻率的關(guān)系圖稱為聲頻譜，簡稱頻譜。5） 響度與響度級 為了把客觀上存在的物理量和人耳感覺的主觀量統(tǒng)一起來，引入一個綜合聲音強度量度響度、響度級。2. 舉例說明如何確定寬帶噪聲的總響度？答：(1)噪聲總響度 的計算，是以響度指數(shù)曲線為出發(fā)點，這些曲線是在大量試驗的基礎(chǔ)上并考慮了聽覺某些方面的屬性后得出的。(2)計算時，先測出噪聲的頻帶