測(cè)試技術(shù)部分課后標(biāo)準(zhǔn)詳解

1、作業(yè) 一1、欲使測(cè)量結(jié)果具有普遍科學(xué)意義的條件是什么？答：用來(lái)做比較的標(biāo)準(zhǔn)必須是精確已知的，得到公認(rèn)的；進(jìn)行比較的測(cè)量系統(tǒng)必須是工作穩(wěn)定的，經(jīng)得起檢驗(yàn)的。2、非電量電測(cè)法的基本思想是什么？答：基本思想： 首先要將輸入物理量轉(zhuǎn)換為電量，然后再進(jìn)行必要的 調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算，最后以適當(dāng)?shù)男问捷敵觥?、什么是國(guó)際單位制？其基本量及其單位是什么？ 答：國(guó)際單位制是國(guó)際計(jì)量會(huì)議為了統(tǒng)一各國(guó)的計(jì)量單位而建立的統(tǒng) 一國(guó)際單位制，簡(jiǎn)稱 SI，SI制由 SI 單位和 SI 單位的倍數(shù)單位組成。 基本量為長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流強(qiáng)度、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強(qiáng)度，其 單位分別為米、千克、秒、安培、開(kāi)爾文、坎德拉、摩爾。4、一

2、般測(cè)量系統(tǒng)的組成分幾個(gè)環(huán)節(jié)？分別說(shuō)明其作用？ 答：一般測(cè)量系統(tǒng)的組成分為傳感器、信號(hào)調(diào)理和測(cè)量電路、指示儀 器、記錄儀器、數(shù)據(jù)處理儀器及打印機(jī)等外部設(shè)備。傳感器是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的首要關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 作用是 將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成便于放大、記錄的電量；中間變換（信號(hào)調(diào)理） 與測(cè)量電路依測(cè)量任務(wù)的不同而有很大的伸縮 性，在簡(jiǎn)單的測(cè)量中可完全省略， 將傳感器的輸出直接進(jìn)行顯示或記 錄；信號(hào)的轉(zhuǎn)換（放大、濾波、調(diào)制和解調(diào)） ；顯示和記錄儀器的作用是將中間變換與測(cè)量電路出來(lái)的電壓或電流 信號(hào)不失真地顯示和記錄出來(lái)；數(shù)據(jù)處理儀器、打印機(jī)、繪圖儀是上述測(cè)試系統(tǒng)的延伸部分，它們能 對(duì)測(cè)試系統(tǒng)輸出的信號(hào)

3、作進(jìn)一步處理，以便使所需的信號(hào)更為明確。5、舉例說(shuō)明直接測(cè)量和間接測(cè)量的主要區(qū)別是什么？ 答：無(wú)需經(jīng)過(guò)函數(shù)關(guān)系的計(jì)算， 直接通過(guò)測(cè)量?jī)x器得到被測(cè)量值的測(cè) 量為直接測(cè)量，可分為直接比較和間接比較兩種。直接將被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的測(cè)量方法稱為直接比較；利用 儀器儀表把原始形態(tài)的待測(cè)物理量的變化變換成與之保持已知函數(shù) 關(guān)系的另一種物理量的變化，并以人的感官所能接收的形式，在測(cè)量 系統(tǒng)的輸出端顯示出來(lái)，彈簧測(cè)力。間接測(cè)量是在直接測(cè)量的基礎(chǔ)上， 根據(jù)已知的函數(shù)關(guān)系， 計(jì)算出 所要測(cè)量的物理量的大小。利用位移傳感器測(cè)速度。6、確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)分析法有何不同？ 答：確定性信號(hào)是指可用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系

4、式來(lái)描述的信號(hào)， 給定一個(gè) 時(shí)間值就能得到一個(gè)確定的函數(shù)值。非確定性信號(hào)具有隨機(jī)特性， 每次觀測(cè)的結(jié)果都不相同， 無(wú)法用 精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式或圖表來(lái)描述，更不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)結(jié)果，而只能 用概率統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)描述它的規(guī)律。7、什么是信號(hào)的有效帶寬？分析信號(hào)的有效帶寬有何意義？ 答：通常把信號(hào)值得重視的諧波的頻率范圍稱為信號(hào)的頻帶寬度或信 號(hào)的有效帶寬。意義：在選擇測(cè)量?jī)x器時(shí)， 測(cè)量?jī)x器的工作頻率范圍必須大于被測(cè)信 號(hào)的寬度，否則將會(huì)引起信號(hào)失真，造成較大的測(cè)量誤差，因此設(shè)計(jì) 或選用測(cè)試儀器時(shí)需要了解被測(cè)信號(hào)的頻帶寬度。8周期信號(hào)的頻譜有哪幾個(gè)特點(diǎn)？答：凡是周期信號(hào)可分解成直流分量和簡(jiǎn)諧分量。1、離散

5、型：周期信號(hào)的頻譜是離散譜，每一條譜線表示一個(gè)正 弦分量；2、諧波性：周期信號(hào)的頻率是由基頻的整數(shù)倍組成的。3、收斂性：滿足狄利克雷條件的周期信號(hào)，其諧波幅值總的 趨勢(shì)是隨諧波頻率的增大而減小。9、簡(jiǎn)述時(shí)限信號(hào)與周期信號(hào)在頻譜分析方法及頻譜結(jié)構(gòu)上的差異？答：時(shí)限信號(hào)的頻譜是連續(xù)譜；周期信號(hào)的頻譜是離散譜；時(shí)限信號(hào)用能量譜表示；周期信號(hào)用功率譜表示；時(shí)限信號(hào)幅值譜縱坐標(biāo)表示幅值譜密度； 周期信號(hào)幅值譜縱坐標(biāo) 表示諧波分量的幅值；時(shí)限信號(hào)采用傅里葉積分分析；周期信號(hào)采用傅里葉級(jí)數(shù)分析；10、 試畫(huà)出f（t）3cost 5sin t的頻譜圖（幅度譜和相位譜）4-3.測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件是什么

6、？答：不失真條件：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)H（j ）應(yīng)滿足即：A（）代=常數(shù)，（）所以要使測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真，它的幅頻特性應(yīng)是常數(shù)，相頻特性應(yīng)是線性關(guān)系。4-4何為動(dòng)態(tài)誤差？為了減少動(dòng)態(tài)誤差，在一、二階測(cè)量系統(tǒng)中可采取哪些相應(yīng)的措施？ 答：控制系統(tǒng)在任意的輸入信號(hào)作用下達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的控制誤差。減少動(dòng)態(tài)誤差：一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)越小越好，二階系統(tǒng)一般n選擇盡可能的大，在0.6-0.8之間。4-6.已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率f020kHz,阻尼比幅值誤差小于3%試確定該傳感器的工作頻率范圍。答:Q 1 A( )3%0.97 A( )1.03(1)w f又Q, fo20kHzWnfo得0 f 3.4kHz=0.

7、1，若要求該系統(tǒng)的輸出Q A()1| 22W.14VWn結(jié)合(1)和(2)式可得：0(2)22WWn0.17或1.39wWn1.41(舍去)4-7.某測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線H (j)10.05 j,若輸入周期信號(hào)x(t) 2cos10t0.8cos(100t 30)，試求其響應(yīng)y(t)。答：幅頻特性A()10.052相頻特性()arcta n0.05由響應(yīng)的疊加性和頻率不變性可得:F面有誤A(100)的值2A(10)1.79,0.8 A(10)0.157(10)26.6, (100) 30108.71.79cos(10t 26.6) 0.157cos(100t 108.7)4-9某力傳感器為一

8、典型的二階系統(tǒng)，已知該傳感器的自振頻率y(t)f01000Hz，阻尼比100%0.7。試問(wèn)：用它測(cè)量頻率為600Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比A()和相位差()各為多少?答:wWnf=0.6fo=0.952arctanwWn252.7wWn4-11.某壓力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)如題4-11表所列。分別求以端點(diǎn)連線、 端點(diǎn)平移線、最小二乘直線作為參考工作直線的線性度、遲滯誤差及重復(fù)性。壓力/MPa系統(tǒng)輸出/mV第一輪第二輪第三輪正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.74-2.72-2.71-2.68-2.68-2.670.020.560.660.610.680.640.690.043.9

9、54.053.994.094.024.110.067.397.497.427.527.457.520.0810.8810.9410.9210.8810.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46答：由上表可得:壓力/MPa00.020.040.060.080.10正方程平均-2.710.603.997.4210.9114.45反方程平均-2.690.684.087.5110.9414.45總平均-2.700.644.047.4710.9314.45(1) 端點(diǎn)連線:兩端點(diǎn)(0，-2.70), (0.10,14.45) 兩點(diǎn)成線得直線：y=-2.7+171

10、.5。YFS=14.45-(-2.70)=17.15。0.1217.150.0917.15100%0.05517.15100%0.7%。0.52%。0.32%。100%(2)端點(diǎn)平移線：令y=171.5x+b。理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+bLb+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b通過(guò)上面線性關(guān)系可求得b=-2.67y=171.5x-2.67YFS=14.45-(-2.70)=17.15。L0.060.35%17.15100%H0.09100%0.52%R17.150.055100%0.32%17.15(3)最小二乘直線通過(guò)

11、最小二乘法可求直線為y=171.5x-2.77理想-2.770.664.097.5210.9514.38L0.070.020.050.050.020.07YFS=14.38-(-2.77)=17.15。苗5100% 41%H0.52%H0.32%4-12.一測(cè)試裝置的幅頻特性如題4-12圖所示，相頻特性為：125.5rad/s時(shí)相移75度；150.6rad / s時(shí)相移180度。若用該裝置測(cè)量下面兩復(fù)雜周期信號(hào)：(1)% tA sin125.5t A2sin 150.6t(2)x2tAssin626t A4sin700t試問(wèn)，該裝置對(duì)X1t和X2t能否實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量？為什么?答：(1)125.

12、5rad /s 219當(dāng)125.5rad /s時(shí)，幅頻A()=常數(shù)()與不成線性關(guān)系所以該裝置對(duì)x1t幅值不失真，但是相位失真，不能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量條件。125.5rad /s, ( )75 ,150.6rad / s, ( )180(2)端點(diǎn)平移線：令y=171.5x+b。同理對(duì)信號(hào)x2t也不能實(shí)現(xiàn)24- 13.判斷題。（1） 頻率不變性原理是指任何測(cè)試裝置的輸出信號(hào)的頻率總等于輸入信號(hào)的頻率。（錯(cuò)）條件需穩(wěn)定（2）連續(xù)模擬信號(hào)的頻譜具有諧波性、離散性、收斂性特點(diǎn)。（錯(cuò)）要為周期信號(hào)（3） 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H（s）=Y（s）/X（s），式中Y（s）、X（s）分別為響應(yīng)與激勵(lì)的拉氏 變換，表明H（

13、 s）將隨X（s）的減少而增大。（錯(cuò)）H（ s）是固有特性5- 2根據(jù)你的理解請(qǐng)給智能傳感器下一個(gè)確切的定義。答：智能傳感器是其于現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化打求，帶有總線接口，能自行管理 自己，在將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理變抑郁后，能以數(shù)字量形式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與上位機(jī)進(jìn)行信息傳遞。具備學(xué)習(xí)、推理、感知、通信以及管理功能的新型傳感器。5-3掛接在GBIB接口總線上的器件按它們的作用不同可分為講者、聽(tīng)者和控者三類，分別 解釋何為講者器件、聽(tīng)者器件和控者器件，在該控制總線上三者之間的關(guān)系有何規(guī)定。答：控者器件：指定誰(shuí)是講者，誰(shuí)是聽(tīng)者的器件 講者器件：指發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的器件 聽(tīng)者器件：指導(dǎo)接收講者發(fā)

14、送的數(shù)據(jù)的器件規(guī)定：控者由系統(tǒng)定義，只有一個(gè)，講者一次只能有一個(gè)器件被尋址為講者，而聽(tīng)者有多個(gè)，一臺(tái)用作控者的PC可以同時(shí)扮演上述三種角色。5-4簡(jiǎn)答下列有關(guān)IEEE488接口的其本特性問(wèn)題：（1）IEEE488接口采用何種信息傳遞方式？答：IEEE488使每個(gè)單或控制器與被控儀器裝置之間通過(guò)總線以并行方式進(jìn)行通信聯(lián)系。（2）接口邏輯電平是怎樣規(guī)定的？答：接口邏輯采用負(fù)邏輯（標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平），任一根線上都可以以零邏輯代表“真”條件。DAV為低電平時(shí)，表示接收器可以從總線上接收數(shù)據(jù)NRFD為高電平時(shí)，表示所有的接收器都準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)NDAC為低電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)尚未接收完IFC為有效低電平，表示

15、整個(gè)總線停止工作ATN“1”表示數(shù)據(jù)總線上傳送的是地址或命令，“0”表示傳送的是數(shù)接據(jù)（3）8根數(shù)據(jù)總線在使用中有幾種工作模式？答：前七位構(gòu)成ASCII碼，最后一位作其它作用，如奇偶檢驗(yàn)，有兩種工作模式，傳送數(shù)據(jù) 和命令作息5- 7.什么是虛擬儀器？虛擬儀器有何特點(diǎn)？答：虛擬儀器是指有虛擬儀器面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)，它由通用計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和控制專用軟件組成?！疤摂M”是指一：面板是虛擬的，二：由軟件編程實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)量功能。特點(diǎn)：功能由用戶自己定義， 面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 展開(kāi)全漢化圖形界面， 數(shù)據(jù)可編輯存儲(chǔ)， 打印，軟件是關(guān)鍵，價(jià)格低廉，技術(shù)更新快，基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，大大地節(jié)省了開(kāi)發(fā)維護(hù) 費(fèi)用

16、。6- 5.什么是等精度測(cè)量？什么是不等精度測(cè)量？答：等精度測(cè)量是指在測(cè)量條件不變的情況下，對(duì)某一被測(cè)幾何量進(jìn)行的多次測(cè)量。相反，在測(cè)量過(guò)程中全部或部分因素和條件發(fā)生改變稱為不等精度測(cè)量。6-6.對(duì)某量進(jìn)行7次測(cè)量,測(cè)得值為：802.40、802.50、802.38、802.48、802.42、802.45、802.43，求其測(cè)量結(jié)果。-17答：xxi802.447i 1分別測(cè)量電阻器兩端的電壓V和流過(guò)電阻器的電流I，由公式P=VI計(jì)算電阻器上的功率損耗。估算這兩種方案的電功率測(cè)量誤差，A。6-8.圓柱體的直徑及高的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均為0.5%，求其體積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為?2 2V2V2U2(d)U2

17、(h)dh(0.5% h)2 2L(P)L(P)2 1001002 2101020.0122.4Ws(Xi)16Xi2X 0.0430.02根據(jù)A類不確定度，6-7.欲測(cè)量某一回路中一標(biāo)稱為所以測(cè)量結(jié)果為802.4410(1 1%)0.02電阻器的功率損耗P,可采用兩種方法進(jìn)行，一是只測(cè)電阻器兩端的電壓V,然后用公式P V2/ R計(jì)算電阻器上的功率損耗。二是設(shè)V和I的測(cè)量結(jié)果為V=100(11%)V,1=10( 11%答: (1)P ,上空，上R V R RR2d、h不相關(guān)：Uc(V)Uc(V)2(0.5% d)232Uc(V)2.795 10 d h相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：Uc(V)2.795 103d

18、2h1 1%V-d2h. %4P2P2扌弋L(V)箱L(R)136-11-已知y XigX22gX32、Xi、X2、X3的相對(duì)不確定度分別如下ucrel12.0%, V18;Ucrel21.5%, V26；Ucrel31.0%, V310,Xi、X2、X3互不相關(guān)。試計(jì)算y的擴(kuò)展不確定度（0.99)。32答：4el(y)i 1PUcreli2%211.5%22221%g0.992urel (y)2.61%Ucrel (y)Urel (y)gyg22gx32g2.61%13X1gX22gX32g7.83%U 3Ucrel ( y )4VeffNU：(y)418.13R SUrel (x )Vi6

19、-13.用題6-13圖（a）、（b）所示兩種測(cè)量電路測(cè)電阻Rx，若電壓表的內(nèi)阻為R/，電流表的內(nèi)阻為RA，求測(cè)量值受電表影響產(chǎn)生的絕對(duì)和相對(duì)誤差，并討論所得結(jié)果。答：（a）中RX分得的電流Ix為RL-RV R：RX牛所以RX&Rx)絕對(duì)誤差：RxRxR/&RXDRxe2相對(duì)誤差：rRx100%RVRXra&Rx0R冷RxoRVRx0100%（b）中Rx分得的電壓UX為RARX0Rxp,得RxRx)RA絕對(duì)誤差：RxRxRx,RA實(shí)測(cè)6組數(shù)據(jù)如表所列，請(qǐng)由此用擬合辦法找出和R20值。1xy相對(duì)誤差：kkx b, y R, x26.26 _(x x)(yii 10.1091

20、xxy kx 24.290.109324.294.49 10324.29討論： 用(a)測(cè)得的結(jié)果偏小， (b)測(cè)得的結(jié)果偏大， 且ra隨Rx0增大而增大，rb隨Rx0增 大而減小， 大電阻選(a)，小電阻選(b)，這時(shí)相對(duì)誤差較小6-14已知某電路電阻R (1 0.001)，用電壓表測(cè)得R上電壓為u (0.53 0.01)mV, 由此得出的電路電流I應(yīng)為多少？誤差有多大？在什么情況下可使電流誤差最??？0 53答：電流|0530.53mA1IU,Uc2(I)()2u2(V)()2u2(R)(0.01)2(0.53)2(0.001)21.0028104RRRUc(I)0.01mA所以1(0.53

21、 0.01)mA6-16.已知某儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.5m。(1)若用該儀器對(duì)某一軸徑測(cè)量一次，得到的測(cè)量值為26.2025mm,試寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果(k=2)(2)若重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量值如題6-16表所示。試寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果(k=2)答：(1)x=(26.20250.0005)mm110 xx 26.202510i 1單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差110-2S(x)一xix0.00022mmt 20,k Ro ,bR20y) 47.75實(shí)測(cè)6組數(shù)據(jù)如表所列，請(qǐng)由此用擬合辦法找出和R20值。V107 105故測(cè)量結(jié)果為(26.2025 7 105)mm6-21.已知銅導(dǎo)線電阻隨溫度變化規(guī)律為：RR201 (t 20)，

22、為確定電阻溫度系數(shù)答：令y kx b, y R, x t 20, kR20,bR20則x 17.5,y26.266lxx(Xii 1x)2437.5,lxy以x)(yi亦47.75i 1k0.109,xxb y kx 24.29所以R2024.29,01094.49 10324.296-24.簡(jiǎn)述A類不確定度與B類不確定度在評(píng)定方法上的主要區(qū)別。答：A類不確定度對(duì)被測(cè)量x是在重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性條件下進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)觀測(cè)得到的。B類不確定度的估計(jì)值不是由重復(fù)觀測(cè)得到的。6-25.已知函數(shù)z=x+y，y=3x，被測(cè)量x的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為x，求y答:所以7-3信號(hào)濾波的作用是什么？濾波器的主要功能和作用有

23、哪些？答：（1）信號(hào)濾波作用：用來(lái)從輸入信號(hào)中過(guò)濾出有用信號(hào)濾除無(wú)用信號(hào)和噪聲信號(hào)（2）濾波器：用來(lái)消除干擾噪聲，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻 率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除。7-7.求調(diào)幅波f(t) A(1 cos2 ft)sin2 f0t的幅值頻譜。1答：sin2 fztj2 (f fz)(f fz)cos2 ft12(ff。）(ff。）F(f)A -2(ffz)(ffz)-(ff。fz)(ffz)(f f0fz) (ffz)F(f)j2(ffz)2 (ffz)(f f0fz)(f f0fz)(f f0fz)(ff0fz)48-4舉例說(shuō)明用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)為什么

24、要溫度補(bǔ)償？常采用的溫度補(bǔ)償方法有哪幾種？ 答：溫度變化所引起的應(yīng)變片的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量 級(jí)，不采用溫度補(bǔ)償測(cè)量精度無(wú)法保證。例如采用敏感柵材料測(cè)梁受力情況，不采用溫度補(bǔ)償?shù)脑挄?huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，常用的補(bǔ)償法有由于x和y是呈線性關(guān)系橋路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。8-7.應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)二者有何不同？電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：(1)金屬絲的電阻隨它所受的機(jī)械變形的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化叫應(yīng)變效應(yīng)；半導(dǎo)體受力作用時(shí)，由于載流遷移率變化使電阻發(fā)生變化稱為壓阻效應(yīng)(2)前者基于應(yīng)變效應(yīng)，后者基于壓阻效應(yīng)(3)電阻應(yīng)變片溫度穩(wěn)定性好，線

25、性度高，應(yīng)變范圍廣，粘貼方便但靈敏度不高，橫向效 應(yīng)，機(jī)械滯后大，半導(dǎo)體應(yīng)變片，尺寸，橫向效應(yīng)，機(jī)械滯后都很小，靈敏系數(shù)大，輸出也 大，但穩(wěn)定性差，測(cè)較大應(yīng)變非線性嚴(yán)重。8-10.用圖表示由等強(qiáng)度梁來(lái)做一荷重(測(cè)力)傳感器，以四片應(yīng)變片R1=R2=R3=R4變換元件組成全橋形式，其供橋電壓為6V,問(wèn)：(1)其應(yīng)變片如何粘貼組成全橋比較合理？畫(huà)出應(yīng)變片布置圖及橋路及橋路連接圖。(2)求其電壓輸出值(K仁K2=K3=K4=2.0)答: (1)(1)R和8-12.兩金屬片R和R2阻值均為120，靈敏系數(shù)K=2,兩應(yīng)變片一個(gè)受拉、 另一個(gè)受壓,應(yīng)變均為800 10。兩者接入差動(dòng)直流電橋,電源電壓u 6

26、V。求:(2)Use8-11.R1、式布片，試問(wèn)：(1)測(cè)拉力但不受彎矩影響應(yīng)如何構(gòu)成測(cè)量橋路?(2)欲測(cè)其彎矩而不受拉力的影響，應(yīng)如何連橋?(3)上述兩種連橋方式中，是否有溫度補(bǔ)償作用?R2是性能完全相同的兩個(gè)應(yīng)變片，R為R1、R2同阻值的無(wú)感電阻，若按題圖方答：(1)R與R2相對(duì)，若拉伸則RR1R2R2R，此時(shí)Usc(2)R1與R2相鄰，測(cè)彎矩時(shí)R RR,R2R2R，此時(shí)Use1RUsr。2 R RUsr。2 RR于sr 7r12xR4(R3)R2(R1)R6 6線膨脹系數(shù)i12 10 / C的電阻應(yīng)變片貼于線膨脹系數(shù)為214.2 10 / C的工件上，若工件在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)當(dāng)變量為20

27、0 106，試問(wèn)：(1)當(dāng)溫度改變4C時(shí)，如果未采取溫度補(bǔ)償措施，電阻變化量為多少?(2)由于溫度影響會(huì)產(chǎn)生多大的相對(duì)誤差？答:(1)RtR0t R0k(21)t6 6=120 2.0 104 120 2.0 (14.2 12) 104=3.072 1031) t 1.28 105t誤差-總8-16.一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒，外徑20mm內(nèi)徑16mm在其表面貼8片應(yīng)變片，4片沿周向貼，應(yīng)變片的電阻值均為120，靈敏度系數(shù)為2,泊松比為0.3，材料彈性模量E 2.1 1011Pa，畫(huà)出此傳感器的應(yīng)變片貼片位置及全橋電路。 當(dāng)此傳感器在軸向受力時(shí)，要求：(1)計(jì)算傳感

28、器在滿量程時(shí)各應(yīng)變片電阻變化量；(2)當(dāng)供橋電壓為12V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。答：(1)設(shè)周向貼的應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?，軸向?yàn)閯t，0Rk，Rk8.42 104,RR-R0.101 R滿量程時(shí)F 10 kNFFS(D2d42)(2)電橋輸出電壓Uo。R答：(1)kgRa/、1 R31.6 10,R 1.924.8 103V8-15有一電阻值R 120，靈敏度系數(shù)k1012.0，其電阻溫度系數(shù)62.0 10 / C,6.4%R1kk2.53104R(2)Usek44Usrk Usr(1)1.31210 V8-17 .有一電橋，已知工作臂應(yīng)變片阻值為120，靈敏度k2.0，其余橋臂阻值也為120，供橋電

29、壓為3V,當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?0106和1000106時(shí)，分別求出單臂和雙臂電路的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。答：應(yīng)變?yōu)?0 106時(shí)單臂UseUsr丄2 10 1063 1.5 10544何謂電壓靈敏度和電荷靈敏度？?jī)烧唛g有什么關(guān)系?答：電壓靈敏度Ku是單位機(jī)械量作用在傳感器上產(chǎn)生的電壓大小雙臂Use2kUsr10 106105應(yīng)變?yōu)?0106時(shí)單臂Use雙臂Use1k41k2UsrUsr14121000 1061000 106應(yīng)變?yōu)?01.5 1033 103106的應(yīng)變片所求得的輸出電壓靈敏度更高，且雙臂比單臂的靈敏度高8-20.題圖為一直流應(yīng)變電橋。圖中Usr4V,R仁R2=R3

30、=R4=20，試求:sr(1)R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)R1的增量為R11.2時(shí)，求電橋輸出電壓Use。(2)R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感受應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻,求電橋輸出電壓Use。(3)題(2)中，如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反，且電壓Use。答：(1)電橋單臂工作時(shí)1 1.2 4 0.014 120山41TUsr(2)雙臂工作，所以電橋無(wú)輸出,Use=0V(3)Use雙臂工作，sr2 RRR21.2，求電橋輸出R1產(chǎn)生正R變化，R2也產(chǎn)生負(fù)R變化1 1.24 0.029-2.答：略9-3電荷放大器要解決的核心問(wèn)題是什么？試推導(dǎo)其輸出關(guān)系。答：畫(huà)出壓電

31、元件的兩種等效路。核心問(wèn)題：將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓下比于輸入電荷UokQCaCeCi(1 k)Cf當(dāng)(1k)Cf? CaCeCi時(shí)U0QCf電荷靈敏度KQ是單位機(jī)械量作用在傳感器上產(chǎn)生的電荷大小兩者關(guān)系：KuC9-5.簡(jiǎn)述壓電式加速度傳感器的工作原理。答：測(cè)量時(shí)，將傳感器基座與度件剛性固定在一起。當(dāng)傳感器受振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度相 當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，可以認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小。因此質(zhì)量塊感受與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。這樣，質(zhì)量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片具有壓電效應(yīng)，因此在它的兩個(gè)表面上就產(chǎn)生交

32、變 電荷（電壓），當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)， 傳感器的輸出電荷 （電壓） 與作用 力成正比， 即與試件的加速度成正比。9-8.壓電式傳感器的上限頻率和下限頻率各取決于什么因素？答：上限頻率：傳感器的機(jī)械特性下限頻率：測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)9-9.分析壓電式加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性。若測(cè)量電路C 1000 pF, R 500M范圍。答：壓電式加速度傳感器屬于二階系統(tǒng)，其頻率響應(yīng)特性與二階系統(tǒng)類似1j2%J122(2 )2得：180.96kHz192.1kHz(舍去)07.54kHz即0 f 1.2kHz11-1.下面三種說(shuō)法哪種正確：熱電偶的電動(dòng)勢(shì)大小O1取決于熱端溫度； 取決于熱端和冷

33、端溫度；C3取決于熱端和冷端溫度之差。為什么？答：O正確，因?yàn)闊犭娕伎偟碾妱?dòng)勢(shì)的大小為即為兩個(gè)接點(diǎn)分熱電動(dòng)勢(shì)之差。它僅與熱電偶的電極材料和兩接點(diǎn)溫度有關(guān)。熱電偶的材料固定，所以取決于熱端和冷端溫度之差。11-2.熱電偶的電動(dòng)勢(shì)大小和熱電極的長(zhǎng)短、粗細(xì)有關(guān)嗎？若熱電偶接有負(fù)載后，負(fù)載上得到的電壓和熱電極長(zhǎng)短、粗細(xì)有關(guān)嗎？答：勢(shì)電偶的電動(dòng)勢(shì)大小只與冷熱兩端的溫度和材料有關(guān)，而與電偶的分布形狀等任何因素都無(wú)關(guān)，負(fù)載上得到的電壓也是一樣與電極長(zhǎng)短、精細(xì)無(wú)關(guān)。傳感器固有頻率f030kHz，相對(duì)阻尼比系數(shù)0.5，求幅值誤差在2姬內(nèi)的使用頻率02 f0188.5kHz,5.31 1011-3.熱電偶的冷端延

34、長(zhǎng)導(dǎo)線的作用是什么？使用冷端延長(zhǎng)線（即補(bǔ)償導(dǎo)線）應(yīng)滿足什么樣的條件和注意什么問(wèn)題？答：作用是使冷端遠(yuǎn)離工作端，并連同測(cè)量?jī)x表一起放置到恒溫或溫度波動(dòng)很小的地方，并替代中間部分最重的金屬材料。使用的延長(zhǎng)線在一定的范內(nèi)具有和所連接的熱電偶相同的熱 電性能，只有冷端溫度恒定或配用儀表本身具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償裝置時(shí)， 用補(bǔ)償導(dǎo)線才有 意義。11-5試比較熱電阻、熱敏電阻及熱電偶三種測(cè)溫傳感器的特點(diǎn)及對(duì)測(cè)量電路的要求。 答：熱電阻： 銅電阻線性很好， 但測(cè)量范圍不寬， 鉑電阻線性稍差， 但其物理化學(xué)性能穩(wěn)定， 復(fù)測(cè)性好， 測(cè)量精度好， 范圍寬。要求：測(cè)量電阻變化一般以熱電阻作電橋的一臂通過(guò)電橋 將測(cè)量電

35、阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)量電壓變化，由動(dòng)圈式儀表直接測(cè)量或經(jīng)放大器輸出。熱敏電阻：有較大的電阻溫度系數(shù)，靈敏度高，體積小，熱慣性小，響應(yīng)速度快，時(shí)間常量 小，遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)導(dǎo)線電阻影響不考慮， 具有較好穩(wěn)定性但阻值分散性大， 復(fù)測(cè)性差非線性 大，老化快。要求：用于測(cè)量?jī)x器，自動(dòng)控制，自動(dòng)檢測(cè)，采用電橋法。熱電偶：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便精度高，熱電偶慣性小，且測(cè)局部溫度和便于遠(yuǎn)距離傳送與檢 測(cè)。要求：使冷端遠(yuǎn)離工作點(diǎn)，采用價(jià)格低廉的導(dǎo)線來(lái)代替部分熱電偶導(dǎo)線，冷端溫度為0度為標(biāo)準(zhǔn)，不為0時(shí)需對(duì)儀表指示值加以修正，采用補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償冷端電勢(shì)變化值。11-6 .用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐t,室溫為20C時(shí)，從毫伏表讀

36、出的熱電動(dòng)勢(shì)為29.17mV,問(wèn)加熱爐的溫度t是多少？答：E(20,0)=0.789mVE(t,0)=29.17+0.789=29.97mV所以t=720C11-7.試證明在熱電偶中接入第三種材料， 只要接入的材料兩端的溫度相同， 對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi) 有影響這一結(jié)論。答：熱電勢(shì)EABC(T,T0) eAB(T ) eBC(T0) eCA(T0)回路中各接點(diǎn)溫度都為T0eAB( T0) eBC(T0) eCA(T0)0eBC(T0) eCA(T0)eAB(T0)所以只要接入的第三種材料兩端的溫度相同，對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響11-9.參考電極定律有何實(shí)際意義？已知在某特定條件下，材料A與鉑電阻配對(duì)的熱電勢(shì)為

37、13.967mV,材料B與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)必為8.345mV,求出在此條件下，材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。答：意義， 只要知道兩種導(dǎo)體分別與參考電極組成熱電偶的電動(dòng)勢(shì)，不可以依據(jù)參考電極定律計(jì)算出這兩種導(dǎo)體組成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，從而簡(jiǎn)化了熱電偶的選配工作。eAB(T,T0) eAC(T,T0) eBC(T ,T0) 13.967 8.345 5.622mV13-3簡(jiǎn)述應(yīng)筒式測(cè)壓傳感器是如何進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)摹?應(yīng)變筒式測(cè)壓傳感器與應(yīng)變管式測(cè)壓 傳感器的主要區(qū)別是什么？答：筒式應(yīng)變測(cè)壓傳感器利用在工作應(yīng)變片上加上補(bǔ)償應(yīng)變片，其位置不受力的作用， 組成測(cè)量電路時(shí)把工作應(yīng)變片與補(bǔ)償片組成臨臂。主要區(qū)別：筒式測(cè)壓傳感器把傳感器放在測(cè)量位置的測(cè)量孔中，壓力傳動(dòng)到應(yīng)變筒的內(nèi)壁，使應(yīng)變筒外壁膨脹，發(fā)生彈性變形。在應(yīng)變筒外壁的中部沿圓周方向貼有一片或兩片應(yīng)變片，以感受應(yīng)變筒受壓力作用時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變，是利用彈性元件的應(yīng)力應(yīng)變特性的壓力測(cè)量系 統(tǒng)。而應(yīng)變管式測(cè)壓傳感器則是使壓力P作用在活塞的一端，活塞把壓力轉(zhuǎn)化為集中力F作用在x在應(yīng)變管上，使應(yīng)變管產(chǎn)生軸和，軸向壓縮彈性變形。屬于利用彈性敏感元件的壓力集中力