工程測(cè)試的技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、復(fù)習(xí)思考題一i、基本概念題1 .測(cè)試過程中，若所測(cè)試的信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢，稱這種測(cè)試稱為靜態(tài)測(cè)試。如果所測(cè)試的信號(hào)隨時(shí)間周期變化或變化很快，這種測(cè)試稱為動(dòng)態(tài)測(cè)比2 .傳感器是把被測(cè)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(dòng)技術(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(shí)，輸出變化量與輸入變化

2、量之間的比值。8 .對(duì)于一階傳感器系統(tǒng),當(dāng)其時(shí)間常數(shù)（或與）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(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備，能產(chǎn)生階躍壓力信號(hào)輸出。10 .金屬電阻應(yīng)變片的規(guī)格一般以面積（或長(zhǎng)X寬）和初始阻值表示。11 .用電阻應(yīng)變片測(cè)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(cè)構(gòu)件的應(yīng)變量、以及應(yīng)變片沿構(gòu)件的粘貼方向。（因?yàn)椋篟=KR,K為靈敏度，R為應(yīng)變片初始阻值，e被測(cè)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).其靈敏系數(shù)一般會(huì)減小。13 .在電橋測(cè)量中，由于電橋接法不同，輸出電壓的靈敏度也不同，全橋接法可以得到最大靈敏

3、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(jiǎn)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(cè)。17 .在差動(dòng)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(diǎn)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(dòng)變壓器式位移傳感器是將被測(cè)位移量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感系數(shù)的變化，兩個(gè)次級(jí)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)算放大器電路。20 .壓電式傳感器是一種可

4、逆型傳感器，即可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。也可反之實(shí)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(gè)電荷源與一個(gè)電容器的并聯(lián)。22 .壓電傳感器測(cè)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(zhǎng)度的影響。23 .壓電式傳感器的測(cè)量電路中，前置放大器的作用是阻抗變換和信號(hào)放心24 .目前，用壓電陶瓷制作的力傳感器一般不能用于測(cè)量靜態(tài)力，而只能用來測(cè)量動(dòng)態(tài)力。25 .熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的形成是由于接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)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、工作端溫度為100c時(shí)，則其輸出熱電勢(shì)為零。27 .熱敏電阻

5、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(cè)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(qǐng)寫出你所知的幾種常見光電檢測(cè)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(hào)和放大有用信號(hào)的作用。31 .抗干擾是測(cè)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(hào)的頻譜特點(diǎn)有哪些？(1)離散性周期信號(hào)的頻譜是由不連續(xù)的譜線組成，每條譜線代表一個(gè)諧波分量。(2)諧波性頻譜中每條

6、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(hào)其諧波幅值總的趨勢(shì)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(hào)在1個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值與另1個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值之間的依賴關(guān)系，是對(duì)1個(gè)隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域描述。應(yīng)用：利用自相關(guān)法對(duì)混有噪聲的弱周期信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，自相關(guān)法檢測(cè)中增益的計(jì)算。(2)互相關(guān)是統(tǒng)計(jì)學(xué)中用來表示兩個(gè)隨機(jī)矢量X和Y之間的協(xié)方差cov(X,Y),以與

7、矢量X的協(xié)方差”概念相區(qū)分，矢量X的防方差”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(hào)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(cè)試熱軋鋼帶運(yùn)動(dòng)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？在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs.max2fmax),采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息， 一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的510倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。37 .泄漏與加窗處理的定義、應(yīng)用38 .柵欄效應(yīng)？3

8、9 .靜態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)誤差？(1)靜態(tài)誤差是指當(dāng)測(cè)量器件的測(cè)量值(或輸入值)不隨時(shí)間變化時(shí)，測(cè)量結(jié)果(或輸出值)會(huì)有緩慢的漂移。(2)動(dòng)態(tài)誤差是指控制系統(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。40 .系統(tǒng)特性的描述方法？二、簡(jiǎn)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(cè)量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，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(dòng)態(tài)特性以及描述動(dòng)態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)？動(dòng)態(tài)特性是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸入為隨時(shí)間變化的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。主要?jiǎng)討B(tài)特性的性能指標(biāo)

9、有時(shí)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(diǎn)？答：相同之處在于：都是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，且dR/R=(1+2H)e+入Ee淇中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)e,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Ee,S=入E。各自的優(yōu)點(diǎn)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

10、電阻絲應(yīng)變片的50-70倍。4 .應(yīng)變片測(cè)量時(shí)為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常用溫補(bǔ)方法有哪些？應(yīng)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。一C；rSC=-間隙變化型，面積變化型，介質(zhì)變化型；06 .壓電傳感器的特點(diǎn)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(shí)候，它的表面會(huì)形成電荷，電荷會(huì)通過電荷放大器、測(cè)量電路的放大以及變換阻抗以后，就會(huì)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(cè)量力以及可以轉(zhuǎn)換成為力的非電物理量；它能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)

11、機(jī)里面的燃燒壓力，也能夠應(yīng)用在軍事方面。它可以測(cè)量在膛中的槍炮子彈在擊發(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(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端，通過引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的(環(huán)境)溫度變化，將影響嚴(yán)重測(cè)量的準(zhǔn)確性。1.冷端恒溫法，2.計(jì)算修正法，3.儀表機(jī)械零點(diǎn)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(shí)，在它們的表面上會(huì)產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力被去除后，表面又

12、回到不帶電狀態(tài)。壓阻效應(yīng)：是指當(dāng)物質(zhì)受到外力作用，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。三、計(jì)算與分析題(3小題，共36分)例1 1一臺(tái)精度為0.5級(jí)、量程范圍6001200c的溫度傳感器，它最大允許絕對(duì)誤差是多少？檢驗(yàn)時(shí)某點(diǎn)最大絕對(duì)誤差是 4C,問此表是否合格？A一解：根據(jù)精度定乂表達(dá)式A=X100%,并由題意已知YF.SA=0.5%,YF.S=(1200-600)C,得最多允許誤差A(yù)=AYFs=0.5%X(1200-600)=3C此溫度傳感器最大允許誤差位 3C。檢驗(yàn)?zāi)滁c(diǎn)的最大絕對(duì)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)d0=1mm時(shí)，若要求測(cè)量線性度為0.1%。求：允

13、許間距測(cè)量最大變化是多少？解：當(dāng)變間距平板型電容傳感器的xl20=0.195SQ12搟出電壓1-64x10*Jx3=1.23xIO-5(F)=1.23(mK)例7以若干阻值R=100C,靈敏度k=2的電阻應(yīng)變片與阻值R=10g的固定電阻組成電橋,供橋電壓為10V。當(dāng)工作應(yīng)變?yōu)楹?X103時(shí)，若要使輸出電壓大于12mV問：可采用何種接橋方式？計(jì)算當(dāng)輸出阻抗為無窮大時(shí)，電橋的輸出電壓值？解：當(dāng)靈敏度k=2、阻值R=123的應(yīng)變片受到工作應(yīng)變?yōu)?1X103時(shí)的電阻改變量為:：R=k；R=2110100=02計(jì)算當(dāng)輸出阻抗為無窮大時(shí)，我們分別以半橋單臂、半橋雙臂和全橋計(jì)算電橋的輸出：R02半橋單臂時(shí)：

14、U1=E=-010=0.005(V)=5(mV)4R4100R02半橋雙臂時(shí)：U2=RE=10=0.010(V)=10(mV)2R2100R02Mg)全橋日UsU-REn0210=0.020(V)=20(mV)R100顯然，只能采用全橋電路；此時(shí)全橋電路輸出為20mV.例8 8有人在使用電阻應(yīng)變儀時(shí)，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。半橋雙臂各并聯(lián)一片。是否可提高靈敏度？說明為什么?兇2T當(dāng)半那機(jī)臂各相聯(lián)一片應(yīng)變片時(shí)，電壓檎出當(dāng)半杵雙臂備并款一片應(yīng)變片時(shí)，電壓輸出門氏/.整1%，半橋雙臂不論是串聯(lián)迂是并聯(lián)點(diǎn)變片梆不能攜離靈敢

15、度。例9 9如果將100a的應(yīng)變片貼在柱形彈性試件上，該試件的截面積彈性模量E=2XlON/m2。若由5X104N的拉力引起應(yīng)變片電阻變化為1，求該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)Ko解：試件在拉力F=5X104N作用下，其橫截面受到的正應(yīng)力為：一一4F510二二AS0.510=1109(N/m2)在此應(yīng)力作用下，相應(yīng)的應(yīng)變?yōu)?在此應(yīng)變下，100a的電阻應(yīng)變片電阻變化為 1，即：R=kR；=k100(510”)=1故可求得應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k為：1k3=2100(510)例1010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?yàn)椋篍(t,50)=E(t,0)-E(50,0)則：E(t,0)=E(t,50)+E(50,0)=60+50刀.0