《測(cè)試技術(shù)》課后習(xí)題答案

1、 第一章答：測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測(cè)量原理和測(cè)量信號(hào)分析處理方法，是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。答：測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器將被測(cè)物理量檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。答：在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。答：例如：全自動(dòng)洗衣機(jī)中用到如下傳感器：衣

2、物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器（洗凈度）液位傳感器，電阻傳感器（衣物烘干檢測(cè)）。第二章F-答：信號(hào)波形是指被測(cè)信號(hào)幅度隨時(shí)間的變化歷程。答：從信號(hào)描述上分為：確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)；從信號(hào)的幅值和能量上分為：能量信號(hào)與功率信號(hào)；從分析域上分為：時(shí)域與頻域；從連續(xù)性分為：連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)；從可實(shí)現(xiàn)性分為：物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)與物理不可實(shí)現(xiàn)信號(hào)。答：可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為確定性信號(hào)。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號(hào)稱為非確定性信號(hào)。4答：在所分析的區(qū)間（-8,8），能量為有限值的信號(hào)稱為能量信號(hào)，能量不是有限值的信號(hào)稱為功率信號(hào)。答：周期信號(hào)的自相關(guān)函

3、數(shù)仍然是同頻率的周期信號(hào)，但不保留原信號(hào)的相位信息。6答：信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f)。時(shí)域分析只能反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除單頻率分量的簡(jiǎn)諧波外，很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量大小。信號(hào)頻譜X(f)代表了信號(hào)在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀，豐富的信息。答：周期函數(shù)展開為傅立葉級(jí)數(shù)的物理意義:把一個(gè)比較復(fù)雜的周期信號(hào)看成是許多不同頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)的疊加。答：平均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、自功率譜密度函數(shù)、互功率譜密度函數(shù)、相干函數(shù)等。第三章F-答：傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換

4、成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。答：傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。答：工作原理：利用電阻應(yīng)變片受力產(chǎn)生應(yīng)變而使電阻值發(fā)生變化的原理來測(cè)量被測(cè)參數(shù)的大小。特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，精度高。測(cè)量范圍廣。對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)。應(yīng)變式傳感器在稱重，測(cè)力，測(cè)壓力，扭力，加速度等參量方面得到廣泛應(yīng)用。答：電容式傳感器是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電容器電容量變化的一種傳感器。特點(diǎn)：輸入能量小，靈敏度高。動(dòng)態(tài)特

5、性好。能量損失小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好。類型：變間隙式電容傳感器、變面積式電容傳感器、變介電常數(shù)式電容傳感器使用中應(yīng)注意：變間隙式電容傳感器非線性較大，應(yīng)采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)和電路進(jìn)行改善。電纜電容影響大。解決方法：采用雙層屏蔽電纜。采用小型集成電路，放在傳感器內(nèi)部，即傳感器分測(cè)量電路一體化。答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，把被測(cè)量非電量轉(zhuǎn)換為線圈電感的變化。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；靈敏度高，分辨率較大；測(cè)量的精度較高；頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)試高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)。廣泛用于測(cè)量位移及能引起位移變化的參量，如力，壓力，速度，加速度，流量，厚度等。答：壓電式傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。物質(zhì)在

6、機(jī)械力作用下發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在它的兩個(gè)表面上將產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，去掉外力時(shí)電荷立即消失。特點(diǎn)：靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，重量輕。固有頻率高，頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)參量，不適用于測(cè)靜態(tài)參量。要求絕緣電阻高，要求采用嚴(yán)格的絕緣措施，使用絕緣性能良好的材料。在測(cè)量加速度，動(dòng)態(tài)壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。使用中應(yīng)注意：主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)參量，不適用于測(cè)靜態(tài)參量。要求有很高的絕緣電阻。使用電壓放大器時(shí)，當(dāng)改變電纜長(zhǎng)度時(shí)，前置放大器輸入電壓與傳感器靈敏度都會(huì)發(fā)生變化。因此，在使用中，電纜不是規(guī)定的長(zhǎng)度時(shí)，要重新標(biāo)定靈敏度。答：霍耳式傳感器的工作原理是利用霍爾效應(yīng)：

7、金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。答：熱電偶是由兩種不同的導(dǎo)體A和B兩端相連組合閉合回路。如果兩端溫度T和T0不相等時(shí)，回路中就有電流通過，即回路內(nèi)出現(xiàn)了電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。基本定律：1)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，只要接入的中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。（2）連接導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，如果熱電偶A和B分別與連接導(dǎo)體A,B和相連接，接點(diǎn)溫度分別為T,T,T。則該回路的熱電勢(shì)等于熱電偶A,B在溫度為T,T的熱電n0n0勢(shì)E（T,T）與連接導(dǎo)體A,B在溫度為T,T的熱電勢(shì)E（T,T）的代數(shù)和。

8、ABn0n0ABn0（3）中間溫度定律兩種導(dǎo)體A和B組成的熱電偶，當(dāng)接點(diǎn)溫度為T,T時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，等于0該熱電偶一個(gè)接點(diǎn)溫度為T，另一個(gè)接點(diǎn)溫度為T所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與同一熱電偶n一個(gè)接點(diǎn)溫度為T,另一個(gè)接點(diǎn)溫度為T時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。n0（4）相配定律由導(dǎo)體A和B組成的熱電偶，當(dāng)接點(diǎn)溫度為T和T時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，等0于由導(dǎo)體A和C組成的熱電偶，在兩端溫度也為T和T時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與由導(dǎo)0體C和B組成的熱電偶，在兩端溫度也為T和T時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的代數(shù)和。0冷端補(bǔ)償：冰點(diǎn)法、修正法、補(bǔ)償電橋法答：傳感器選擇的基本原則：（1）傳感器的使用環(huán)境：實(shí)驗(yàn)設(shè)備允許傳感器的體積大小、安裝方式以及信號(hào)

9、的引出方式等；使用的溫度，濕度，嚴(yán)酷度范圍等（2）傳感器的靜態(tài)性能包括量程、靈敏度和線性度等。量程，一般最大信號(hào)為滿量程的6080%;精度，線性度和靈敏度等反映傳感器的精度；靈敏度決定信號(hào)的信噪比（3）傳感器的動(dòng)態(tài)特性，響應(yīng)速度，頻率特性等第四章答：測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。答：測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱為靜態(tài)測(cè)量。答：靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。答：靈敏度、非線性度、回程誤差、重復(fù)性、分辨力、可靠性等。5答：時(shí)域條件：測(cè)試系統(tǒng)的輸出y（t）與輸入x（t）滿足關(guān)系y（t）=A0 x（t-t0）答：不失真測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特

10、性和相頻特性應(yīng)分別滿足A（3）=A0=常數(shù)申（3）=_t03答：t肌0.38答：設(shè)計(jì)原則：阻尼比Z=0.6-0.8，固有頻率盡可能大。選用原則：被測(cè)信號(hào)的有意義的頻率成分必須包含在測(cè)量裝置的可用頻率范圍之內(nèi)。一般，0.69答：n1H（購(gòu)）二1-町+2兀3丿3nn幅頻特性相對(duì)幅值誤差第五章答：信號(hào)調(diào)理的的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。（1）傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。（2）有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。（3）某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。2

11、答：一階RC低通濾波器、一階RC高通濾波器、RC帶通濾波器、RC帶阻濾波器。3答：調(diào)幅是將一個(gè)高頻正弦信號(hào)（或稱載波）與測(cè)試信號(hào)相乘，使載波信號(hào)幅值隨測(cè)試信號(hào)的變化而變化4答：調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.答：將信號(hào)記錄在磁帶上，并能以電信號(hào)重新輸出，這就便于和數(shù)據(jù)處理機(jī)、電子計(jì)算機(jī)聯(lián)用，進(jìn)行高精度、高速的數(shù)據(jù)分析處理?？梢钥熹洝⒖旆呕蚩熹?、慢放，很容易做到壓縮時(shí)間軸，對(duì)分析、研究瞬態(tài)過程或長(zhǎng)時(shí)間過程有利。工作頻帶寬，從直流到1MHz以上，信噪比高，線性度好，零點(diǎn)漂移小，易于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)記錄。第六章答：絕對(duì)誤差是

12、指測(cè)得值與真值之差。相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)真值的比值。答：引用誤差是指測(cè)量誤差的最大絕對(duì)值與儀表滿量程的百分比。一般儀表常用此指標(biāo)表示儀器的精度等級(jí)。解：使用300V，0.5級(jí)電表，示值相對(duì)誤差為：使用100V，1.0級(jí)電表，示值相對(duì)誤差為：故選用100V，1.0級(jí)電表為好。答：工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差。答：系統(tǒng)誤差是指誤差的數(shù)值大小和正負(fù)在測(cè)量過程中恒定不變，或按一定規(guī)律變化的誤差。當(dāng)誤差的數(shù)值大小和正負(fù)確定時(shí)，稱為已定的系統(tǒng)誤差。當(dāng)誤差按一定規(guī)律變化時(shí)稱為未定系統(tǒng)誤差或變值系統(tǒng)誤差。答：指那些誤差數(shù)值特別大，超出規(guī)定條件下預(yù)計(jì)的誤差。它一般是由測(cè)量者粗心大意引起的或者儀器

13、發(fā)生異常引起的。兩個(gè)常用的判定準(zhǔn)則：拉依達(dá)準(zhǔn)則和格羅布斯準(zhǔn)則。7答：?jiǎn)畏逍裕焊怕拭芏仍谥行奶幾畲螅礋o誤差情況出現(xiàn)的幾率最大。對(duì)稱性：函數(shù)為偶函數(shù)，即絕對(duì)值相等的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相同。(3)有界性：由函數(shù)分析，誤差范圍為-卩+，但誤差出現(xiàn)在區(qū)間-3。,+36之外的可能性極小(0.3%)，因此可認(rèn)為-36+36為隨機(jī)誤差的極限。(4)抵償性：當(dāng)測(cè)量次數(shù)增加到無限多次時(shí)，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值為零。答：(1)貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差精度較高，但計(jì)算量較大，主要用于測(cè)量次數(shù)較多和精度要求較高的場(chǎng)合；(2)極差法計(jì)算方便迅速，在測(cè)量次數(shù)較少(n10)計(jì)算精度與貝塞爾公式相當(dāng)，主要用于測(cè)量次數(shù)較少和

14、精度要求不高的場(chǎng)合。答：(1)已定系統(tǒng)誤差不影響殘余誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算，對(duì)測(cè)量的精密度無影響。因此，在最終誤差的表示形式中，一般不包括已定系統(tǒng)誤差(2)未定系統(tǒng)誤差將以算術(shù)平均值的形式影響測(cè)量結(jié)果。未定系統(tǒng)誤差直接影響殘余誤差的數(shù)值，即測(cè)量結(jié)果的精密度。解：計(jì)算a和b的算術(shù)平均值計(jì)算a和b的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算a和b的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算面積計(jì)算面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差第七章答：表格法(數(shù)字法)、圖示法、經(jīng)驗(yàn)公式法。答：建立經(jīng)驗(yàn)公式的步驟大致如下：(1)描繪曲線：將測(cè)量數(shù)據(jù)以自變量為橫坐標(biāo)，函數(shù)值為縱坐標(biāo)逐點(diǎn)繪出，并連成測(cè)量曲線。(2)對(duì)曲線進(jìn)行分析，并確定公式的基本形式（3）確定公式中的常量：確定公式中的常量的過程稱為擬合或者回歸。（4）檢驗(yàn)公式的準(zhǔn)確性：將測(cè)量數(shù)據(jù)的自變量代入公式計(jì)算函數(shù)值，檢查其與測(cè)量值是否一致。如差別較大，則應(yīng)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)公式的常數(shù)，甚至經(jīng)驗(yàn)公式的型式，直至達(dá)到要求為止。答：在具有等精度的多次測(cè)量中，所求得的最可靠值，是各測(cè)量值的殘差平方和為最小時(shí)所求得的值。用最小二乘法所求得的擬合直線使得各數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合直線間的殘差平方和為最小。答：首先由圖形曲線確定它是屬于哪種函數(shù)類型。在確定了函數(shù)類型之后，再設(shè)法將其轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)，求得相應(yīng)的線性函數(shù)的常量，就可得到測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線擬合方程。5答：A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)40Phon純音的響應(yīng)，其特點(diǎn)是中、低頻聲信號(hào)有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)