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复习与习题讲解课后习题解答Page2第一章绪论1.举例说明什么是测试。例如:全自动洗衣机中对洗衣参数的检测及处理,使洗衣机达到最佳洗衣状态;对发动机的性能测试,汽轮机、发电机、压缩机等的动态监测等等。2Page32.测试技术的发展动态是什么?测试技术的发展动态:在不断提高灵敏度、精度和可靠性的基础上,向小型化、非接触化、多功能化、智能化和网络化方向发展。3Page43.分析计算机技术的发展对测试技术发展的作用。计算机技术的发展对测试技术发展的作用:随着计算机技术的不断发展和技术进步,在对信号的采集、处理的软硬件方面的提高会极大促进测试技术的发展;另外,计算机技术的网络通信技术的发展也会使测试技术向着网络化、分布性和互操作性方向取得新的进展。4Page54.分析说明信号检测与信号处理的相互关系。信号检测是对原始信号的传感、测量与数据采集或者对所接收到的含干扰噪声的信号进行提取的过程;信号处理就是要把记录在某种媒体上的信号也就是应用信号检测技术得到的信号进行处理,以便抽取出有用信息的过程。信号检测为信号处理提供原始数据,信号处理的结果也会检验信号检测的准确性。两者相辅相成,在测试技术中缺一不可5Page6第二章测试系统的基本特性1.为什么希望测试系统是线性系统:一、目前对线性系统的数学处理和分析方法比较完善;二、动态测量中的非线性校正较困难,对许多实际的测试系统而言不可能在很大的工作范围内全部保持线性,只能在一定的工作范围和允许误差范围内当作线性系统来处理。6Page72.频率响应的物理意义是什么?它是如何获得的,为什么说它反映了测试系统的性能?物理意义:在不同参数下系统(或元件)传递信号的能力。确定频率响应的方法通常有两种:①分析法基于物理机理的理论计算方法,只适用于系统结构组成易于确定的情况。②实验法采用仪表直接量测的方法,可用于系统结构难以确定的情况。当系统的结构参数给定,频率特性随ω变换的规律也随之确定,所以说它反映了测试系统的性能。7Page83.用时间常数为0.5的一阶装置进行测试,若被测参数按正弦规律变化,要求装置指示值的幅值误差小于2%,问被测参数变化的最高频率是多少?如果被测参数的周期是2s和5s,问幅值误差是多少?|δ|=|1-A(ω)|,A(ω)=,ω=2πf所以,1-0.02解得f0.0455解:(1)τ=0.5,|δ|0.028Page9(2)T1=2s时f1=0.5,幅值误差δ1=1-A(ω)=1-=0.3763(3)T2=5s时f2=0.2,幅值误差δ2=1-A(ω)=1-=0.2839Page104.用一阶测量仪器测量100Hz的正弦信号,如果要求振幅的测量误差小于5%,求仪器的时间常数τ的取值范围。若用该仪器测50Hz的正弦信号,相应的振幅误差和相位滞后是多少?解:1)f=100Hz,|δ|=|1-A(ω)|5%=0.05所以1-0.05,ω=2πf=200π解得τ5.23×10-42)(1110Page112)当f=50Hz,τ=5.23×10-4时振幅误差δ=1-A(ω)=1-=1-=0.0132相位滞后φ=arctan(-ωτ)=arctan(-2πfτ)=-9º19'50″2)2(11f24-)1023.5502(1111Page125.试说明理想不失真测试系统的要求是:(常数),答案:当(常数)=k,时,此式表明这个装置输出的的波形和输入精确地一致,只是幅值放大了k倍,在时间上延迟了t0而已,即满足不失真测量。02ftf)()(0ttkxty12Page136.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。(1)线性系统的频率保持性,在测试工作中具有非常重要的作用。因为在实际测试中,测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰,这时依据频率保持特性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。(2)同样,在故障诊断中,根据测试信号的主要频率成分,在排除干扰的基础上,依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分,通过寻找产生该频率成分的原因,就可以诊断出故障的原因。13Page147.在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时,首先将他与增益为5mV/nC的电荷放大器相连,电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔试记录仪上,试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输出变化30mm时,压力变化为多少?14Page15解:(1)求解串联系统的灵敏度。(2)求压力值。15Page168.把灵敏度为的压电式力传感器与一台灵敏度调到的电荷放大器相接,求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到,电荷放大器的灵敏度应作如何调整?16Page17解:由得xys17Page1812.用一个具有一阶动态特性的测量仪表(τ=0.35s),测量阶跃信号,输入由25单位跳变到240单位,求当t=0.35s,0.7s,2s时的仪表示值分别为多少?解:一阶装置的单位阶跃输入时的响应为()()()11111()1tYsHsXsssssyte18Page19125T2240T1210.35()()(1))ttytTTTe1()160.9yt2()211yt3()239.3yt当输入由单位跳变至单位时,输出响应表达式为所以,t=0.35s时,仪表示值为;t=0.7s时,仪表示值为;t=2s时,仪表示值为。19Page2020Page21第3章传感器及其应用1.有一金属电阻应变片,其灵敏度S=2.5,R=120,设工作时应变为1200με,问∆R是多少?若将此应变片与2V直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路电流各是多少?解:由得,∆R=R·S·ε=120×2.5×1200×10-6Ω=0.36Ω2)无应变时:有应变时:RdRS/mARUI7.161mARRUI6.16221Page222.应变片称重传感器,其弹性体为圆柱体,直径D=10cm,材料弹性模量E=205×109N/m2,用它称重50t重物,若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏度系数S=2,R=120Ω,问电阻变化多少?解:,由得,∆R=R·S·ε=120×2×=0.073Ω4/2DARdRS/AEF4102051.08.9105092322Page233.已知两极板电容传感器,其极板面积为A,两极板间介质为空气,极板间距1mm,当极距减少0.1mm时,求其电容变化量和传感器的灵敏度。若参数不变,将其改为差动结构,当极距变化0.1mm时,求其电容变化量和传感器灵敏度?并说明为什么差动传感器能提高灵敏度和减少线性误差?解:=0.983A×10-9(F/m2)(F/m3)31231200001011085.8109.01085.8AAAAC4391083.9101.010983.0AACS23Page242)改为差动结构后,极距变化也是0.1mm,因此电容变化量:∆C'=2∆C=1.966×10-9A(F/m2)同样,灵敏度提高一倍,S'=2S)(10966.110)]04*.85.8()85.883.9[(')(1004.8101.11085.8)(1083.92992931229mFAAAAACmFAACCmFACC24Page25(3)非差动时:当时,展开(1)差动时:当时,展开10)1(CACC)(1CC1])()(1[32CC111)1(CCCC112)1(CCCC])()(1[321CC])()(1[322CC125Page26所以(2)比较式(1),式(2)可知,其线性度和灵敏度都会改善。])()([25321CCCC])()(1[242CC26Page274.有一电容测微仪,其传感器的圆形板极半径r=5mm,开始初始间隙δ=0.3mm,问(1)工作时,如果传感器与工件间的间隙缩小1μm,电容变化量是多少?(2)若测量电路灵敏度S1=100mV/pF,读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,上述情况下,仪表的指示值变化多少格?解:δ=3×10-4m,A=πr2=3.14×(5×10-3)2=7.85×10-5m2工作间隙缩小∆δ=1μm时,电容变化量为FAAAAC15-41241200001074.71031085.81099.21085.827Page282)总灵敏度S=S1×S2=100mV/pF×5格/mV=500格/pF1F=1×1012pF仪表指示值变化:∆C·S=500×7.74×10-3格=3.87格28Page295.变磁阻式传感器如图所示,铁芯导磁截面积A=1.5cm2,长度,铁芯相对磁导率μ=5000,线圈匝数W=3000,若原始气隙δ0=0.5cm,若∆δ=±0.1mm:(1)求其灵敏度?(2)采用差动方式,其灵敏度?解:(1)cml20LL)(9.33)105.0(2105.1104)103(22247232002mHANS29Page30(2)差动方式时:时,时,)(166.010)01.05.0(2105.1104)103()(22472302HANL)(176.010)01.05.0(2105.1104)103()(22472302HANL)(701001.0166.0173.02mHLS30Page316.金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同?答:金属应变片工作原理是基于金属导体的应变效应。即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。半导体应变片工作原理是基于半导体材料有明显的压阻效应。即单晶半导体材料在沿某一轴向方向受外力作用下,半导体材料的电阻率随作用应力而变化。31Page327.试比较自感式传感器与差动变压式传感器的异同。答:自感式传感器与差动变压器式传感器相同点:工作原理都是建立在电磁感应的基础上,都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。不同点:结构上,自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化,传感器本身是互感系数可变的变压器。32Page338.压电式加速度传感器与电荷放大器连接,电荷放大器又与函数记录仪连接。已知:传感器的电荷灵敏度kq=100pC/g,反馈电容Cf=0.01μF,被测加速度a=0.5g。试求:(1)电荷放大器的输出电压是多少?电荷放大器的灵敏度是多少?(每库仑输出的电压)(2)若函数记录仪的灵敏度Kg=2mm/mV,求测量系统总灵敏度。(单位g是重力加速度)解:电荷放大器的输出电压mVVVCakCQUfqfo5005.01001.05.01010061233Page34电荷放大器灵敏度:测量系统总灵敏度:CVCVQUkF/10/5.010100005.08120gmmmVmmCVgCkkkKgFq/20/2/10/1010081234Page359.一压电式力传感器,将它与一只灵敏度Sv可调的电荷放大器连接,然后接到灵敏度为Sx=20mm/V的光线
本文标题:课后习题.
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