工程測(cè)試技術(shù)試題及答案

1、復(fù)習(xí)總結(jié)一、概念題1 .測(cè)試過(guò)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量之間的

2、比值。8 .對(duì)于一階傳感器系統(tǒng),當(dāng)其時(shí)間常數(shù)（或刀）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=KeR,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度輸出

3、。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(lái)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逆型傳

4、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(lái)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 .熱敏電阻的阻值

5、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(wú)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)二、簡(jiǎn)答題（4小題，合計(jì)40分）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)？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)

6、？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)?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？5 .電容式傳感器的變換原理和結(jié)構(gòu)型式？舉例說(shuō)明其應(yīng)用。6 .壓電傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用。7 .熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)谋匾?？常用冷端補(bǔ)償有幾種方法？8 .壓阻效應(yīng)和壓電效應(yīng)的區(qū)別？舉例說(shuō)明應(yīng)用。9 .虛擬儀表組成？與傳統(tǒng)的儀表相比，虛擬儀器優(yōu)點(diǎn)？10 .虛擬儀器的主要組成（構(gòu)成）？三、計(jì)算與分析題（3小題，共36分）例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(wèn)此表是否合格？A,一解：根據(jù)精度定義表達(dá)式A

7、=父100%,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：允許間距測(cè)量最大變化是多少？d解：當(dāng)變間距平板型電容傳感器的<<1時(shí)，其線性度表達(dá)式為dd-、L=（）100%d0由題意故得0.1%=（里）m100%,即測(cè)量允許變化量Ad=0.001mm。1例3單組式變面積型平板形線位移電容傳感器，兩極板相互覆蓋的寬度為6mm兩極板的間隙

8、為0.5mm,極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度？若極板相對(duì)移動(dòng)2mm,求其電容變化量？（已知：真空中的介電常數(shù)為£0=8.85X1012F/m）解：?jiǎn)谓M式變面積型平板線位移電容傳感器，其電容量的計(jì)算式為：；0；rS3；0；rbld本題中b=6mm,8=0.5mm,故靜態(tài)靈敏度為:dCdld（；0；rbl/、）；0；rbdl一、.8.85父10,2父1父6父10，10=1.06x10100.510(F/m)極板相對(duì)移動(dòng)2mm,其電容變化量:.10313C=kxAl=1.06父10父2父10=2.12父10(F)例4壓電式壓力傳感器靈敏度S1=9pC/Pa，將它和一臺(tái)靈敏度為S2=0.

9、005V/pC的電荷放大器連接，其后再接入靈敏度為S3=25mm/V的光線示波器，試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總靈敏度？Mg)總靈敏度為：=S1S2s3解：測(cè)試系統(tǒng)框圖如下：根據(jù)靈敏度的定義,S.=9(pC/Pa)0.005(V/pC)25(mm/V)=1.125(mm/Pa)K1為50.0pc/MPa,把例5進(jìn)行某次動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度它和一臺(tái)靈敏度K2可調(diào)的電荷放大器連接，放大器的輸出又接到一臺(tái)靈敏度為K3=10mm/V的筆式記錄儀上。試：繪出該測(cè)試系統(tǒng)的框圖；若當(dāng)壓力變化為2.0MPa時(shí)，為使記錄筆在記錄紙上的位移不大于50mm,則電荷放大器的靈敏度L應(yīng)調(diào)

10、至多大？解：計(jì)算方法同例3相似，省略詳細(xì)解。例6一應(yīng)變片的電阻Ro=120Q,K=2.05,用作應(yīng)變?yōu)?00科m/m的傳感元件。（1）求R與R/RA;（2）若電源電壓Ui=3V,求其惠斯通測(cè)量電橋的非平衡輸出電壓Uo。犒:=205x®=l64xl0'3R10。=>AJ!=1.64x10-1xJ?=1.64x10->x120=0.196SQ(2)6出電色L'o=1L7,=1x1.64k0'jkJ=1.23xlO-3(K)=1.23(mr)4jR4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=10。的固定電阻組成電橋,供橋電壓為10V。

11、當(dāng)工作應(yīng)變?yōu)橛?X103時(shí)，若要使輸出電壓大于12mV問(wèn)：可采用何種接橋方式？計(jì)算當(dāng)輸出阻抗為無(wú)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)楹?X10-3時(shí)的電阻改變量為:_3.R=k；R=2110100=0.2'?計(jì)算當(dāng)輸出阻抗為無(wú)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：半橋單臂時(shí)：U1=E=-02-10=0.005(V)=5(mV)4R4100半橋雙臂時(shí)：U2=E=0.210=0.010(V)=10(mV)2R2100R02全橋日U3=E=10=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2

12、0mV.例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(wèn)，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(shuō)明為什么？解：¥邱儀臂時(shí)電壓將出右半那隊(duì)臂各串聯(lián)一片應(yīng)變片時(shí)，電壓檎出當(dāng)半橋雙臂各抒聯(lián)一片應(yīng)變片時(shí)電壓槍出%=%,陽(yáng)=3可見.半橋雙臂不論是串聯(lián)還是并聯(lián)底交片枇茶能提商是敞度.例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S=0.5X10-4m2,材料彈性模量E=2X1。/加2。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

13、受到的正應(yīng)力t為：51040.510-92=110(N/m)在此應(yīng)力作用下，相應(yīng)的應(yīng)變£為:C=510=210在此應(yīng)變下，100a的電阻應(yīng)變片電阻變化為1，即:3：R=kR；=k100(510)=1('?)故可求得應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k為：100(510，)二2例10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50Co電壓表上讀數(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)=6