測(cè)試技術(shù)課后答案

作業(yè)一一1、 欲使測(cè)量結(jié)果具有普遍科學(xué)意義的條件是什么？答：①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；②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?；玖繛殚L(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)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)可分解成百流分量和簡(jiǎn)諧分量。1、 離散型: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f⑺=3cos皿+5sinst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？答：不失真條件：系統(tǒng)的頻率響應(yīng)H（加）應(yīng)滿足H(加="V=Ae如Xg o即：A(&)=A°=常數(shù)，巾(w)=-to<ro

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.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e選擇盡可能的大，&在0.6-0.8之間。6.已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率f°=20kHz，阻尼比&=0.1，若要求該系統(tǒng)的輸出幅值誤差小于3%，試確定該傳感器的工作頻率范圍。答：|1-A(&)|<3%(1)??(1)0.97<A(e)<1.03A(e)=A(e)=+4&2(2)結(jié)合（1）和（2）式可得：0<蘭<0.17或1.39<—<1.41（舍去）w —又—=,f0=20kHzn0得0<f<3.4kHz4-7.某測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線h（加）=―1—，若輸入周期信號(hào)1+0.05jex(t)=2cos101+0.8cos(1001-30)，試求其響應(yīng)y(t)。

答：幅頻特性A答：幅頻特性A(rn)二、:1+(0.05①)2相頻特性偵①)=-arctan0.05①由響應(yīng)的疊加性和頻率不變性可得：下面有誤A(100)的值24(10)=1.79,0.84(10)=0.157偵10)=-26.6,偵100)-30=-108.7y(t)=1.79cos(101-26.6)+0.157cos(1001-108.7)9.某力傳感器為一典型的二階系統(tǒng)，已知該傳感器的自振頻率f0=1000Hz，阻尼比&=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")和相位差奴①)各為多少？答：蘭=L=0.6w^L4(①)==0.954(①)==0.95u,V-2U,A1--+4&2-L頃〃J_頃〃)122&w8(①)=—arctan n—=-52.7，W￥4-11.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 系統(tǒng)輸出/mV/MPa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

答：由上表可得:端點(diǎn)連線：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-2.700.644.047.4710.9314.45兩端點(diǎn)(0,-2.70),(0.10,14.45)兩點(diǎn)成線得直線：y=-2.7+171.5。七s二14.45-(-2.70)=17.15。0.125= X100%=0.7%。l17.155=業(yè)9X100%=0.52%。h17.155=0055x100%=0.32%。R17.15端點(diǎn)平移線：令y=171.5x+b。理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+bALb+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-2.67y二14.45-(-2.70)=17.15。8=，°6x100%=0.35%l17.158=g°9x100%=0.52%h17.158=0055x100%=0.32%R17.15最小二乘直線通過(guò)最小二乘法可求直線為y=171.5x-2.77理想-2.770.664.097.5210.9514.38AL0.070.020.050.050.020.07y二14.38-(-2.77)=17.15。8=g°lx100%=0.41%l17.158H=0.52%8h=0.32%12.一測(cè)試裝置的幅頻特性如題 4-12圖所示，相頻特性為：o=125.5rad/s時(shí)相移75度；o=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)：x(t)=Asin125.5t+Asin150.6t

1 1 2x(t)=Asin6261+Asin7001

2 3 4試問(wèn)，該裝置對(duì)氣(t)和X2(t)能否實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量？為什么？答：(1)o=125.5rad/s>2兀x19當(dāng)o>125.5rad/s時(shí)，幅頻"廣常數(shù)3=125.5rad/s,8(?)=75。,3=150.6rad/s,8(?)=180。奴⑶與3不成線性關(guān)系所以該裝置對(duì)x(D幅值不失真，但是相位失真，不能實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量1條件。同理對(duì)信號(hào)X(t)也不能實(shí)現(xiàn)213.判斷題。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)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(s)將隨X(s)的減少而增大。(錯(cuò))H(s)是固有特性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：智能傳感器是基于現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，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。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)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。4簡(jiǎn)答下列有關(guān)IEEE488接口的基本特性問(wèn)題：（1） IEEE488接口采用何種信息傳遞方式？答：IEEE488使每個(gè)控制器與被控儀器裝置之間通過(guò)總線以并行方式進(jìn)彳丁通信聯(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。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.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。答：x=-兄x=802.44i=15(x)=&寸^x-x^=0.043=1

算這兩種方案的電功率測(cè)量誤差，設(shè)V和I的測(cè)量結(jié)果為V=100(1±1%)V,1=10(1+1%)A。欠ri「v2sp2Vspv2答：(1)p=—,——=—,—=-——RdV RSR R2ISV2LISV2L2(V)+(dPV2x0.01=2x0.01=22.4W[102)(2)P=VI,生=I,主=VSV SRSPSSPSV2L2(V)+2L2(R)L(p)=((10》x1+(100》x0.01=14.1W8.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?答：V/d2hd、h不相關(guān):2U2(dd、h不相關(guān):2U2(d)+2U2(h)2x(0.5%d)2+保1[Sh2x(0.5%h)2U(V)=2.795X10-3丸d2hc相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：芋=理…=1.1%6-11.已知y=XX2京3、X、X、X的相對(duì)不確定度分別如下：1口2□3 1 2 3u=2.0%,v=8;u =1.5%,v=6;u =1.0%,v=10，x、x、x互不相關(guān)。crel1 1 crel2 2 crel3 3 12 3試計(jì)算y的擴(kuò)展不確定度(試計(jì)算y的擴(kuò)展不確定度(p0.99)。答:Urel(yj^"〃)2=

i=1(2%)2+112x答:Urel(yj^"〃)2=

i=1(2%)2+112x1-5%J(3—￥+(2x1%J.992u=2.61%1 3',)=L廿='蘋"2'61%1 3u=3u=x『2^2子83%V= rel(y) =18.13eff P4u4￡iIIrel(Xj)Vi=1 i6-13.用題6-13圖(a)、(b)所示兩種測(cè)量電路測(cè)電阻r,若電壓表的內(nèi)阻為R，電流表的內(nèi)阻為R，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R分得的電流I為RV I,x X RV+RR=U所以R=―xI xRV+R絕對(duì)誤差：相對(duì)誤差：AR=R-R=-Rx02xx x0 R+RAR XRx0R2x100%=-RV+RRx0X.R=-——X0_x100%R+R(b)中r分得的電壓U為R=*，得R=R+Ra絕對(duì)誤差：Rx-R0=Ry=kx+b,y=R,x=t-20,k=Ra,b=Ry=26.2x-6 — —七=￡(X-x)(yi-y)=47.75相對(duì)誤差：i=1相對(duì)誤差：lk=廣=0.109xxb=y-kx=24.29- 0.109R=24.29Oa=— =4.49x10-320 24.29討論：用(a)測(cè)得的結(jié)果偏小，(b)測(cè)得的結(jié)果偏大，且，隨r增大而增大，,隨R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=(i±0.00i)Q，用電壓表測(cè)得R上電壓為u=(0.53±0.01州，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?。看穑弘娏鱅=053=0.53mA1I=R,U2(I)=(R-)2u2(V)+(-?)2u2(R)=(0.01)2+(0.53)2X(0.001)2=1.0028X104U(I)=0.01mA所以I=(0.53±0.01)mA6-16.已知某儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.5pm。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，試寫出測(cè)量結(jié)果(k=2)若重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量值如題6-16表所示。試寫出測(cè)量結(jié)果(k=2)答：(1)x=(26.2025±0.0005)mm(2)X=—x=26.2025i=1單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差S(七)丈(*)=0.00022mmVi=1S(X)=^^=7x10-5<10故測(cè)量結(jié)果為(26.2025±7x10-5)mm6-21-已知銅導(dǎo)線電阻隨溫度變化規(guī)律為：R=R^+。(一20)］，為確

定電阻溫度系數(shù)a，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a和r值。答^：^令y=kx+b,y=R,x=t—20,k=Ra,b=R則X=17.5，y=26.2l=乙(x-x)2=437.5，l=乙(x-x)(y-y)=47.75i=i i=ilk=廣=0.109，b=y—kx=24.29xx所以R=24.290，a=0109=4.49x10-320 24.296-24.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b，求b答：b答：by包)23x>由于x和y是呈線性關(guān)系所以b.=~xb+fb=b+3b=4b3.信號(hào)濾波的作用是什么？濾波器的主要功能和作用有哪些？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.求調(diào)幅波f(t)=A(1+cos2兀ft)sin2兀ft的幅值頻譜。0答：sin2Kft=j1[5(f+f)-8(f-f)]TOC\o"1-5"\h\zz2 z zc°s2f品[S(f+f+5(f-f]F(f)=AU[5(f+f)-5(f-f)]+j[5(f+f+f)-5(f+f-f)+5(f-f+f)-5(f-f-f)L2 z z4 0z 0z 0z 0zF(f)=Aj{25(f+f)-25(f-f)+5(f+f+f)-5(f+f-f)+5(f-f+f)-5(f-f-f)}4 z z 0z 0z 0z 0z4.舉例說(shuō)明用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)為什么要溫度補(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)償法有橋路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。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)前者基于應(yīng)變效應(yīng)，后者基于壓阻效應(yīng)電阻應(yīng)變片溫度穩(wěn)定性好，線性度高，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作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（K1=K2=K3=K4=2.0）答：（1）R4（R3）R4（R3）R2（R1）AR（2）七、廣kE凡廣12Bx8-11.R1、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?R2nR2+AR，此時(shí)R2nR2+AR，此時(shí)R2nR2-AR，此時(shí)1 2 1 1U尸擺氣。（2）R與R相鄰，測(cè)彎矩時(shí)RnR+AR1 2 1 1r（3）R為同阻值無(wú)感電阻，沒(méi)有溫度補(bǔ)償作用。8-12.兩金屬片R1和R2阻值均為120q，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800x10-6b。兩者接入差動(dòng)直流電橋，電源電壓u=6V。求：政和竺R電橋輸出電壓u0。答：(1)竺=k^=1.6x10—3,AR=1.92x10iQR□(2)u=-ARu=4.8x10—3V02R8-15.有一電阻值R=120Q，靈敏度系數(shù)k=2.0，其電阻溫度系數(shù)a=2.0x10—6/oc，線膨脹系數(shù)p=12x10—6/°C的電阻應(yīng)變片貼于線膨脹1系數(shù)為p=14.2x10—6/°C的工件上，若工件在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變量為2200x10-6￡，試問(wèn)：當(dāng)溫度改變4°c時(shí)，如果未采取溫度補(bǔ)償措施，電阻變化量為多少？由于溫度影響會(huì)產(chǎn)生多大的相對(duì)誤差？答：(1)AR=R"At+R0k(P2—P1)At=120x2.0x10-6x4+120x2.0x(14.2—12)x10-6x4=3.072x10-3Q(2)8=偵k+(P-P.)At=1.28x10-5誤差土=6.4%8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120q，靈敏度系數(shù)為2,泊松比為0.3，材料彈性模量E=2.1x1011Pa，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：計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)各應(yīng)變片電阻變化量；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)?則b=0-|LW，—=ks=8.42x10-4,M=A竺=0.1010R R*荷量程時(shí)* Ff'F=1"Nn。-B—(D2—d2)4ARX—=E=—日"=_2.53x10-4Rk廠 —(2)U=_4f—4&U=k￡U(1+^)=1.31x10-2Vsc4「 」sr sr8-17.有一電橋，已知工作臂應(yīng)變片阻值為120q,靈敏度k=2.0,其余橋臂阻值也為120q,供橋電壓為3V,當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?0x10共和1000x10-65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)?0x10一68時(shí)11苗后幸U=_k&U=—X2x10x10-68x3=1.5x10-58T目sc4sr411vnp*U=ksu=X2x10x10-68x3=3x10-58雙臂2sr2應(yīng)變?yōu)?0x10一68時(shí)11"U=_kEU=_x2xl000xl0-68x3=1.5x10-38甲*目sc4sr411wU—_k^U=_x2x1000x10-68x3=3x10-38甬sc2sr2應(yīng)變?yōu)?0x10-68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.題圖為一百流應(yīng)變電橋。圖中Usr=4V,R1=R2=R3=R4=120Q,試求：(1)R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)R1的增量為AR廣1.2Q時(shí)，求電橋輸出電壓U。(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U。(3)題(2)中，如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反，且|ARj=|ARj=1.2Q，求電橋輸出電壓U。sc答：(1)電橋單臂工作時(shí)U=-竺U=-X12X4=0.01sc4Rsr4120(2)雙臂工作，R1產(chǎn)生正AR變化，R2也產(chǎn)生反AR變化所以電橋無(wú)輸出，U=0V雙臂工作，R1產(chǎn)生正AR變化，R2也產(chǎn)生負(fù)AR變化U=1竺U=1X12X4=0.02sc2Rsr21202.畫(huà)出壓電元件的兩種等效路。答：略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：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U= TQ0C+C+C+(1+k)Cf當(dāng)(1+k)C廠c+c+c時(shí)u0=-Cf9-4.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K是單位機(jī)械量作用在傳感器上產(chǎn)生的電壓大小電荷靈敏度^^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：K=§9-5.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=1000pF,R=500MQ，傳感器固有頻率f0=30kHz，相對(duì)阻尼比系數(shù)&=0.5，求幅值誤差在2%以內(nèi)的使用頻率范圍。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)類似氣=2兀f0=188.5kHz，t=—=5.31x10一601—& 1 <2%也-①2T2九（2挪T）2得：180.96kHz<o<192.1kHz（舍去）0<o<7.54kHz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Q取決于熱端溫度；Q取決于熱端和冷端溫度；Q取決于熱端和冷端溫度之差。為什么？答：Q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)。11-3.熱電偶的冷端延長(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?qū)y(cè)量電阻的變化轉(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)量爐們室溫為20oC時(shí)，從毫伏表讀出的熱電動(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=720oc11-7.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)E(T,T)=e(T)+e(T)+e(T)ABC0AB BC0CA0回路中各接點(diǎn)溫度都為T02仲(T)+。既(T)+eCA(T)=0.?.eBc(T0)+eCA(T)=-eAB(T°)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。e(T,T)=e(T,T)-e(T,T)=13.967-8.345=5.622mVAB0AC0BC013-3.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)?。?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特性的壓力系統(tǒng)。13-7.用框圖說(shuō)明常用應(yīng)變片及壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)的組成，并說(shuō)明各功能單元的作用。答：應(yīng)變式應(yīng)變式壓力傳感器：通過(guò)彈性敏感元件的應(yīng)力應(yīng)變特性來(lái)探知被測(cè)壓力動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀：用來(lái)檢測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變，測(cè)量頻率測(cè)量記錄儀器：記錄檢測(cè)到的結(jié)果壓力式：壓電式壓傳感器：通過(guò)彈性敏感元件的壓力集中力特性來(lái)感知被測(cè)壓力。電荷放大器：能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電源正比于輸入電荷。13-8.簡(jiǎn)術(shù)采用“靜重比較法”對(duì)壓力測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定的工作原理。答：被標(biāo)定的壓力傳感器或壓力儀表安裝在壓力計(jì)的接頭上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，加壓油缸的活塞往前移動(dòng)使油缸增壓，并把壓力傳至各部分。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，將精密活塞連同上面所加的標(biāo)準(zhǔn)砝碼頂起，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，使精密活塞與砝碼旋轉(zhuǎn)，以減小活塞與缸體之間的摩擦力。此時(shí)油壓與