机械工程测试技术复习资料

名词解释

6.确定性信号：若信号可表示为一个确定的时间函数，因而可确定其任何时刻的量值，这种信号称为确定性信号。

1.温差电势：在一个均匀的导体材料中，如果两端的温度不等，则在导体内会产生电势，称为温差电势。温度高的一端为正，低的一端为负。

2. 霍尔效应：将霍尔元件置于磁场中，当相对的两端通上电流时，在另相对的两端将出现电位差，称为霍尔电势，此现象称为霍尔效应。

4.灵敏度：当装置的输入x有增量Δx变化时，相应的输出y有增量Δy变化，把Δy与Δx的比值定义为灵敏度。

3.调制是指利用被测缓变信号来控制或改变高频振荡波的某个参数，使其按被测信号的规律变化，以利于信号的放大与传输。

5.压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。

问答题

说明测量装置的幅频特性A(ω)和相频特性φ(ω)的物理意义。

答：测量装置的幅频特性A(ω)是指定常线性系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比。相频特性是指稳态输出对输入的相位差。

周期信号的频谱具有哪几个特点？

答：①周期信号的频谱是离散的。 

②每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。

③各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。

试说明二阶装置的阻尼比ζ多采用ζ＝（0.6~0.7）的原因。 

1）灵敏度：传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的。传感器的灵敏度并非越高越好，根据被测量要求来选取。 

2）线性范围：为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。 

3）响应特性：传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。 

4）可靠性：经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。 

5）精确度：表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器的精确度也并非越高越好，因为还要考虑到经济性。 

6）工作方式。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。

对于电压输出的环节，减轻负载效应的措施有哪些？ 

对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有:（1）提高后续环节(负载)的输入阻抗；(2)在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减小从前环节吸取能量，另一方面在承受后一环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应；

(3)使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前环节吸取能量。

选用传感器应注意哪些问题？ 

答：1）灵敏度：传感器的量程范围是和灵敏度紧密相关的。传感器的灵敏度并非越高越好，根据被测量要求来选取。 

2）线性范围：为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。 3）响应特性：传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。 

4）可靠性：经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。 

5）精确度：表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器的精确度也并非越高越好，因为还要考虑到经济性。 

6）工作方式。传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。 

另外，还尽可能考虑结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修和更换等因素。

什么叫测试系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系?

答：测试装置输出信号的傅里叶变换和输入信号的傅里叶变换之比称为装置的频率响应函数，若在系统中的传递函数H(s)已知的情况下，令H(s)中的s=jw便可求得频率响应函数。

电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？ 

答：电阻应变片是利用导体形变引起电阻变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。半导体最突出的优点是灵敏度高。但温度稳定性差。电阻应变片灵敏度较低，但稳定性较好。

简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因；常用的前置放大器有哪两种? 

答:因压电式传感器的输出电阻很大、电荷量很小，信号微弱；前置放大器有电荷放大器与电压放大器两种。电荷放大器具有输入阻抗高，输出电压与压电式传感器电荷成正比、与反馈电容成反比，且与电缆分布电容无关；电压放大器具有电路简单，成本低的特点，压电式传感器须与电缆配套使用。

计算题

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50吨重物体，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：　因为：

            所以：

已知低通滤波器的频率响应函数为

，  式中 

当输入信号为时，求滤波器的稳态输出

令，

  根据线性系统频率保持性和幅频相频特性

　　　　，

  由，可以得到：

  1分

  由，可以得到：

由线性系统的叠加性可得

有一信号，初始相角为一随机变量；

试求  1）求其自相关函数；2）确定其均值和方差。

解. 自相关函数：       

                =  

                =                            

          均值：==0    

           方差：                  

求正弦信号的均值和均方值。

解：

已知某测试系统传递函数为，输入信号为时，求系统的稳态输出y（t）。

解：利用频率保持特性：A（ω）=1/1+(τω) ²==1/1+(0.5×2π) ²=0.30

Φ（ω）=-acrtg(τω)= -acrtg(0.5×2π)=-72.34º  。则系统的稳态输出：y(t)=0.3sin(2πt-72.34º)

4.用四片灵敏度系数s=2的应变片组成全桥去测量图示悬臂梁在力F作用下截面B出的应变，设四片应变片的原始阻值均为120Ω，供桥电压为6V，电桥输出电压为3mV，求截面B处的应变值。

解:电桥电压(输出):U0=Ue/4(ΔR1/R-ΔR2/R+ΔR3/R-ΔR4/R) 

当各臂应变片的灵敏度s相同时， U0=  Ue/4S(ε1-ε2+ε3-ε4)   

由题知：U0=Ue Sε，ε= U0/ Ue S=3×10-3/6×2=0.25×10-3  。

用时间常数为0.5的一阶装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，若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？

解：一阶装置,有  

　今，有

幅值误差小于2% , 应求出

对被测信号：

周期是2s,,，幅值误差为46.3%

周期是5s, ,，幅值误差为15.3%

以阻值R=120Ω，灵敏度S=2的电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成的电桥，供桥电压为3V，并假定负载为无穷大，当应变片的应变值为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥的灵敏度。（με：微应变，即10-6）

解：（1）单臂电桥输出电压。                                 

1当应变片为2με时，

2当应变值为2000με时的输出电压为

（2）双臂电桥输出电压。                               

①当应变片为2με时，

②当应变值为2000με时的输出电压为

即双臂电桥比单臂电桥的电压输出灵敏度提高一倍。  

为调制信号，为载波，为调幅波。试画出载波与调幅波(设调幅波的频谱为一关于纵轴对称的三角波)的双边频谱图。       2. 用K型热电偶测量温度时，已知冷端温度为200C，热电偶的输出电压为14.8mV，试求所测温度值。K型热电偶的分度表如下。

解：设热电偶AB的热电动势为EAB,,其导体材料AB的中间温度为Tn。则由中间温度定律：EAB（T,T0）=EAC(T,Tn)+ECB(Tn, T0) 

由热电偶分度表可知：ECB(Tn, T0)= ECB(20,0)=0.8mv

而由题意知：输出电压EAC(T,Tn)=14.8 mv，则EAB（T,T0）=EAC(T,Tn)+ECB(Tn, T0)=0.8+14.8=15.6 mv。查热电偶分度表：所测温度值T=3800C。