2022年机械工程测试技术答案.pdf

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1、机械工程测试技术答案第1章 绪论1 计量、测试、测量的概念。2 测试系统的组成及各环节的作用, 并举例说明。第 2 章 传感器1 在机械式传感器中,影响线性度的主要因素就是什么？可举例说明。解答: 主要因素就是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效 等。2 试举出您所熟悉的五种机械式传感器,并说明它们的变换原理。解答: 气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。3 电阻丝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？应如何针对具体情况来选用？解答: 电阻丝应变片主要利用形变效应, 而半导体应变片主要利用压阻效应。电阻丝应变片主要优点就是性能稳定, 现行较好 ;主要缺点就

2、是灵敏度低, 横向效应大。半导体应变片主要优点就是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小; 主要缺点就是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。4 有一电阻应变片 , 其灵敏度 Sg2,R120 。设工作时其应变为1000, 问 R？设将此应变片接成如图所示的电路, 试求:1) 无应变时电流表示值;2) 有应变时电流表示值;3) 电流表指示值相对变化量;4) 试分析这个变量能否从表中读出？解: 根据应变效应表达式R / R=Sg得R=Sg R=2 1000 10-6120=0、241) I1=1、5/ R =1、5/120=0.0125A=12

3、 、5mA 2) I2=1、5/( R+ R)=1、5/(120+0 、24)0.012475A=12、475mA 3) =(I2-I1)/ I1100%=0 、2% 4) 电流变化量太小 , 很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表, 则量程不够 ,无法测量 12、5mA的电流 ; 如果采用毫安表 , 无法分辨 0、025mA的电流变化。一般需要电桥来测量, 将无应变时的灵位电流平衡掉, 只取有应变时的微小输出量,并可根据需要采用放大器放大。3-5 电感传感器 ( 自感型 ) 的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答: 以气隙变化式为例

4、进行分析。20022NAdLSd又因为线圈阻抗Z= L, 所以灵敏度又可写成20022NAdZSd由上式可见 , 灵敏度与磁路横截面积A0、线圈匝数N、电源角频率、铁芯磁导率0, 气隙等有关。如果加大磁路横截面积A0、线圈匝数 N、电源角频率、铁芯磁导率0, 减小气隙, 都可提高灵敏度。加大磁路横截面积A0、线圈匝数N会增大传感器尺寸, 重量增加 ,并影响到动态特性 ; 减小气隙会增大非线性。6 一个电容测微仪 , 其传感器的圆形极板半径r4mm, 工作初始间隙=0.3mm,问:1) 工作时 , 如果传感器与工件的间隙变化量 1 m时, 电容变化量就是多少？ 2) 如果测量电路的灵敏度S1=1

5、00mV/pF,读数仪表的灵敏度S2=5 格/mV, 在1 m时,读数仪表的指示值变化多少格？解:1) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案00002000001232632153()8.85 101(4 10 ) ( 1 10 )(0.3 10 )4.94 10F4.94 10 pFAAAAC2) B=S1S2C=100 5 (4、94 10-3)2、47 格答:8 一压电式压力传感器的灵敏度S=90pC/MP

6、a,把它与一台灵敏度调到0、005V/pC 的电荷放大器连接 , 放大器的输出又接到一灵敏度已调到20mm/V的光线示波器上记录 , 试绘出这个测试系统的框图, 并计算其总的灵敏度。解: 框图如下各装置串联 , 如果忽略负载效应, 则总灵敏度S等于各装置灵敏度相乘,即S= x/P=90 0、005 20=9mm/MPa 。9 光电传感器包含哪儿种类型？各有何特点？用光电式传感器可以测量哪些物理量？解答: 包括利用外光电效应工作的光电传感器、利用内光电效应工作的光电传感器、利用光生伏特效应工作的光电传感器三种。外光电效应 ( 亦称光电子发射效应) 光线照射物体 ,使物体的电子逸出表面的现象, 包

7、括光电管与光电倍增管。内光电效应 ( 亦称光导效应 ) 物体受到光线照射时,物体的电子吸收光能就是其导电性增加, 电阻率下降的现象 , 有光敏电阻与由其制成的光导管。光生伏特效应光线使物体产生一定方向的电动势。如遥控器 , 自动门( 热释电红外探测器), 光电鼠标器 ,照相机自动测光计, 光度计 ,光电耦合器 , 光电开关 ( 计数、位置、行程开关等), 浊度检测 ,火灾报警 , 光电阅读器 ( 如纸带阅读机、 条形码读出器、 考卷自动评阅机等), 光纤通信 , 光纤传感 ,CCD,色差, 颜色标记 , 防盗报警 ,电视机中亮度自动调节, 路灯、航标灯控制 , 光控灯座 , 音乐石英钟控制 (

8、 晚上不奏乐 ), 红外遥感、干手器、冲水机等。在 CCD 图象传感器、红外成像仪、光纤传感器、激光传感器等中都得到了广泛应用。10 何谓霍尔效应？其物理本质就是什么？用霍尔元件可测哪些物理量？请举出三个例子说明。解答: 霍尔 (Hall)效应: 金属或半导体薄片置于磁场中, 当有电流流过薄片时, 则在垂直于电流与磁场方向的两侧面上将产生电位差, 这种现象称为霍尔效应, 产生的电位差称为霍尔电势。霍尔效应产生的机理( 物理本质 ): 在磁场中运动的电荷受到磁场力FL(称为洛仑兹力 ) 作用, 而向垂直于磁场与运动方向的方向移动, 在两侧面产生正、负电荷积累。应用举例 : 电流的测量 , 位移测

9、量 , 磁感应强度测量 , 力测量 ;计数装置 , 转速测量 ( 如计程表等 ), 流量测量 ,位置检测与控制 , 电子点火器 , 制做霍尔电机无刷电机等。11 试说明压电式加速度计、超声换能器、声发射传感器之间的异同点。解答: 相同点: 都就是利用材料的压电效应( 正压电效应或逆压电效应) 。不同点 : 压电式加速度计利用正压电效应, 通过惯性质量快将振动加速度转换成力作用于压电元件, 产生电荷。超声波换能器用于电能与机械能的相互转换。利用正、逆压电效应。利用逆压电效应可用于清洗、焊接等。声发射传感器就是基于晶体组件的压电效应, 将声发射波所引起的被检件表面振动转换成电压信号的换能设备, 所

10、有又常被人们称为声发射换能器或者声发射探头。材料结构受外力或内力作用产生位错- 滑移- 微裂纹形成 - 裂纹扩展 - 断裂, 以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。声发射传感器不同于加速度传感器, 它受应力波作用时靠压电晶片自身的谐振变形把被检试件表面振动物理量转化为电量输出。12 选用传感器的基本原则就是什么？试举一例说明。解答: 灵敏度、响应特性、线性范围、可靠性、精确度、测量方法、体积、重量、价格等各方面综合考虑。压力传感器电荷放大器光线示波器压力 P 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - -

11、 -第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案第 3 章信号的转换与调理1 以阻值 R=120 、 灵敏度 Sg=2 的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥, 供桥电压为 3V,并假定负载电阻为无穷大, 当应变片的应变为2与 2000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灵敏度。解: 这就是一个等臂电桥, 可以利用等比电桥与差特性表达式求解。o1234e1()4URRRR UR=2时: 单臂输出电压 :66oee1122 1033 10 V3 V44gRUUS UR双臂输出电压 :66oee1122 1036 10V6 V

12、22gRUUS UR=2000时: 单臂输出电压 :63oee1122000 1033 10 V3mV44gRUUS UR双臂输出电压 :63oee1122000 1036 10 V6mV22gRUUS UR双臂电桥较单臂电桥灵敏度提高1 倍。2 有人在使用电阻应变仪时, 发现灵敏度不够 , 于就是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问,在下列情况下 , 就是否可提高灵敏度？说明为什么？1) 半桥双臂各串联一片; 2) 半桥双臂各并联一片。解答: 电桥的电压灵敏度为o/USR R, 即电桥的输出电压oRUSR与电阻的相对变化成正比。由此可知: 1) 半桥双臂各串联一片, 虽然桥臂上

13、的电阻变化增加1倍, 但桥臂总电阻也增加1 倍, 其电阻的相对变化没有增加, 所以输出电压没有增加, 故此法不能提高灵敏度 ; 2) 半桥双臂各并联一片, 桥臂上的等效电阻变化与等效总电阻都降低了一半,电阻的相对变化也没有增加, 故此法也不能提高灵敏度。3 为什么在动态应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外, 还设有电容平衡旋钮解答: 动态电阻应变仪采用高频交流电给电桥供电, 电桥工作在交流状态, 电桥的平衡条件为Z1Z3=Z2Z4| Z1| Z3|=| Z2| Z4|,13=24由于导线分布、各种寄生电容、电感等的存在, 光有电阻平衡就是不能实现阻抗模与阻抗角同时达到平衡, 只有使用电阻、电容两套平

14、衡装置反复调节才能实现电桥阻抗模与阻抗角同时达到平衡。4 用电阻应变片接成全桥, 测量某一构件的应变, 已知其变化规律为( t)= A cos10t +Bcos100t如果电桥激励电压u0=Esin10000 t , 试求此电桥的输出信号频谱。解: 接成等臂全桥 , 设应变片的灵敏度为Sg, 根据等臂电桥加减特性得到( )(cos10cos100)sin100001sin(10 10000)sin(10 10000)21sin(100 10000)sin(100 10000)2sin10010sin9990sin10100sin990022oegegggggRuuSt uSAtBt EtRS

15、EAttS EBttS EAS EBtttt幅频图为精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案5 已知调幅波xa( t )=(100+30cost +20cos3t)cosct , 其中 fc=10kHz,f =500Hz。试求 : 1) xa( t) 所包含的各分量的频率及幅值; 2) 绘出调制信号与调幅波的频谱。解:1) xa( t )=100cosct +15cos(c-) t +15cos(c+ ) t +10

16、cos(c-3) t +10cos(c+3 ) t各频率分量的频率 / 幅值分别为 :10000Hz/100,9500Hz/15,10500Hz/15,8500Hz/10,11500Hz/10。2) 调制信号 x(t )=100+30cost+20cos3t , 各分量频率 / 幅值分别为 :0Hz/100,500Hz/30,1500Hz/20。调制信号与调幅波的频谱如图所示。6 调幅波就是否可以瞧作就是载波与调制信号的迭加？为什么？解答: 不可以。因为调幅波就是载波幅值随调制信号大小成正比变化, 只有相乘才能实现。7 试从调幅原理说明,为什么某动态应变仪的电桥激励电压频率为10kHz, 而工

17、作频率为01500Hz ？解答: 为了不产生混叠 , 以及解调时能够有效地滤掉高频成分, 要求载波频率为510 倍调制信号频率。动态应变仪的电桥激励电压为载波, 频率为10kHz,所以工作频率 (即允许的调制信号最高频率) 为 01500Hz就是合理的。8 什么就是滤波器的分辨力？与哪些因素有关？解答: 滤波器的分辨力就是指滤波器分辨相邻频率成分的能力。与滤波器带宽B、品质因数 Q 、倍频程选择性、滤波器因数等有关。带宽越小、品质因数越大、倍频程选择性越小、滤波器因数越小,分辨力越高。9 设一带通滤器的下截止频率为fc1, 上截止频率为fc2, 中心频率为 f0,试指出下列记述中的正确与错误。

18、1)倍频程滤波器212ccff。2)012ccfff。3) 滤波器的截止频率就就是此通频带的幅值-3dB 处的频率。4) 下限频率相同时 , 倍频程滤波器的中心频率就是1/3 倍频程滤波器的中心频率的32倍。解答:1) 错误。倍频程滤波器n=1,正确的就是fc2=21fc1=2fc1。2) 正确。3) 正确。4) 正确。10 已知某 RC低通滤波器 , R =1k,C=1 F, 试; 1) 确定各函数式H ( s); H ();A();() 。2) 当输入信号 ui=10sin1000 t 时, 求输出信号 uo, 并比较其幅值及相位关系。解: f 0 An(f) 调制信号频谱1500 f 8

19、500 An(f) 9500 10000 11500 20 30 100 100 10 15 10500 15 10 调幅波频谱f 9900 An(f) 9990 10010 10100 2gS EB2gS EA2gS EB精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案1)1( )1H ss,1()1Hj=RC =1000 10-6=0、001s 所以1( )0.0011H ss,1()10.001Hj21( )1(0.0

20、01 )A,()arctan0.0012) ui=10sin1000 t 时,=1000rad/s, 所以212(1000)1 (0.001 1000)2A(1000)arctan0.001 10004o10(1000)sin1000(1000)5 2sin(1000)4uAtt( 稳态输出 ) 相对输入 ui, 输出幅值衰减为52( 衰减了 -3dB), 相位滞后4。11 已知低通滤波器的频率响应函数1()1Hj式中 =0、05s。当输入信号x( t )=0、5cos(10 t )+0、2cos(100 t -45 ) 时,求其输出 y( t ), 并比较 y(t )与 x( t) 的幅值与

21、相位有何区别。解:21( )1()A,()arctan21(10)0.8941(0.05 10)A, (10)arctan(0.05 10)26.621(100)0.1961(0.05 100)A,(100)arctan(0.05100)78.7y( t )=0.5A(10)cos10 t + (10)+0.2A(100)cos100 t -45 + (100) =0、447 cos(10 t -26 、6 )+0、039cos(100 t -123、7 ) 比较: 输出相对输入 ,幅值衰减 , 相位滞后。频率越高, 幅值衰减越大 , 相位滞后越大。第 4章测试信号分析与处理1 求周期方波的傅

22、里叶级数( 复指数函数形式 ), 画出| cn| 与 n 图。C R i(t) ui(t) uo(t) 一阶 RC 低通滤波器精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案解答: 在一个周期的表达式为00 (0)2( ) (0)2TAtx tTAt积分区间取 (-T/2,T/2) 0000000022020002111( )d =d +d =(cos-1) ( =0, 1, 2, 3, )TTjntjntjntTTncx

23、t etAetAetTTTAjnnn所以复指数函数形式的傅里叶级数为001( )(1cos)jntjntnnnAx tc ejnen,=0, 1, 2, 3, n。(1 cos) ( =0, 1, 2, 3, )0nInRAcnnnc2221, 3, ,(1 cos)00, 2, 4, 6, nnRnIA nAcccnnn n1, 3, 5,2arctan1, 3, 5,200, 2, 4, 6,nInnRncncn没有偶次谐波。其频谱图如下图所示。图周期方波信号波形图0 t x(t)T02T020TA -A T0精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎

24、下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案2 求正弦信号0( )sinx tx t的绝对均值x与均方根值rmsx。解答:00002200000224211( )dsindsindcosTTTTxxxxxx ttx t t t ttTTTTT222200rms0000111 cos2( )dsindd22TTTxx txx ttx t ttTTT3 求指数函数( )(0,0)atx tAeat的频谱。解答: (2)220220(2)()( )(2)2(2)ajf tjf tatjf teAA ajf

25、Xfx t edtAeedtAajfajfaf22()(2)kX fafIm()2()arctanarctanRe()XfffXfa4 求被截断的余弦函数0cost的傅里叶变换。0cos( )0ttTx ttT解:0( )( )cos(2)x tw tf t|cn| n /2 - /2 00305030502A/2A/32A/5幅频图相频图周期方波复指数函数形式频谱图2A/52A/32A/-0-30-50-0-30-50单边指数衰减信号频谱图f |X(f)| A/a0 (f) f 0 /2 - /2 图 被截断的余弦函数t t T-TT-Tx(t)w(t)1 0 0 1 -1精品资料 - -

26、- 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案w( t ) 为矩形脉冲信号()2sinc(2)WfTTf002201cos(2)2jf tjf tf tee所以002211( )( )( )22jf tjf tx tw t ew t e根据频移特性与叠加性得: 000011()()()22sinc2()sinc2()XfW ffWffTTffTT ff可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二, 各向左右移动f0, 同时谱线高度减

27、小一半。也说明 , 单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。5 求正弦信号0( )sin()x tx t的均值x、均方值2x与概率密度函数p( x) 。解答: (1)0000011lim( )dsin()d0TTxTx ttxt tTT, 式中02T正弦信号周期(2)0022222200000000111 cos2()lim( )dsin ()dd22TTTxTxx tx ttx t ttTTT(3) 在一个周期内0122xTttt0002( ) limxxTTTtP xx txxTTT2200000( )2 2 d1( )limlimdxxP xx txxttp xxTxTx xxf

28、X(f)Tf0-f0被截断的余弦函数频谱精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案6 求 h( t )的自相关函数。(0,0)( )0(0)atetah tt解: 这就是一种能量有限的确定性信号, 所以()01( )( ) ()2ata tahRh t h tdteedtea7 假定有一个信号x( t ), 它由两个频率、相角均不相等的余弦函数叠加而成, 其数学表达式为x( t )=A1cos(1t +1)+ A2co

29、s(2t+2) 求该信号的自相关函数。解: 设 x1( t)= A1cos(1t +1); x2( t )= A2cos(2t +2), 则11 22 121212111221221( )lim( )( )()()211lim( )()lim( )()2211lim( )()lim( )()22( )( )( )( )TxTTTTTTTTTTTTTTxx xx xxRx tx tx tx tdtTx t x tdtx t x tdtTTx t x tdtx t x tdtTTRRRR因为12, 所以1 2( )0 x xR,2 1( )0 x xR。又因为 x1(t ) 与 x2( t )为周

30、期信号 , 所以11111111111101211111111101211111001221111101( )cos()cos()1cos()cos()2cos 22cos()20cos()cos()22TxTTTTRAtAtdtTAttttdtTAtdtdtTAAtT同理可求得1222( )cos()2xARx(t) 正弦信号xx+ x t tt精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案所以12221212( )(

31、)( )cos()cos()22xxxAARRR8 求方波与正弦波的互相关函数。解法 1:按方波分段积分直接计算。00344304411( )( ) ()() ( )1( 1)sin()1 sin()( 1)sin()2sin()TTxyTTTTTRx t y tdtx ty t dtTTtdttdttdtT解法 2: 将方波 y( t ) 展开成三角级数 , 其基波与 x(t ) 同频相关 , 而三次以上谐波与x( t ) 不同频不相关 ,不必计算 , 所以只需计算y( t ) 的基波与 x( t) 的互相关函数即可。411( )coscos3cos535y tttt所以00000114(

32、)( ) ()sin()cos()41sin()sin()22sin(2)sin()220sin()sin()TTxyTTTRx t y tdtttdtTTttttdtTtdtdtTTT解法 3:直接按 Rxy( )定义式计算 (参瞧下图 ) 。ty(t) tx(t) 1 -1 1 T-1 图 正弦波与方波sin(t) 0 0 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案034430441( )( ) ()1( 1)s

33、in()1 sin()( 1)sin()2sin()TxyTTTTTRx t y tdtTt dtt dttdtT参考上图可以算出图中方波y( t ) 的自相关函数41024( )32()0, 1, 2,yyTTTRTTRnTnty(t) tx(t) 1 -1 1 T-1 sin(t) 0 0 ty(t+ ) 1 -1 0 4T34TTT34T4TRy( ) 0 方波的自相关函数图T T/2精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械

34、工程测试技术答案9 对三个正弦信号x1( t )=cos2t 、 x2( t)=cos6t 、 x3( t)=cos10t 进行采样 , 采样频率 fs=4Hz,求三个采样输出序列, 比较这三个结果 , 画出 x1( t) 、 x2( t) 、x3( t) 的波形及采样点位置, 并解释频率混叠现象。解: 采样序列 x(n) 11111000( )( ) ()cos 2()cos()24NNNsssnnnnnx nx ttnTnTtnTt采样输出序列为 :1,0,-1,0,1,0,-1,0,1203( )cos()24Nnnnxnt采样输出序列为 :1,0,-1,0,1,0,-1,0,1205(

35、 )cos()24Nnnnxnt采样输出序列为 :1,0,-1,0,1,0,-1,0,从计算结果与波形图上的采样点可以瞧出, 虽然三个信号频率不同, 但采样后输出的三个脉冲序列却就是相同的, 这三个脉冲序列反映不出三个信号的频率区别 , 造成了频率混叠。原因就就是对x2( t ) 、x3( t) 来说, 采样频率不满足采样定理。x1(t) x2(t) x3(t) ttt精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案第 5

36、 章测试系统特性分析1 为什么选用电表时, 不但要考虑它的准确度, 而且要考虑它的量程？为什么就是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为 150V的 0、5级电压表与量程为30V 的 1、5级电压表分别测量25V 电压, 请问哪一个测量准确度高？解答: (1) 因为多数的电工仪表、热工仪表与部分无线电测量仪器就是按引用误差分级的( 例如 ,精度等级为0、2 级的电表 ,其引用误差为0、2%),而引用误差 =绝对误差 /引用值其中的引用值一般就是仪表的满度值( 或量程 ), 所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越大 , 引起的绝对误差越大, 所以在选用电表时,

37、 不但要考虑它的准确度, 而且要考虑它的量程。(2) 从(1) 中可知 , 电表测量所带来的绝对误差=精度等级量程 /100, 即电表所带来的绝对误差就是一定的, 这样, 当被测量值越大 , 测量结果的相对误差就越小 , 测量准确度就越高 , 所以用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用。(3)150V 的 0、5 级电压表所带来的绝对误差=0、5150/100=0 、75V;30V 的 1、5 级电压表所带来的绝对误差=1、530/100=0 、45V 。所以 30V的 1、5 级电压表测量精度高。2 如何表达测量结果？对某量进行8 次测量 ,测得值分别为 :802 、40,802

38、、50,802、38,802 、48,802 、42,802、46,802、45,802 、43。求其测量结果。解答: (1) 测量结果 =样本平均值不确定度或?xsXxxn(2)81802.448iixx821()0.0403568 1iixxs?0.0142688xs所以测量结果 =802、44+0、014268 3 进行某动态压力测量时, 所采用的压电式力传感器的灵敏度为90、9nC/MPa,将它与增益为0、 005V/nC的电荷放大器相连, 而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上 , 记录仪的灵敏度为20mm/V 。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3、5MPa时,记录笔在记录

39、纸上的偏移量就是多少？解: 若不考虑负载效应, 则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘, 即S=90、9(nC/MPa)0、005(V/nC)20(mm/V)=9.09mm/MPa 。偏移量 : y=S 3、5=9、09 3、5=31.815mm 。4 用一个时间常数为0、35s 的一阶装置去测量周期分别为1s、2s 与 5s 的正弦信号 , 问稳态响应幅值误差将就是多少？解: 设一阶系统1( )1H ss,1()1Hj2211()()21()1()AHT,T 就是输入的正弦信号的周期稳态响应相对幅值误差1100%A, 将已知周期代入得精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -

40、- - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案58.6%1s32.7%2s8.5%5sTTT5 求周期信号 x( t)=0 、5cos10t +0、2cos(100 t -45 ) 通过传递函数为H( s)=1/(0 、005s+1)的装置后得到的稳态响应。解:1()10.005Hj,21( )1 (0.005 )A,()arctan(0.005)该装置就是一线性定常系统, 设稳态响应为y(t ), 根据线性定常系统的频率保持性、比例性与叠加性得到y( t )=y01co

41、s(10 t +1)+ y02cos(100t -45 +2) 其中010121(10)0.50.4991(0.005 10)yAx,1(10)arctan(0.005 10)2.86020221(100)0.20.1791(0.005 100)yAx,2(100)arctan(0.005 100)26.57所以稳态响应为( )0.499cos(102.86 )0.179cos(10071.57 )y ttt6 想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量 ,如要求限制振幅误差在5% 以内, 那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz 正弦信号 ,问此时的振幅误差与相角差就是多少？解: 设该一

42、阶系统的频响函数为1()1Hj,就是时间常数则21( )1()A稳态响应相对幅值误差21()1100%1100%1(2)Af令 5%,f =100Hz,解得 523 s。如果 f =50Hz,则相对幅值误差 :262111100%1100%1.3%1(2)1 (2523 1050)f相角差 :6()arctan(2)arctan(2523 1050)9.33f7 试说明二阶装置阻尼比多采用 0、60、8 的原因。解答: 从不失真条件出发分析。在 0、707 左右时 , 幅频特性近似常数的频率范围最宽, 而相频特性曲线最接近直线。8 设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为80

43、0Hz,阻尼比=0、14, 问使用该传感器作频率为400Hz 的正弦力测试时 , 其幅值比 A () 与相角差()各为多少？若该装置的阻尼比改为=0、7, 问 A() 与() 又将如何变化？解: 设222()2nnnHss, 则精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案2221()12nnA,22()arctan1nn,即2221()12nnA fffff,22()arctan1nnfffff将 fn = 800Hz

44、, = 0 、14, f = 400Hz, 代入上面的式子得到A(400) 1 、31,(400) -10、57如果 = 0 、7, 则 A(400) 0、975,(400) -43、039 对一个可视为二阶系统的装置输入一单位阶跃函数后, 测得其响应的第一个超调量峰值为1、5, 振荡周期为6、28s。设已知该装置的静态增益为3, 求该装置的传递函数与该装置在无阻尼固有频率处的频率响应。解:220110.21511ln(1.5/3)ln(/)MKx因为d = 6 、28s, 所以d = 2/d = 1rad/s 2211.024rad/s110.215dn所以222233.15( )20.44

45、1.05nnnH sssss222233.15()21.050.44nnnHjj2223()10.44nnA22()arctan1nn当 = n时, 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 机械工程测试技术答案2223()6.8210.44nnnA()90n10 什么就是负载效应？如何克服负载效应？第 6 章1 简述集中采集式与分布采集式数据系统的结构特点。2 简述虚拟仪器的组成与特点？( 概念)1 什么就是机械故障诊断？包含哪些内容？第 7 章1 简述振动测量的内容。常用测量振动的传感器有哪些？2 压电加速度传感器的安装方式对测量信号频率的影响？( 见文档 ) 第 8章精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - - -