工程测试技术复习题.doc

复习思考题
一、基本概念题
1. 测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。
2. 传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。
3. 按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。
4. 按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。
5. 为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及补偿与修正技术。
6. 传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性度。
7. 传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。
8. 对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。
9. 激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。
10. 金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。
11. 用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量）
12. 将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。
13. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大灵敏度输出。
14. 应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。
15. 根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。
16. 电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的检测。
17. 在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象，该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。
18. 差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级线圈要求反向串接。
19. 电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变压器电桥、调频电路、运算放大器电路。
20. 压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。
21. 压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看作是一个电荷源与一个电容器的并联。
22. 压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输出基本不受连接电缆长度的影响。
23. 压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。
24. 目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。
25. 热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。
26. 若组成热电偶的两导体材料相同，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，则其输出热电势为零。
27. 热敏电阻的阻值与温度之间的关系称热敏电阻的热电特性。它是热敏电阻测温的基础。
28. 热敏电阻其温度与阻值之间一般呈非线性关系，且一般不具有互换性。
29. 请写出你所知的几种常见光电检测器件的名称：光敏电阻 、光敏二极管和光敏三极管（还有光电管、光电池、电荷耦合器件CCD）等。
30. 隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种，它们都起到隔离无用信号和放大有用信号的作用。
31. 抗干扰是测试系统必须采用的技术。常用抗干扰技术包括：隔离技术、滤波技术、屏蔽技术和接地技术
32. 周期信号的频谱特点有哪些？
33. 随机过程的主要特征参数？
34. 自相关、互相关的定义、应用。
35. 自功率谱、互功率谱的定义、应用。
36. 采样定理？
37. 泄漏与加窗处理的定义、应用
38. 栅栏效应？
39. 静态误差、动态误差？
40. 系统特性的描述方法？
二、简答题
1. 传感器的静态特性以及描述静态特性的主要技术指标？
2. 传感器的动态特性以及描述动态特性主要技术指标？
3. 金属电阻应变片半导应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？
4. 应变片测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？
5. 电容式传感器的变换原理和结构型式？举例说明其应用。
6. 压电传感器的特点及应用。
7. 热电偶冷端补偿的必要性？常用冷端补偿有几种方法？
8. 压阻效应和压电效应的区别？举例说明应用。
三、计算与分析题 (3小题，共36分)
例1 一台精度为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是４℃，问此表是否合格？
解：　根据精度定义表达式%，并由题意已知
Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝（1200-600）℃，得最多允许误差
△ Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×（1200-600）＝３℃
此温度传感器最大允许误差位３℃。检验某点的最大绝对误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。
例2 变间距形平板电容传感器，当时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许间距测量最大变化是多少？
解：　当变间距平板型电容传感器的<<1时，其线性度表达式为

由题意故得，即测量允许变化量。
例3 单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为6mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度?若极板相对移动2mm，求其电容变化量？（已知：真空中的介电常数为ε0=8.85×10－12　F/m）
解：单组式变面积型平板线位移电容传感器，其电容量的计算式为：
，
本题中b=6mm，δ=0.5mm，故静态灵敏度为：
＝＝1.06×10－10 ( F/m )
极板相对移动2mm，其电容变化量：
（F）
例4 压电式压力传感器灵敏度S1= 9 pC / Pa，将它和一台灵敏度为S2=0.005V/ pC的电荷放大器连接，其后再接入灵敏度为S3=25mm / V的光线示波器，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总灵敏度？
解：测试系统框图如下：

根据灵敏度的定义，总灵敏度为：

例5 进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度K1为50.0 pc/MPa，把它和一台灵敏度K2可调的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一台灵敏度为K3=10mm/V的笔式记录仪上。试：
① 绘出该测试系统的框图；
② 若当压力变化为2.0MPa时，为使记录笔在记录纸上的位移不大于50mm，则电荷放大器的灵敏度K2应调至多大？
解：计算方法同例3相似，省略详细解。
例6 一应变片的电阻R0=120Ω，K=2.05，用作应变为800μm/m的传感元件。
(1) 求△R与R/R△；
(2)若电源电压Ui=3V，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U0。

例7 以若干阻值R=100W，灵敏度k =2的电阻应变片与阻值R=100W的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当工作应变为e=1×10－3时，若要使输出电压大于12mV，问：
① 可采用何种接桥方式？
② 计算当输出阻抗为无穷大时，电桥的输出电压值？
解：当灵敏度k =2、阻值R=120W的应变片受到工作应变为e=1×10－3时的电阻改变量为：

计算当输出阻抗为无穷大时，我们分别以半桥单臂、半桥双臂和全桥计算电桥的输出：
半桥单臂时：
半桥双臂时：
全桥时：
显然，①只能采用全桥电路；②此时全桥电路输出为20mV.
例8 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度。试问，在下列情况下：
①半桥双臂各串联一片。②半桥双臂各并联一片。是否可提高灵敏度？说明为什么？

例9 如果将100Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积S=0.5×10-4m2，材料弹性模量E=2×101lN/m2。若由5×104N的拉力引起应变片电阻变化为1Ω，求该应变片的灵敏系数K。
解：试件在拉力F=5×104N作用下，其横截面受到的正应力σ为：

在此应力作用下，相应的应变ε为：

在此应变下， 100Ω的电阻应变片电阻变化为１Ω，即：

故可求得应变片的灵敏度系数 k 为：

例10 将一只灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线处温度为50℃。电压表上读数为60mV，求热电偶热端温度。
解法1： 根据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度t，冷端温度为50℃产生的，即：
E（t，50）=60mV
又因为： E（t，50）= E（t，0）－E（50，0） 则：
E（t，0）= E（t，50）+E（50，0）＝60+50×0.08＝64 mV
所以热端温度ｔ＝64/0.08=800℃。
解法2： 已知热电偶灵敏度为常数0.08mV/℃，说明所测温度与热电偶输出成线性关系，可设： E(T)=kT+A= 0.08T+A（其中：T为工作端温度，A是待定常数。）
因电压表接线端为50 ℃。则当测端温度也为50 ℃时，有：
E（50）= 0 推出： A=－4mV，
故： E(T) = 0.08T －4
当电压表测得数值为60mV时，即：60 =0.08T－4
T = 800 ℃