机械工程测试技术试题(DOC)

机工测试题一．判断题.(本题共10分，对则打“√”，不对则打“×”)1．所谓并行传送就是用数量等于数据字位数的多根数据线同时传送数据。

（）2．振动子的固有频率越高，其灵敏度也越高。

（）3．频率不变性原理是指线性测试系统的输出信号的频率总等于输入信号的频率。

.( )4．一台精密度高的仪器，当存在测量误差时，多次重复测量的结果必定是集中、始终偏离正确位。

（）5．对一个具有有限频谱（0~fc）的连续信号采样，若满足2fcTs≥1,采样后得到的输出信号能恢复为原来的信号。

（）[Ts为采样频率]6．交流电桥的输出信号经放大后，直接记录就能获得其输入信号的模拟信号了。

（）7．由于存在横向效应，所以用金属丝应变片单独测定横向应变时，其灵敏度比测定纵向应变要低。

（）8．在常系数的线性系统中，当初始条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为传递函数。

（）9．时间常数表征一阶系统的惯性，是过渡过程长短的度量。

（）10．GP-IB中采用了字节并行字位串行的信息传递方式。

（）一.选择题(共15分，每题1.5分)1．测量传感器特别适宜于测量（）a. 静态量；b. 准静态量；c. 动态量；d. 三者均可以2．不失真测量的条件除要求测量系统幅频特性是常值外，其相频特性要求满足（）a.相移与频率成正比;b.常值相移 ;c.任意相移 ;d.无特殊要求3．压电式传感器最好采用电荷放大器的原因是（）a.使放大器的增益增大；b.非线性失真小；c.可忽略导线电容和分布电容；d.频率特性特别好4．若给时间常数为τ的一阶系统，输入频率为ω=1/τ的正弦信号，则输出与输入相位差为（）。

a.-450 ；b.-900 ；c.-1450 ；d.-18005．压电材料按一定方向置放在电场中，其几何尺寸发生变换，称为（）效应a.压电效应；b.压阻效应；c.逆压电效应；d.压磁效应6．对某二阶系统输入周期信号X(t)=A0sinωm t，则系统输出信号有以下特性（）。

[注：ωm>ωn]a.幅值、频率、相位皆不变；b.频率改变，幅值、相位不变；c.幅值、相位改变，频率不变；d.相位不变，幅值、频率改变。

7．将时域信号进行时移，则该信号对应的频域信号将会产生（）a.扩展；b.压缩；c.不变;d.仅有相移8．一般来说，测试系统的灵敏度越高，则其测量范围（）a.越宽；b.越窄；c.不变；d.无规律可寻9．某间接测量的函数式为y=a0x1x2, 则y的标准误差为（）（式中σx1 、σx2分别为直接测量量值x1、x2的标准误差）. a.212221)(xxyσσσ+=; b.212221)(xxyaσσσ+=; c.2122222121)(xxyxxaσσσ+=;d.2121222221)(xxyxxaσσσ+=10．半导体应变片在测量某一构件应变时，其电阻相对变化是由（）来决定的 a.变形； b.电阻率的变化； c.弹性模量的变化； d. 泊松比的变化三．测量系统基本知识题（50分）1．试证明一阶线性测量系统的频率响应函数为ωωjt j H +=11)(并推倒出它的幅频特性和相频特性的表达式。

（6分）2．(6 分) (a)写出理想二阶线性系统的拉氏传递函数，并导出其幅频和相频的函数表达式。

[提示：单自由度二阶强迫振动的运动微分方程为：)()/()/(22t f kx dt dx c dt x d m =++,其中m 为质量，c 为阻尼，n m c ωβ2/=]（4分）(b ）说明ωn 、ωd 、ωr 、k 、m （各量值的物理意义及其相互间的函数关系。

[注：写出物理意义及两个函数关系式或两个以上关系式给全分]3．为改善永磁式测速传感器的动态特性，讨论与其相连的放大器应具有何种要求。

（6分） [解题步骤：（1）写出其运动微分方程，画等效电路 （2）求传递函数及频率响应 （3）讨论要求的系统参数值 ]4． （a ）画图说明应变筒式测压传感器是如何进行温度补偿的？（4分）（b ）简述压电式测压传感器是如何实现加速度补偿的？（4分）5．欲测量某回路中一标称值为10Ω±1%电阻器的功率损耗P,可采用两种方法进行，一是只测电阻器两端的电压V,然后用公式P=V 2/R 计算功率损耗；二是分别测量电阻器两端的电压V 和流过电阻器的电流I,由公式P=VI 计算电阻器上的功率损耗。

估算这两种方案的电功率误差，设V 和I 的测量结果为V=100±1%(V), I=10±1%(A)。

(8分)6．挂接在IEEE488接口总线上的器件按它们的作用不同可分为讲者，听者，控者三类器件，分别解释何为讲者器件，听者器件，控者器件，在该总线上三者之间的关系有何规定？（6分）7. 在测量系统静态标定数据处理时，我们常采用最小二乘法求系统的参考工作直线，请简要说明最小二乘法的基本思想及在求参考工作直线时如何应用该方法。

（6分）四．实验技能题（25分）1．简述在“振动子幅频特性测定”实验中你采取何种措施来实现改变阻尼率β值的，其取值大小与β的定性关系是什么？（5分）2.（a ）用一薄壁圆筒为弹性敏感元件，设计一应变式测力仪。

要求在其外圆柱面上贴八个应变片，构成一能抗弯并能进行温度补偿测量桥路。

（应变片的布贴位置可用圆筒的展开图表示。

）(4分)（b ）用四片K=2.0的金属丝应变片组成全桥测量某构件的应变，供桥电压为5V ，4321R R R R ∆=∆=∆=∆，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，求最大全桥输出电压为U max =6mV 时，构件的应变应为多少με。

（4分）3．用镍铬—镍硅热电偶测炉温。

当冷端温度T 0=30 0C 时，测得热电势为E(T,T 0)=39.17mv,若冷端温度变为-20 0C 测该炉温时，则应测得热电势为多少mv ？（6分）[附：已知该热电偶有E(30,0)=1.2mv, E(-20,0)= -0.77 mv, E(20,0)=0.80mv, E(-30,0)= - 1.14mv ]4．描述测量系统静态特性的常用指标有哪些？其中线性度的定义为？（6分）一 判断题 1√ 2 × 3 √ 4 ∨ 5 × 6 × 7 √ 8 √ 9 √ 10 ⨯ 二 选择题1 d2 a3 c4 a5 c6 c7 d8 c9 b 10 d 三 测量系统基本知识题1 一阶系统微分方程为())(t x t y dt dy=+τ两边拉氏变换得 )()()(s Z s Y s sY =+τ )()()1(s Z s Y s =+τs s Z s Y s H τ+==11)()()( ωτωj j H +=∴11)(2)(11)(ωτω+=∴A )()(1ωτωϕ--=tg2(a)：)()()()(2s F s kZ s CsZ s Z ms =++ kcs m s s H ++=21)( 系统共振频率221ξωω-=n r ξ为阻尼率则ωωωjc m k j H +-=21)(n j n j H ωωβωωω2)(11)(2+-=m k n =2ω 固有频率n m cωβ22=阻尼率2)/(1/21)(n n tgωωωβωωϕ---=222)2(])(1[1)(nnA ωωωωβω+-=)(22t f kx c m dt dxdtx d =++b ）固有频率m k n =ω阻尼振荡频率 21ξωω-=n d系统共振频率 221ξωω-=n r ξ−阻尼率3. 1) 测速传感器等效电路如图L,R L 为传感器的电感和电阻；Rg 为相连的放大器输入电阻。

记R=R L +Rg ，根据基尔霍夫定律，)()()(t e t Ri dt t di L=+1j 1)j (,1)(+=+=ωτωH R LS S H )(1)()(t e R t i dt t di R L =+s s H τ+=∴11)( R L=τ2)(11)(ωτω+=A )()(1ωτωϕ--=tg3)讨论 （1）τ愈小，测量电路的动态特性愈好。

（2）对于特定的传感器L 值和R 值已定，为改善永磁式测速传感器的特性，应减小τ值，则必须使Rg 越大越好。

4答：：a)R2R 4R 3R 1 R 4R1R2 R3b)在压电式测压传感器的结构中，增设质量块M 和一 组极性性相反的补偿压电晶片组，当传感器 承受轴向振动加速度时，由于膜片及晶片质量造成的惯性力作用，压电晶片将感受振动力而产生电荷，由于补偿质量使 补偿压电晶片组产生的电荷的极性和测量压电晶片组因振动产生的电荷极性相反，适当调节补偿质量，将能使它们互相抵消。

5对方案一有：R vP 2=R VV P 2=∂∂ 22R V R P -=∂∂ 212222])()[(R v p R P VPσσσ∂∂+∂∂=，21224⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=R V P R V Pσσσ236.2]01.001.04[2122=+⨯=[]%236.201.001.042122=+⨯=对于方案二有：VI P =I V P =∂∂ =∂∂I P212222212222][])()[(I V R v p V I R P VPσσσσσ+=∂∂+∂∂=%414.1]01.001.0[21222122=+=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=I V P I V Pσσσ6 具有发送器件消息功能的器件称为讲者。

具有接收来自其他器件的器件消息功能的器件称为听者具有控功能。

即为挂在总线上的各个器件发送地址或命令的器件称为控者对于一个特定的器件，只能充当上述三种之角色的一种，也可身兼两职 ，也可身兼三职。

但在任一时刻 ，一个系统中只能有一个讲者，也可有多个听者同时接收数据，但一个器件不能同时作为讲者和听者，任一时候，一个系统中只能有一个控者。

7 对于N 点实验数据),(i I y x ()N i ...2,1=可用直线方程bx a y +=ˆ来表述。

最小二乘法思想是：使 实验测值对回归直线的偏差平方和为最小即∑=-=ni i i yy b a Q 1)ˆ(),(能使Q （a ，b ）取最小值的直线应当是和各数据点有最佳拟和效果的直线。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=---=∂∂=---=∂∂∑∑=0)(20)(21ii i i ni i x bx a y b Q bx a y Qα 即得a ，b 值 则bx a y+=ˆ为回归方程。

四 实验数据题1采用电磁阻尼，β主要取决于外电路电阻R ，即表达式)()(212R Rn S B Ja +=ωβ 通常使β在7.0~6.0之间 2 (a)(b) KE U o ε=maxmv mvKE Uo 600256max =⨯==ε3)0,20()20,()0,30()30,(︒︒︒︒︒︒-+-=+E T E E T E)0,20()0,30()30,()20,(︒︒︒︒︒--︒+=E E T E T E 77.02.117.39++= mv 14.41=4描述测量系统静态特性的常用指标有：灵敏度 线性度 迟滞 重复性 测量范围线性度L ∆定义为测量系统的平均静态特性和参考线的最大偏差的绝对值max y ∆与满量 程输出的百分比。