《计量测试技术》第1章全解
机械工程测试技术习题解答(第一章)
1-6解答：
令
x1 ( t ) = e
− at
，
x2 ( t ) = sin ω 0 t = sin 2π f 0 t 1 有X 1 ( f ) = a + j 2π f 1 X 2 ( f ) = j δ ( f + f 0 ) − δ ( f − f 0 ) 2
X( f ) = X1 ( f ) ∗ X 2 ( f ) 1 1 1 = j ∗ δ ( f + f0 ) − ∗ δ ( f − f 0 ) 2 a + j 2π f a + j 2π f 1 1 1 = j − 2 a + j 2π ( f + f 0 ) a + j 2π ( f − f 0 ) = a 2 − 4π 2 ( f 2 − f 02 ) + j 4π fa 2π f 0
∫
T0
0
x0 sin(ωt + φ)dt = 0
式中
2π T0 = ω
—正弦信号周期
(2)
1 T 2 1 ψ = lim ∫ x (t )dt = T →∞ T 0 T0
2 x
∫
T0
0
x0 2 sin 2 (ωt + φ)dt
x0 2 = T0
∫
T0
0
x0 2 1 − cos 2(ωt + φ) dt = 2 2
单边指数衰减信号频谱图
1-4解答：
a)符号函数的频谱
+1 t > 0 x(t ) = sgn(t ) = −1 t < 0
该信号不满足绝对可积条件，不能直接求解，但傅里叶 变换存在。 符号函数可看作双边指数函数的极限。
测试技术基础(李孟源)第1章
第1章 绪 论 以商业用电子秤为例来说明测试技术与测试系统的概念. 待秤物品置于秤盘上,与秤盘接触的荷重传感器感受被测重 量的信息并将其转换为电参量的变化,经信号调理电路(如 电桥)转换为便于传输,处理的电信号,再经模/数转换和运 算处理单元对电信号进行处理,最后显示或记录出被秤物的 重量及相关信息.此例表明,典型的测试系统组成通常如图 1.1所示.
第1章 绪 论
Hale Waihona Puke 第1章 绪 论课程内容 1.1 课程内容 1.2 本课程的特点及任务要求
第1章 绪 论
1.1 课程内容
测试是具有试验性质的测量; 试验是对未知事物探索认识 的过程; 测量则是为确定被测对象量值而进行的实验过程. 测试技术有时也称检测技术,又称广义测量,即将被测量 (信号)转换为可检测, 传输,处理,显示或记录的量,再与 标准量比较的过程. 测量过程中各环节由专门的设备来完成, 这些设备组成的系统通常称为测试系统.
第1章 绪 论
图1.1 测试系统的组成框图
第1章 绪 论
1.2 本课程的特点及任务要求
通过本课程的学习, 学生应做到: (1) 掌握测试技术的基本理论; (2) 熟练掌握测试系统静, 动态特性的评价方法和实 现不失真测试的条件; (3) 掌握常用传感器及其调理电路的工作原理, 性能 并能合理地选用; (4) 具有设计测试方案, 分析和处理测试信号的能力.
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(完整版)测试技术课后答案全集—第三版
《绪论》0-1叙述我国法定计量单位的基本内容。
答：我国的法定计量单位是以国际单位制(SI)为基础并选用少数其他单位制的计量单位来组成的。
1．基本单位根据国际单位制(SI)，七个基本量的单位分别是：长度——米(Metre)、质量——千克(Kilogram)、时间——秒(Second)、温度——开尔文(Kelvn)、电流——安培(Ampere)、发光强度——坎德拉(Candela)、物质的量——摩尔(Mol>。
它们的单位代号分别为：米(m))、千克(kg)、秒(s)、开(K)、安(A)、坎(cd)、摩(mol)。
国际单位制(SI)的基本单位的定义为：米(m)是光在真空中，在1／299792458s的时间间隔内所经路程的长度。
千克(kg)是质量单位，等于国际千克原器的质量。
秒(s)是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射9192631770个周期的持续时间。
安培(A)是电流单位。
在真空中，两根相距1m的无限长、截面积可以忽略的平行圆直导线内通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。
开尔文(K)是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度的1／273．16。
摩尔(mol)是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0．012kg碳-12的原子数目相等。
使用摩尔时，基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。
坎德拉(cd)是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1／683W／sr。
2．辅助单位在国际单位制中，平面角的单位——弧度和立体角的单位——球面度未归入基本单位或导出单位，而称之为辅助单位。
辅助单位既可以作为基本单位使用，又可以作为导出单位使用。
它们的定义如下：弧度(rad)是一个圆内两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等时，它们所夹的平面角的大小。
《测试技术》课后习题答案
第一章1答：测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法，是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
2答：测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。
传感器将被测物理量检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。
3答：在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。
测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。
4答：例如：全自动洗衣机中用到如下传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。
第二章1答：信号波形是指被测信号幅度随时间的变化历程。
2答：从信号描述上分为：确定性信号与非确定性信号；从信号的幅值和能量上分为：能量信号与功率信号；从分析域上分为：时域与频域；从连续性分为：连续时间信号与离散时间信号；从可实现性分为：物理可实现信号与物理不可实现信号。
3答：可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。
不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。
4答：在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，能量不是有限值的信号称为功率信号。
5答：周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不保留原信号的相位信息。
6答：信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)。
时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简谐波外，很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量大小。
信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。
7答：周期函数展开为傅立叶级数的物理意义: 把一个比较复杂的周期信号看成是许多不同频率的简谐信号的叠加。
第一章检测技术的基本概念..
产生粗大误差的一个例子 雷电产生尖峰干扰
2.系统误差
在重复性条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值 与被测量的真值之差，称为系统误差。 凡误差的数值固定或按一定规律变化 者，均属于系统误差。
系统误差是有规律性的，因此可 以通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正，也可以重新调整测量仪 表的有关部件予以消除。
技术
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采用计算机技术，使检测技术智能化
智能机械手
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采用计算机技术，使检测技术智能化
单片机芯片
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6.发展网络化传感器及检测系统
区域网与上位机
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传感器的数字化和网络化结构
传感器在总体上呈现出多功能、微型化、数 字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。将 在第十三章检测系统的综合应用详细学习。
二、误差产生的性质：
1.粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失 误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及 电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如 测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的 误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条 件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。
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2、相对误差及精度等级
几个重要公式： 绝对误差 示值相对误差 满度相对误差 准确度(精度) Δ = A x –Ａ 0
100% Ax
x
m 100% Am
S Δm 100 Am
3、仪表的准确度等级和基本误差表
等级
0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0
1 计量法律、法规及计量基础知识
精心整理第一章计量法律、法规、规章及计量基础知识第一节计量法律、法规及规章一、我国计量法规体系我过的计量法规体系分三个层次，由计量法律、计量法规、计量管理规章以及要强制执行的计量技术法规等构成。
计量法律:《中华人民共和国计量法》——全国人大常委会批准计量法规：《中华人民共和国计量法实施细则》、《水利电力部门电测、热工计量仪表和装置检1986年112323易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强制检定目录的工作计量器具，实行强制检定。
属于强制检定的计量器具，未经检定或检定不合格的，不得投入使用。
电力部门与客户结算电费用的电能表、互感器、兆欧表属于强制检定计量器具。
4、量值传递与溯源量值传递，是通过对计量器具的检定和校准，将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具，以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致的过程。
所谓量值溯源，又叫量值溯源性，是指通过具有规定不确定度的连续的比较链，使测量结果或标准的量值能够与规定的计量标准、通常是国家或国际计量基准，相联系起来的特性。
量值传递是从国家基准出发，按检定系统表和检定规程逐级检定，把量值自上而下传递到工作计量器具；而量值溯源则是从下到上追溯计量标准直到国家的和国际的基准。
两者在本质上都是确保量值准确、可靠、统一。
量值传递与溯源的示意图见图1-1。
512④检JJG如：JJG124-2005电压表、电流表、功率表及电阻表检定规程6、制造、修理计量器具《计量法》要求，凡制造以销售为目的计量器具，或者对社会开展经营性修理计量器具业务，必须取得《制造计量器具许可证》或者《修理计量器具许可证》。
取得《制造计量器具许可证》者生产的产品，应按规定在产品上注明标志符号，标志符号为“CMC"。
凡制造在全国范围内从未生产过的计量器具新产品，必须经过定型鉴定。
在全国范围内已经定型而本单位未生产过的计量新产品，应当进行样机试验。
凡未取得定型鉴定合格证书或样机试验合格证书的，不准生产。
计量的内容、分类和特点基本概念
计量的内容、分类和特点基本概念第五章 第一节 基本概念一、计量的内容、分类和特点(一)计量的内容自然界的一切现象或物质，都是通过一定的"量"来描述和体现的。
也就是说，"量是现象、物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性"。
因此，要认识大千世界和造福人类，就必须对各种"量"进行分析和确认，既要区分量的性质，又要确定其量值。
计量正是达到这种目的的重要手段之一。
从广义上说，计量是对"量"的定性分析和定量确认的过程。
计量是实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。
计量学是关于测量的科学，它涵盖测量理论和实践的各个方面，而不论测量的不确定度如何，也不论测量是在哪个领域中进行的。
为了经济而有效地满足社会对测量的需要，应从法制、技术和管理等方面开展计量管理工作。
在相当长的历史时期内，计量的对象主要是物理量。
在历史上，计量被称为度量衡，即指长度、容积、质量的测量，所用的器具主要是尺、斗、秤。
随着科技、经济和社会的发展，计量的对象逐渐扩展到工程量、化学量、生理量，甚至心理量。
与此同时，计量的内容也在不断地扩展和充实，通常可概括为六个方面:(1)计量单位与单位制；(2)计量器具(或测量仪器)，包括实现或复现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具；(3)量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测；(4)物理常量、材料与物质特性的测定；(5)测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法；(6)计量管理，包括计量保证与计量监督等。
(二)计量的分类计量涉及社会的各个领域。
根据其作用与地位，计量可分为科学计量、工程计量和法制计量三类，分别代表计量的基础性、应用性和公益性三个方面。
(1)科学计量是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，它通常采用最新的科技成果来准确定义和实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。
(2)工程计量，又称工业计量，是指各种工程、工业、企业中的实用计量。
《计量测试技术》第1章
• 1949年中华人民共和国成立后，在当时的 中央财经委员会技术管理局设立度量衡处， 负责全国度量衡的统一管理工作。1954年 全国人大批准设立国家计量局作为国务院 直属机构，其主要任务是“负责米制的推 行；计量器具国家检定；建立国家基准器； 监督指导计量器具的制造修理、销售和进 出口；审定工业计量标准器的设置；起草 制定国家有关计量方面的法规、文件等”。
• • • • • • • • • 1. 传感器和变换器 2. 信号和图象处理 3. 系统ID（识别） 4. 计算机虚拟系统 5. ADC与数据采集 6. 神经网络和模糊处理 7. 光学检测技术 8. 电源 9. 微波与EMI通讯 (Electric-Magnetic Interference) • 10. 生物医学
• 1790年，法国资产阶级的社会革命和工业 革命，推动了社会生产力和自然科学的发 展，其中牛顿力学和热力学理论的建立使 力学计量和温度计量获得很快的发展。机 械工业的兴起和发展，促使长度计量(几何 量)技术迅速发展，欧姆定律、法拉第电磁 感应定律和麦克斯韦电磁波理论的创立， 开始了电磁计量。由法国天文学家穆顿和 威日根提出新的十进计量制度和建立以自 然物为计量单位的设想，则在较短的时间 内就得到了世界上很多国家的科学家的认 可与赞同，从而使西欧各国的计量技术很 快走在了世界各国的前列。
• 春秋战国时期各诸侯国先后确立，社会制 度发生了巨大变革，对度量衡的发展也产 生了很大影响，并且发明了用黄钟律管作 为度量衡的单位量值标准，使度量衡三个 量值单位都有了比较准确的依据。就是说 只要有一支黄钟律管，就可以得到长度、 容量和质量三个量的单位量值。《汉书、 律历表》中记载的上述史实，国际上的一 些计量专家、学者对此作过很高的评价： “中国古代早已采用律管作为长度的标准 器，而过了几千年，世界上才提出了采用 光的波长作为长度基准的方案”。
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（二）参考书： • 1．《计量学基础》（2版） 王立吉，中国计量出版社，1997 • 2．《计量测试技术手册》计量测试技术手册编辑委员会编， 中国计量出版社，1997 • 3．《计量学辞典》鲁绍曾，中国计量出版社，1992 • 4．《计量学原理》[苏]布尔东· 马尔科夫，中国计量出版社， 1985 • 5．《计量学与测量装置准确度理论基础》，《计量学与测量 装置准确度理论基础》翻译组译，中国计量出版社，1986 • 6．《测试技术与信号处理》范云霄，刘桦编著，中国计量出版社， 2002 • 7．《测试技术基础》范云霄、刘桦编著，中国计量出版社，1989 • 8．《误差理论与数据处理》 梁晋文等 中国计量出版社，1989 • 9．《误差理论与数据处理》 费业泰 机械工业出版社，1995
第 1章
1.1 计量学及其分类
绪论
计量 —— 实现计量单位统一、量值准确可 靠的“活动”。
“活动” —— 科学技术层面上的 法律法规层面上的 行政管理层面上的
量 ---- 自然界一切现象、物体和物质的一 种属性。
“量” 的分析 ---- 量的性质区分 量值的确定 计量 ---- 对“量”的定性分析和定量确认 的 过程。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、课程目的与任务
• • • • • 学习计量理论与计量技术； 掌握计量测试技术基本原理； 熟悉计量测试数据基本处理方法； 理解计量法规和计量管理基本特点和范畴； 了解现代计量与测试技术的发展方向，树立 规范化与法制化的计量测试观。
三、课程基本要求
• 1．掌握传统及现代计量测试技术基本原理； • 2．掌握计量测试数据基本处理方法和和结果分 析方法； • 3．理解计量法规和计量管理基本特点和范畴； • 4．了解现代计量与测试技术发展方向与特点； • 5．掌握常用量的一般计量原理，具体计量方法及 有关计量技术，并能开展相应的实际计量工作。
计量学——有关计量的知识领域。它包括 有关计量的所有理论与实践的各个方面， 而不论准确度如何以及它在什么科学技术 领域内进行。
计量学的具体内容： 1. 计量单位及其计量基准，标准的建立，复 制和保存； 2. 计量方法和计量器具的计量特性； 3. 计量的不准确度； 4. 计量人员进行计量的计量能力； 5. 计量法制和管理； 6. 有关计量的一切理论和实际问题。
四．考试考核办法 • 采用课程结束闭卷书面考试与平时考勤、平时作 业相结合的方法进行。 • 具体实施方案： 总成绩 = 闭卷书面考试（80%） +平时考勤（10%） +平时作业（10%）
三次无故缺课者，取消考试资格。
五、教材及参考书
（一）教 材：《测试与计量技术基础》周 渭 于建国 刘海霞，西安电子科技大学， 2004
测量----以确定量值为目的的一组操作。 测量的含义----测量是直到给出测量结果的 一组操作。
计量----属于测量的范畴，但又严于 一般的测量, 是与测量结果置信度有 关的、与不确定度联系在一起的规范 化的测量。
1.2
计量工作简史
计量——历史称谓：度量衡 含义：长度、容积、质量的计量 主要器具：尺、斗、秤 ruler=尺子=统治者； 砝码的古代称谓：“权”； 天平的象征：法制与法律的公平；
• 秦代： • 度量衡制度中，度、量制的大部分皆采用十 进制； • 颁布有度量衡制度； • 实行定期检定等法制管理； • 明文规定各种度量衡器具的允许误差。 • 历史意义： 原始度量衡
古典度量衡
欧洲：
• 牛顿力学和热力学理论的建立使 力学计量和温度计量获得很快的发展； • 机械工业的兴起和发展，促使 几何量计量技术迅速发展； • 欧姆定律、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁 波理论的创立，开始了电磁计量。 • 法国天文学家穆顿和威日根提出了新的 十进计量制度和建立以自然物为计量单位的设想。
• 中国古代春秋战国时期： • 采用黄钟律管作为度量衡的单位量值标准， 得到长度、容量和质量三个量的单位量值， 度量衡三个量值单位都有了比较准确的依 据。 • 国际评价：“中国古代早已采用律管作为 长度的标准器，而过了几千年，世界上才 提出了采用光的波长作为长度基准的方 案”。
•
《吕氏春秋》记载的黄钟律管长度为三 寸九分，而汉代后，古人普遍采纳九寸。 为研究先秦黄钟律管真实长度，经对文献 进行系统地考证，发现《吕氏春秋》记载 的三寸九分黄钟律管应为清黄钟律管，发 音当是九寸管的高八度。文献研究亦表明 了先秦古人听声定律的事实，即三寸九分 律管和九寸律管都为听声定律产物。由此， 根据声学公式，结合文献考证，计算了黄 钟律管的管径，结论为：先秦律管应是竹 管，管径范围约是0．71寸。
计量的象征：权力和公平的活动
古代人类社会最早的计量器具——度量衡
基本特征：人体的某一部分为标准的客观 自然物长度标准。
中国古代： 大禹的身长作为长度标准； • 两支商代象牙尺，长约15.78cm与15.80cm，均刻有十寸， 每寸刻十分，是“布手知尺”和应用十进制的证据。 英国： • 英王查理曼大帝足长为“一英尺” • 英王埃德加姆姆指关节之间长度为“一英寸” • 英王亨利一世手臂向前平伸时鼻尖到指尖距离为“一码”。 法国： • 法国国王脚长的6倍定义为“脱瓦斯尺”。 古埃及： • 最早的尺—“腕尺”是用人的臂膊肘至指尖的距离来确定的， 长约46cm。尔后人们根据“布手知尺”的原则，即以人手 的大拇指和食指分开的距离作为一尺的长度(大约16cm左 右)，精心制作出了最早的尺。
《计量与测试技术》
电气信息学院 测控技术教研室
顾亚雄
一、课程基本信息
• 1．英文名称： Measuring and Testing Technology • 2．课程类别： 专业课程 • 3．课程学时： 48 • 4． 学 分： 3.0 • 5．先修课程：《高等数学》、《大学物理》、 《物理实验》、《概率统计》等
• 1792年，法国天文学家德拉布里和麦卡恩通过大地 测量，确定了北极至赤道的子午线长度，再取其四 千万分之一作为一米。
• 拉瓦锡等测量了4℃时一立方分米纯水质量，并定 义为1千克。 • 根据上述定义，用铂铱合金制做了米原器“阿希夫 尺”和千克原器，于1799年6月22日保存于法国巴 黎档案局，称为“档案局米”和“档案局千克”。