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机械工程测试技术_课后习题及答案
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你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。
3-3 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是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、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。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120。
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 =S g 得 R =S g R =2100010-6120= 1）I 1=R =120=0.0125A=2）I 2=(R +R )=(120+0.012475A= 3）=(I 2-I 1)/I 1100%=%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，无法测量的电流；如果采用毫安表，无法分辨的电流变化。
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：以气隙变化式为例进行分析。
20022N A dLS d μδδ==- 又因为线圈阻抗Z =L ，所以灵敏度又可写成20022N A dZ S d μωδδ==-图3-84 题3-4图由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A 0、线圈匝数N 、电源角频率、铁芯磁导率0，气隙等有关。
机械工程测试技术
• 能够用二阶微分方程表示的系 统称为二阶系统
传递函数：
相应的频率响应函数、幅频特性和相频特性为
当 n时，（ ）=-90。 ，与阻尼比无关
典型的二阶系统：质量、弹簧、阻尼系统
• 二级系统的单位阶跃响应
y(t ) 1
1 e
nt
2 ζ>1时不振荡 1.8 1.6 2. 阻尼比ζ的取值，决定了阶跃响应趋 1.4 于稳态的快慢， ζ过大或者过小，趋于 1.2 稳态的时间都会过长。为了提高响应速 1 0.8 度， ζ通常选择0.6-0.8之间 0.6 0.4 3. 在ζ一定的条件， ωn越大响应速度越快 0.2 0
/ n 3 5 A( ) 1 x ( )
幅值不失真的条件是传感器惯性系统的固有频率远低于被测物体振动 的下限频率，此时即传感器输出信号的相位滞后约为π 选择适当的阻尼比， 抑制w/wn=1处的共振峰， 使幅频特性平坦部分扩 展，从而扩大传感器可测的下限频率。 降低传感器惯性系统的固有频率， 扩展传感器可测量振动的下限频率 上限频率理论上是无限的，但实际上仪器结构和元件的限制，不能太 高，而下限频率受刚度、质量的限制也不能太低，因此测量频率范围是 有限的。
/ n
1 3 1
2 n
A( ) A(0)
1 常数， 称为灵敏度
x0 1/ n 2 A( ) 2 y0 [1 ( / )2 ]2 (2 / n )2
n
8-5 为了扩展被测频率的下限，应尽量降低惯性式速度传感器 的固有频率，即加大惯性质量、减小弹簧的轴向刚度。因此， 装在芯杆的线圈和阻尼环共同组成了惯性系统的质量元件；弹 簧片径向刚度很大，轴向刚度很小，使惯性系统既可以得到可 靠的径向支承，又能保证有很低的轴向固有频率；铜制阻尼环 一方面可增加惯性系统质量，降低固有频率， 另一方面又利用 闭合铜环在磁场中运动产生的磁阻尼力使振动系统具有合理的 阻尼。
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机械工程测试技术基础习题解答教材：机械工程测试技术基础，熊诗波黄长艺主编，机械工业出版社，2006 年 9 月第 3 版第二次印刷。
绪论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定）1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？解答：（教材 P8~10，八、测量误差）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V ±7.8μV②(25.04894 0±.00003)g③(5.482 0±.026)g/cm 2解答：①7.8 10-6 /1.0182544 7.6601682/10 6②0.00003/25.04894 1.197655/10 6③0.026/5.482 4.743‰0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980 年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980) 》的要点是什么？解答：(1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6 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 级电压表和量程为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、热工仪表和部分无线电测量仪器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。
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机械工程测试技术基础熊诗波课后习题答案1《机械工程测试技术基础》-第三版- 熊诗波等著绪论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定）1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？解答：（教材P8~10，八、测量误差）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm 2 解答：①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈±②60.00003/25.04894 1.197655/10±≈±③0.026/5.482 4.743±≈‰0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？解答：(1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6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级电压表和量程为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、热工仪表和部分无线电测量仪器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。
《机械工程测试技术》课后习题答案机工版
2 44, 724,500, 600 2 22,362, 250,300 11,181,125,150
所以该信号的周期为 0.25s。
1-7 求正弦信号 x(t) Asin( 2 t) 的单边、双边频谱，如果该信号延时 T 后，其频谱如何变
T
4
化？
0 ea jwt dt ea jwdt
0
11 a jω a jω
2a a2 ω2
双边指数信号的傅里叶变换是一个正实数，相频谱等于零。由于双边指数信号为实偶对
称函数，因此 X ω 为 ω 的实偶对称函数。
5
1-5 设有一组合信号，有频率分别为 724Hz， 44 Hz，500 Hz，600 Hz 的同相正弦波叠加而 成，求该信号的周期。
答：在时域范围内，实现不失真的条件是：输出信号 y t 与输入信号 x t 相比，只要是幅
值上扩大 A0 ,时间上滞后 t0 ，即 y t A0x t t0 。
2-6 从频域说明测量系统不失真测量条件是什么? 答：在频域内实现不失真测试的条件即为幅频特性是一条平行于 轴的直线，相频特性
1
在教学环节中安排与本课程相关的必要的实验及习题，学习中学生必须主动积极地参加 实验及完成相应的习题才能受到应有的实验能力的训练，才能在潜移默化中获得关于动态测 试工作的比较完整的概念，也只有这样，才能初步具有处理实际测试工作的能力。
2
思考题与习题
1-1 信号的分哪几类以及特点是什么？ 答：按信号随时间的变化规律分为确定性信号和分确定性信号，确定信号分为周期信号
则 有 输 出 y1 t ， 且 y1 t
2
2
11
1
cos 10t
《机械工程测试技术》(九)
二、调制的种类
根据载波受调制的参数不同分为： 调幅、调频、调相 a) 调幅(AM)
y(t ) [ A * x (t )]cos(2ft )
b) 调频(FM)
y(t ) A cos(2 [ f 0 x(t )]* t )
c) 调相(PM)
y(t ) A cos(2ft [0 x(t )])
§2－5 实现不失真测试的条件
x(t),y(t) y(t)=A0x(t) 一、不失真的含义
时域：
x(t)
y(t)=A0x(t-t0)
输出y(t)和输入x(t)满足关系： y(t)=A0x(t—t0)
A0、 t0 ——常数。
t0 A(),() A0 －t0
t
频域
A A0 t 0
机械工程测试技术 2章 测试装置基本特性 实现不失真测试的条件 不失真的含义 时域、频域 信号失真 不失真测试动态参数 避免信号失真的措施 4章 信号调理、处理 信号的调制与解调 有关名词与术语 调制的种类 幅度调制与解调 术语 调幅与整流检波 同步调制与解调 ——相敏检波 频率调制 滤波器 滤波器分类 滤波器的串并联 理想滤波器 实际滤波器 应用
二、信号的失真
幅值失真 相位失真
信号的失真
幅值失真：A()不等于常数时所引 起的失真，称为幅值失真； 相位失真：()与之间的非线性 关系所引起的失真，称为相位失真
机械工程测试技术 2章 测试装置基本特性 实现不失真测试的条件 不失真的含义 时域、频域 信号失真 不失真测试动态参数 避免信号失真的措施 4章 信号调理、处理 信号的调制与解调 有关名词与术语 调制的种类 幅度调制与解调 术语 调幅与整流检波 同步调制与解调 ——相敏检波 频率调制 滤波器 滤波器分类 滤波器的串并联 理想滤波器 实际滤波器 应用
机械工程测试技术_课后习题和答案B
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你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。
3-3 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是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、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。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120Ω。
设工作时其应变为1000με，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 =S g ε得∆R =S g ε R =2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA2）I 2=1.5/(R +∆R )=1.5/(120+0.24)≈0.012475A=12.475mA 3）δ=(I 2-I 1)/I 1⨯100%=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：以气隙变化式为例进行分析。
机械工程测试技术
名词解释1.测量:以确定被测物属性量值为目的的全部操作；测试则是具有实验性质的测量，或者可理解为测量和实验的结合。
2.测试:是具有试验性质的测量,或者可理解为测量和试验的结合。
3.测试技术:是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试设备等.4.测试方法：是指在实施测试中所涉及的理论运算方法和实际操作方法。
5.直接测量法:指被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或测试设备进行测量,而不需要对所获取数值进行运算的测量方法。
6.间接测量法：指被测量的数值不能直接由测试设备来获取,而是通过所测量到的数值同被测量间的某种函数关系运算而获得的被测值的测量方法。
7.静态测量:被测值被认为恒定不随时间变化的测量称为静态测量．8.测量系统的静态特性:是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢是测量系统的输入、输出及其关系的特性或技术指标．9.动态测量：被测量值随时间变化的这种测量称为动态测量。
10.测量系统的动态特性:是指测量系统的输出对于快速变化的输入信号的动态响应特性。
11.系统的动态测量误差：测量系统低于动态量的测量过程中，若测量系统的动态响应特性不够理想,则输出信号的波形与输入信号的波形相比就会产生畸变，这种畸变造成的测量误差称为测量系统的动态测量误差.12.确定性信号：能够用明确的数学关系式描述的信号,或者可以用实验的方法以足够的精度重复产生的信号。
13.非确定性信号：又称随机信号。
如果描述随机信号的各种统计特征(如平均值、均方根值、概率密度函数等)不随时间推移而变化，这种信号成为平稳随机信号；反之，如果在不同采样时间内测得的统计参数不能看作常数,则这种信号就称为非平稳随机信号. 14.传感器：是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
15.参数式传感器:将输入的工程参数变化转变为电参数变化的传感器。
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2017至2018学年第二学期
教学日历
课程名称＿机械工程测试技术＿性质＿必修＿＿
总学时48 讲课＿32＿实验14 其它＿＿＿
授课班级＿机电15＿学生人数＿107 ＿＿＿
任课教师＿xx＿＿＿＿＿职称＿副教授＿
所在院(系、部)_机械与储运工程学院_________
系(教研室)主任签字________________________
教材名称：机械工程测试技术第3版作者：熊诗波
出版单位：机械工业出版社出版时间：2013.11
中国石油大学(北京)教务处制
填写说明：
1．每上一次课填写一行，例如：一周上三次课填写三次；
2．教学日历一经制订，不应出现大的变动，但允许主讲教师在完成课程教学大纲规定的教学要求前提下，进行必要的调整，以适应不断出现的新情况。
如有变动，须经课程所属系主任（教研室主任）批准，并报院（系、部）办公室备查。
3．上机、大作业、课堂讨论、外出参观、考试等如占课内学时，在“备注”栏内注明。
4．教学日历由教师自存一份、课程所属系存一份，在每学期开学后第一周内送课程所属院（系、部）办公室并发一份电子版给课程所属院（系、部）办公室；有实验和上机学时的须发一份电子版的给实践科sjk@
5月4号上午3、4节考试！！！
注：1、理论课上课地点：3教104 2、实验课上课地点：中油大厦618。