机械工程测试技术基础第三章
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。
s2机械工程测试技术基础课件
– y：输出量；x：输入量；t：时间 – 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。 上 页
2020/3/11
目 录12
二、线性系统及其主要性质
如以x(t)→ y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关 系，则线性时不变系统具有以下一些主要性质。
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入
离散时间系统:输入、输出均为离散函数. 描述系统特征的为差分方程.
c.时变系统与时不变系统: 由系统参数是否随时间而变化决定. 其中，线性时不变系统（线性定常系统）进行分析的理论和
方法最为基础、最成熟，同时其它系统通过某种假设后可近 似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性 定常系统，即可以用常微分方程描述的系统。
§1 概 述
测试是具有试验性质的测量，从客观事物取得相关信 息的过程在此过程中，借助专门设备—测试装置(系统)，设 计相应的实验,采用合适的方法和必要的数学处理方法求得 感兴趣的信息。
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
测试系统是从客观事物中获取有关信息的工具。测试的 目的不同，测试系统复杂程度不同。
实际的测试装范置围内①满只足能线在性较要小求工。作范围内和在一定误差允许 ②很多物理系统是时变的。在工程上，常可
以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。
上页 目录
3、测试系统模型的分类
a. 线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
b.连续时间系统与离散时间系统
连续时间系统:输入、输出均为连续函数. 描述系统特征的为微分方程.
系统满量程输出值A之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，
机械工程测试技术基础教学PPT
#2022
*
测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
*
测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
*
四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
*
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
*
教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
*
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
机械工程测试技术基础课后习题答案
第一章习题一、选择题1.描述周期信号的数学工具是（ ）。
A.相关函数B.傅氏级数C. 傅氏变换D.拉氏变换2. 傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（ ）。
A.相位B.周期C.振幅D.频率3.复杂的信号的周期频谱是（ ）。
A ．离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc 函数4.如果一个信号的频谱是离散的。
则该信号的频率成分是（ ）。
A.有限的B.无限的C.可能是有限的，也可能是无限的5.下列函数表达式中，（ ）是周期信号。
A. 5cos10()0x t ππ ≥⎧= ⎨≤⎩当t 0当t 0 B.()5sin2010cos10)x t t t t ππ=+ (-∞<<+∞ C.()20cos20()at x t e t t π-= -∞<<+∞6.多种信号之和的频谱是（ ）。
A. 离散的B.连续的C.随机性的D.周期性的７.描述非周期信号的数学工具是（ ）。
A.三角函数B.拉氏变换C.傅氏变换D.傅氏级数８.下列信号中，（ ）信号的频谱是连续的。
A.12()sin()sin(3)x t A t B t ωϕωϕ=+++B.()5sin 303sin 50x t t t =+ C.0()sin at x t e t ω-=⋅９.连续非周期信号的频谱是（ ）。
A.离散、周期的B.离散、非周期的C.连续非周期的D.连续周期的10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（ ）。
A.不变B.增加C.减少D.变化不定11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（ ）。
A.扩展B.压缩C.不变D.仅有移项12.已知 ()12sin ,()x t t t ωδ=为单位脉冲函数，则积分()()2x t t dt πδω∞-∞⋅-⎰的函数值为（ ）。
A ．6 B.0 C.12 D.任意值13.如果信号分析设备的通频带比磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度（ ），则也可以满足分析要求。
《机械工程测试技术》第三章PPT课件
. 机械工程测试技术基础
1
第一节 传感器的分类
1、按被测量分类
位
力
温
湿
移
传
度
度
传
感
传
传
感
器
感
感
器
器
器
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
2
机械式
3、按信号变换特征
2、
按
电气式
物性型
结构型
工
作
光学式
4、按能量关系
原
流体式
理
能量转换
能量控制
型(无源)
型(有源)
5、按输出信号：数字式、模拟式
8
第三节 电阻式传感器
电阻式传感器—一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 分类— （一）变阻器式； （二）电阻应变式 一．变阻器式传感器（电位差计式） 定义：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的
变化。 根据电阻公式电阻R 为
R l
A
（3-1）
式中：ρ—电阻率；l—电阻丝长度； A—电阻丝截面积
从式中看出当电阻丝直径和材质一定时，电阻值随导线
长度而变化。
分类：（1）直线位移型 （2）角位移型 （3）非线性型
如图3-5 所示
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
9
R
Δα
α
Δx C x
A
C
B a)
A B
C b)
x
A
B
c)
2020年10月19日星期
图3-5 变阻器式传感器
a) 直线位移型 b) 角位移型
C
c)非线性型
. 机械工程测试技术基础
机械工程测试基础 第三章 传感器
3.3.1 电阻式传感器 R / R Sg E
x
●优点：尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵 敏系数大，输出大，可不需放大器连接，使得测量系 统简化。 ●缺点：电阻值和灵敏系数的温度稳定性差；测 量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变， 且分散度大 。 分析表明，金属丝应变片与半导体应变片工作原 理的主要区别在于：前者利用导体形变引起电阻变化， 后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。
3.1 概述 2)按工作的物理基础分类: 见表3-1：机械式,电气式,光学式,流体式等.
3.1 概述 3)按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
dR d (1 2 ) x R
或
dR / R
x
1 2
d /
x
灵敏系数： 令
Sg dR / R
x
1 2 E , (d / E x )
Sg称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单 位变形时，电阻相对变化量的大小。 显然，sg 越大，单位变形引起的电阻相对变化 量越大。
机械工程测试技术基础
第三章
常用传感器与敏感元件
本章学习要求：
1.掌握传感器的分类方法 2.掌握常用传感器测量原理、 特点及其应用 3.掌握传感器选用原则
第三章 常用传感器与敏感元件
3.1 概述
1. 传感器定义 传感器是直接感受规定的被测量，并能按一定 规律将被测量转换成同种或别种量值输出的装置。 物理量 电量
Rp
xp
机械工程测试技术基础第三版课后习题答案解析
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±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g③(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。
机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集
机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集机械工程测试技术基础(第三版)课后答案全集第一章测试与测量基础知识1. 概述机械工程测试技术是机械工程领域中非常重要的一部分。
它涉及到测量、测试和控制等方面的知识，为机械设计和制造提供了重要的支撑。
本章将介绍测试与测量的基础知识，为后续章节的学习打下基础。
2. 测试与测量的概念测试是指根据一定的方法和程序对被测对象进行实验或观察，并获取数据以评价其性能、特性或状态的过程。
测量是指采用设备、仪器或传感器等工具对被测对象进行定量或定性分析的过程。
3. 测试与测量的分类测试与测量可按照被测量的对象、被测量的量理性质、测试方法等进行分类。
按照被测量的对象可分为机械测试、电气测试、化学测试等。
按照被测量的量理性质可分为温度、压力、力量、速度等。
按照测试方法可分为直接测量和间接测量等。
4. 测量数据的误差与精度在测量过程中，会存在着各种误差，如系统误差、随机误差和人为误差等。
误差的存在会影响到测量结果的准确性和可靠性。
精度是指测量结果与被测量真实值之间的接近程度，可以通过误差精度限制来描述。
5. 测量数据的处理在实际测试过程中，我们往往需要对测量数据进行处理和分析。
常用的方法包括平均值、标准差、方差、相关系数等。
这些方法可以帮助我们更好地理解和利用测量数据。
第二章机械测试技术基础知识1. 概述机械测试技术是机械工程中的一个重要分支，它主要涉及到各种机械性能的测试和测量。
本章将介绍机械测试技术的基础知识，包括机械测试的目的、方法和步骤等。
2. 机械测试的目的机械测试主要是为了评价机械产品的性能和质量，以指导机械设计和制造的改进。
通过对机械产品进行测试，可以了解其强度、刚度、疲劳寿命、噪声等性能指标，为产品的改进提供依据。
3. 机械测试的方法机械测试的方法包括静态测试和动态测试两种。
静态测试是指在静止状态下对机械产品进行测试，如材料的拉伸试验、硬度测试等。
动态测试是指在运动状态下对机械产品进行测试，如振动测试、冲击试验等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
便于处理和传输的信号
人的五官：眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤
视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉
测试 技术
基本效应分类 按构成原理分类
物理型 化学型 生物型
结构型 物性型
按能量关系分类
能量转换型 能量控制型
说明
采用物理效应进行转换 采用化学效应进行转换 采用生物效应进行转换
结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.
例如:电容式和电感式传感器.
电阻式,电容式,电感式,压电式、光电式等.
测试 技术
(3)按传感器的能量传递方式分类:
概
能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.（无源传 感器） 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.
述 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能
述 式压力传感器，则经过压力一膜片弹性变形(位移)一电容变化的转 换过程。此时膜片是一个由机械量一机械量的换能件，由它实现第 一次变换；同时它又与另—极板构成电容器，用来完成第二次转换。 再如电容型伺服式加速度计(也称力反馈式加速度计)，实际上是一 个具有闭环回路的小型测量系统，如图3-2所示。这种传感器较一 般开环式传感器具有更高的精确度和稳定性。
三 章
R l
A
•按工作的原理可分为:
常
电阻应变式
热敏式
用
传
变阻器式
光敏式
感 器
固态压阻式
电敏式
测试 技术
1、电阻应变式传感器--应变片
金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变
电 效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电
阻
阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。
式
传
转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和
转换元件组成(GB766-87)。
常
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从
用 狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信
传 号的器件或装置。
感
器
测试 技术
获得传感器信号的两种方法：直接获得电信号的变
化（开关传感器）；将物理量变换成电信号的变化（水
以转换元件结构参数变化实现信号转换 以转换元件物理特性变化实现信号转换
传感器输出量直接由被测量能量转换而来 传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制
按工作原理分
电阻式 电容式 电感式 压电式 磁电式 热电式 光电式 光纤式
利用电阻参数变化实现信号转换 利用电容参数变化实现信号转换 利用电感参数变化实现信号转换 利用压电效应实现信号转换 利用电磁感应原理实现信号转换 利用热电效应实现信号转换 利用光电效应实现信号转换 利用光纤特性参数变化实现信号转换
量的变化. （有源传感器）例如:电阻应变片.
能量传递型:从某种能量发生器与接受器进行能量传递过 程中实现敏感检测. 例如:超声波发生器和接受器.
测试 技术
(4)按输出信号分类:
模拟式传感器和数字式传感器。
概
需要指出的是，不同情况下，传感器可能只有一个，也可能有几 个换能元件，也可能是一个小型装置。例如，电容式位移传感器是 位移一电容变化的能量控制型传感器，可以直接测量位移。而电容
感
器
测试 技术
1) 工作原理
R 金属应变片的电阻R为
l
A
电 阻
dR R ldl R d R AdA
式
A r2 d A 2 rd r
传 感
dR dl
Rl
d2drr
器
d r r ll ,d E
dR R(12E)
测试
技术 (1) 金属应变片（不变）
d R (1 2 )
测试 技术
概
述
测试 技术
3. 传感器的性能要求
概 • 足够的容量
• 匹配性好，转换灵敏度高 • 精度适当，稳定性高
述 • 反应速度快，工作可靠性高
• 适应性和适用性强
测试 技术
3.2 机械式传感器
第
三
章
机械式传感器应用很广。在测试技术中，常常
以弹性体作为传感器的敏感元件。它的输入量可以
是力、压力、温度等物理量，而输出则为弹性元件
测试 技术
第三章 常用传感器
测
试 技
主要研究内容： 1.了解传感器的分类 2.常用传感器测量原理
术 3.传感器选用
基
础
测试 技术
检测系统： 信号检出
信号处理
信号显示
信号监控
传感器（重要、关键）
一、传感器的作用
传感器 --- 被测信息按照一定的规律转换成某种可用信号输出器件/装置
物理量、化学量、生物量/其他
常
本身的弹性变形(或应变)。这种变形可转变成其他
用
形式的变量。例如被测量可放大而成为仪表指针的 偏转，借助刻度指示出被测量的大小。
传
感
器
测试 技术
第 三 章
常 用 传 感 器
测试 技术
第 1）、机械式指示仪表具有结构简单、可靠、使用方便、
三
价格低廉、读数直观等优点。但弹性变形不宜大，以减 小线性误差。
章
2）、由于放大和指示环节多为机械传动，不仅受间隙 影响，而且、惯性大，固有频率低，只宜用于检测缓变
或静态被测量。（为了提高测量的频率范围，可先用弹
性元件将被测量转换成位移量，然后用其他形式的传感
常
器(如电阻、电容、电涡流式等)将位移量转换成电信号 输出。）
用
3）、弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕 变与承载时间、载荷大小、环境温度等因素有关。而弹
位、压力等）。
概
• 传感器在非电量电测系统中的作用：
一是 敏感作用：
述
感受并拾取被测对象的信号
二是变换作用：
被测信号转换成易于检测和处理的电 信号
测试 技术
2. 传感器的分类
(1)按被测物理量分类:
概
位移传感器,流量传感器,温度传感器等.
(2)按传感器元件的变换原理分类:
述
物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,压电测力计.
传
性后效则与材料应力-松驰和内阻尼等因素有关。都会 影响到输出与输入的线性关系。因此，应用弹性元件时，
感 应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措
器 施来改善上述诸现象产生的影响。
测试 技术
第 三 章
常 用 传 感 器
测试 技术
3.3 电阻式传感器
第 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器
长度、角度、振动、 按输入量分类 位移、压力、温度、
流量、距离、速度等
以被测量命名（即按用途分类）
按输出量分类
模拟式 数字式
输出量为模拟信号（电压、电流、……） 输出量为数字信号（脉冲、编码、……）
测试
技术 3.1 概 述
第 三
1. 传感器(Sensor)定义
章
传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律