工程测试的技术复习内容.docx

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工程测试的技术复习内容

总复习

本课程基本任务是学习各种几何量、机械量的测量原理、测量方法和测试系统的构成，培养学生掌握常见物理量检测的方法和仪器工作原理，具备根据具体测试对象、测试要求、测试环境选择合适测量原理和测量方法的能力，具备设计简单测试系统的能力。

为后续课程的学习，从事工程技术工作打下坚实的理论基础。

✧课程的教学内容与基本要求

（一）检测技术基础

1检测方法和检测误差概述

2检测装置的基本特性

3常用传感器

4信号及其描述

教学的重点与难点

（1）熟悉检测方法的分类。

（2）熟练掌握测装置的静态特性；不失真测试的条件；传感器的选用原则。

（3）掌握周期信号与离散频谱。

（4）熟悉随机信号的主要特征参数。

（二）几何量误差检测

1零件的几何量误差

2尺寸误差的测量

3角度的测量

4直线度误差的测量

5圆度误差的测量

6同轴度误差的测量

7跳动误差的测量

教学的重点与难点

（1）掌握角度的测量，直线度误差的测量，圆度误差的测量，同轴度误差的测量，表面粗糙度的测量

（2）了解跳动误差的测量。

（三）应变和力的测试

1应变的测试

2力的测试

3扭矩的测量

教学的重点与难点

（1）掌握机械工程中常用的测力传感器。

（2）掌握扭矩的测量方法。

（四）位移的测量

1常用位移传感器及测量电路

2位移测量实例

教学的重点与难点

（1）掌握常见位移传感器及测量电路。

（五）机械振动的测试

1测振传感器

2振动的激励和激振器

教学的重点与难点

（1）熟悉常见测振传感器。

（2）了解振动的激励

（六）运动速度和转速的测量

1运动速度的测量

2转速的测量

教学的重点与难点

（1）熟悉运动速度的测量方法。

（2）掌握常用的测速方法。

（七）压力与流量的测量

1压力的表示方法及单位

2压力传感器

3压力测量仪表的选择和使用

4流量的测量

教学的重点与难点

（1）掌握压力的表示方法及单位。

（2）熟悉压力传感器。

（3）熟悉流量的测量。

（八）其他物理量的测量

1温度的测量

2无损检测技术

教学的重点与难点

（1）掌握常用的温度传感器。

（2）理解无损检测的方法。

✧复习题（A）

一、填空

1.常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。

其工作原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。

2.压电式测力传感器的工作原理是基于压电效应，它的敏感元件多采用石英晶体。

3.确定性信号可分为周期信号和非周期信号。

非周期信号可分为准周期信号和瞬变信号。

4.形状误差是被测实际要素对其理想要素的变动量，而理想要素的位置应符合最小条件。

如果被测实际要素与其理想要素相比较能完全重合，表示形状误差为零。

5.热电阻温度传感器的工作原理是基于金属的热电阻效应，即金属的电阻率随温度的变化而变化。

6.示值范围为0～150V的电压表，当其示值为100.0V时，测得电压实际值为99.4V，则该电压表的引用误差为0.4%。

7.根据测量误差的特征，可将误差分为三类：

系统误差、随机误差和粗大误差。

8.涡流式传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡流效应；涡流式传感器的工作对象必须是金属导体。

9.检测装置中，要实现不失真测试，即要求输出波形与输入波形精确的一致，测试装置的频率响应特性应分别满足A（ｗ）=A0=常数和φ（ｗ）=-t0ｗ。

10.使用分度值为0.02mm/1000mm的水平仪，桥板节距为200mm，水平仪读数值为5格，则以线性值表示的误差值f为20μm。

二、选择

1.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为（C）的输出。

A.电阻B.电容C.电压D.电感

2.通常采用的压力敏感元件有（D）。

A.柱形弹性元件B.环形弹性元件

C.梁形弹性元件D.波登管

3.压电式加速度传感器是（Ｄ）信号的传感器。

A.适于测量任意B.适于测量直流

C.适于测量缓变D.适于测量动态

4.用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可（Ａ）。

A.增加锤头硬度B.增加敲击力

C.增大锤重D.减小冲击力

5.选择二阶装置的阻尼比ξ=0.6～0.8，其目的是（Ｂ）。

A.阻抗匹配B.接近不失真条件

C.减小输出量D.增大输出量

三、名词解释

1.导体的热电效应.：

把两种不同材料的导体两端相连组成闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

如果在回路中接入一个毫安表，则表头指针会发生偏转，这种现象称为热电效应

2.霍尔效应：

在置于磁场中的导体或半导体里通入电流，若电流于磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电位差，这种现象称为霍尔效应。

3.光或声的多普勒效应:

当波源或观察者相对于介质运动时，观察者所接收到的波的频率不同于波源的频率，这种现象称为光或声的多普勒效应。

4.逆压电效应:

将某些单晶体或多晶体陶瓷置于电场中，其几何尺寸将发生变化，外电场消失，变形也随之消失，这种由于外电场作用导致物质产生机械变形的现象，称为逆压电效应。

5.圆度误差:

圆度误差是实际被测圆轮廓对所选定的基准圆圆心的最大半径差。

四、简答题

1.周期信号频谱的特点是什么？

答：

周期信号频谱的特点：

1）离散性。

2）谐波性。

每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，不存在非整数倍的频率分量。

3）衰减性。

各频率分量的谱线高度与对应谐波的振幅成正比。

工程中常见的周期信号，其谐波幅度总趋势是随谐波次数的增高而减小的。

2.压力的定义是什么？

什么叫绝对压力？

什么叫相对压力？

在国际单位制（SI）中压力的单位是什么？

答：

压力的定义是流体介质在单位面积上的作用力。

绝对压力以绝对零值（绝对真空）为基准的压力。

相对压力或称表压力，是以地方大气压为基准的压力。

在国际单位制（SI）中压力的单位为帕（Pa）。

3.精度的定义是什么？

如何区分精密度、准确度和精确度。

答：

测量结果与真值接近的程度称为精度。

精密度、准确度和精确度的区别：

精密度表示测量结果中随机误差的大小程度，既在一定条件下多次重复测量时，所得结果彼此之间的符合程度。

准确度反映测量结果中系统误差的大小程度。

精确度反映系统误差与随机误差的综合，即测量结果与真值的一致程度。

五、计算题

1.用一支镍铬—镍铝热电偶测炉温。

其热电动势EAB（t，20℃）=18.140mV，参考端温度为20℃，问热电偶热端温度是多少？

[已知EAB（20℃，0）=0.798mV，EAB（450℃，0）=18.513mV，EAB（460℃，0）=18.938mV，EAB（470℃，0）=19.363mV]

2.用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期为1s、3s和4s的正弦信号，问幅值误差将是多少？

复习题（A）

一、填空题（每题2分，共20分）

1.箔式；应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化

2.压电效应；石英晶体

3.周期信号；准周期信号

4.最小；零

5.金属的热电阻效应；温度

6.0.4%

7.随机误差；粗大误差

8.涡流效应；金属导体

9.A（ｗ）=A0=常数；φ（ｗ）=-t0ｗ

10.20

二、选择题（每题2分，共10分）

1．C2．D3．D4．A5．B

三、名词解释（每题4分，共20分）

1.答：

把两种不同材料的导体两端相连组成闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

如果在回路中接入一个毫安表，则表头指针会发生偏转，这种现象称为热电效应。

2.答：

在置于磁场中的导体或半导体里通入电流，若电流于磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电位差，这种现象称为霍尔效应。

3.答：

当波源或观察者相对于介质运动时，观察者所接收到的波的频率不同于波源的频率，这种现象称为光或声的多普勒效应。

4.答：

将某些单晶体或多晶体陶瓷置于电场中，其几何尺寸将发生变化，外电场

消失，变形也随之消失，这种由于外电场作用导致物质产生机械变形的现象，称为逆压电效应。

5.答：

圆度误差是实际被测圆轮廓对所选定的基准圆圆心的最大半径差。

四、简答题（每题8分，共24分）

1．答：

周期信号频谱的特点：

1）离散性。

2）谐波性。

每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，不存在非整数倍的频率分量。

3）衰减性。

各频率分量的谱线高度与对应谐波的振幅成正比。

工程中常见的周期信号，其谐波幅度总趋势是随谐波次数的增高而减小的。

2．答：

压力的定义是流体介质在单位面积上的作用力。

绝对压力以绝对零值（绝对真空）为基准的压力。

相对压力或称表压力，是以地方大气压为基准的压力。

在国际单位制（SI）中压力的单位为帕（Pa）。

3．答：

测量结果与真值接近的程度称为精度。

精密度、准确度和精确度的区别：

精密度表示测量结果中随机误差的大小程度，既在一定条件下多次重复测量时，所得结果彼此之间的符合程度。

准确度反映测量结果中系统误差的大小程度。

精确度反映系统误差与随机误差的综合，即测量结果与真值的一致程度。

五、计算题（8+8+10，共26分）

1．解：

由中间温度定律得：

EAB（t，0℃）=EAB（t，20℃）+EAB（20℃，0）=18.140mV+0.798mV

=18.938mV

而EAB（460℃，0）=18.938mV

所以，热电偶热端温度是460℃。

2.解：

当周期为T=1s时

1-Ｘ.ＸＸ＝?

当周期为T=3s时，带入下列公式，原先的数据是错的

1-Ｘ.ＸＸ＝?

当周期为T=4s时，带入下列公式，原先的数据是错的

1-Ｘ.ＸＸ＝?

复习题（B）

一、填空

1.用某仪器测量某信号时的信噪比为60dB，此时表示信号电压与干扰电压之比（Vs/Vn）为１０００。

2.传感器一般由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成。

3.信号按其变化规律可分为确定性信号和随机信号两大类。

非确定性信号可分为平稳随机信号和非平稳随机信号。

4.使用分度值为0.01mm/m的水平仪，桥板节距为200mm，水平仪读数值为11格，则以线性值表示的误差值f为２２μm。

5.现代工业对齿轮传动的精度要求可归纳为四项：

传递运动准确性，传动平稳性，

承载均匀性，传动侧隙。

6.金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：

前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。

7.电感式传感器可分为自感式和互感式两大类。

互感式传感器是利用变压器原理。

8.电容式传感器有三种基本形式，即变极距型、变面积型和变介电常数型。

9.磁电式速度传感器有绝对式和相对式两种，前者测量被测对象的绝对振动速度，

后者测量两个运动部件之间的相对振动速度。

10.热敏电阻温度传感器的工作原理是基于半导体的热电阻效应。

二、判断题

1.在任何一次测量中，系统误差和随机误差一般都同时存在的，而且它们之间并不存在严格的界限，在一定条件下还可以互相转化。

（√）

2.用脉冲锤激振时，为了获得较宽的激振频率，可增加敲击力。

（×）

3.交流电桥可以将电阻、电容、电感参量的变化转换成电压或电流的变化。

（√）

4.压电式加速度传感器既可测量静态量，也测量动态量。

（×）

5.一种均质材料可以形成热电偶的，它形成的闭合回路有热电现象。

（×）

三、名词解释

1.角度测量的“封闭原则”

.答：

测角中要遵守封闭准则。

一个圆当是360°，圆分度首尾相接，其间距误差fi的总和为零。

一个四边形内角之和为360°，一个三角形三个内角之和为180°。

如果测量结果不符合上述的封闭条件，就应当进行必要的数据处理。

2.正压电效应

答：

当某些单晶体或多晶体陶瓷在一定方向上受到外力作用而发生变形，在某两个对应的晶体面上，会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，电荷也消失：

作用力改变方向时，电荷的极性也随之改变，这种现象称为正压电效应。

3.发光二极管

答：

发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件，简称LED

4.脉冲激振

答：

脉冲激振又称锤击法。

通常用一个带有力传感器的脉冲锤敲击被激对象，同时测量激励和响应。

5.形状误差平定原则中的“最小条件”指的是什么？

答：

形状误差平定原则中的“最小条件”指的是被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小

四、简答题

1.扭矩测量的一般方法有那些？

答：

扭矩测量的一般方法有：

1）反作用力矩测量法。

2）通过测量扭力轴变形扭转角来测量扭矩的方法。

3）通过测量扭力轴应变来测量扭矩的方法。

2.测量误差的主要来源有那些？

答：

测量误差的主要来源有：

基准件误差，测量装置误差，方法误差，环境误差和人员误差等。

3.测量器具的选择原则？

答：

为了保证被测零件的质量，提高测量精度，应综合考虑测量器具的技术指标和经济指标，具体有如下两点：

1）按被测工件的外形、部位、尺寸的大小及被测参数特性来选择测量器具，使选择的测量器具的测量范围满足被测工件的要求。

2）按被测工件的公差来选择测量器具

五、计算题

1.铂铑30—铂热电偶的E（1084.5，0）=13.697mV，而铂铑6—铂热电偶的E*（1084.5，0）=8.354mV，则当以铂铑30和铂铑6组成热电偶时，在相应温度下的热电势值是多少？

解：

由参考电极定律得：

当以铂铑30和铂铑6组成热电偶时，在相应温度下的热电势值EAB（T，T0）为：

EAB（T，T0）=E（1084.5，0）-E*（1084.5，0）=13.697-8.354=5.343mV

2.对于铂电阻温度计来说，在0℃~650℃的温度范围内，温度为t时的铂热电阻Rt值可用式R=R0（1+At+Bt2）Ω来表示，如果铂的电阻值在0℃、100℃、400℃时分别为25.0Ω、34.6Ω、61.68Ω，写出电阻与温度的关系式。

.解：

由题中已知条件得：

R100=R0（1+At+Bt2）=25.0（1+A100+B1002）=34.6

R400=R0（1+At+Bt2）=25.0（1+A400+B4002）=61.68

由①②两式联立求解得：

A=3.897×10-3B=-5.733×10-7

所以，Rt=25.0（1+3.897×10-3t-5.733×10-7t2）Ω

复习题（B）

一、填空题（每题2分，共20分）

1.1000

2.敏感元件；传感元件

3.确定性信号；非平稳随机信号

4.22

5.传动平稳性；承载均匀性

6.导体形变引起电阻的变化；半导体电阻率变化引起电阻变化

7.自感式；变压器

8.变面积；变介电常数

9.绝对振动速度；相对振动速度。

10.半导体的热电阻效应。

二、判断题（每题2分，共10分）

1、√2、×3、√4、×5、×

三、名词解释（每题4分，共20分）

1.答：

测角中要遵守封闭准则。

一个圆当是360°，圆分度首尾相接，其间距误差fi的总和为零。

一个四边形内角之和为360°，一个三角形三个内角之和为180°。

如果测量结果不符合上述的封闭条件，就应当进行必要的数据处理。

2.答：

当某些单晶体或多晶体陶瓷在一定方向上受到外力作用而发生变形，在某两个对应的晶体面上，会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，电荷也消失：

作用力改变方向时，电荷的极性也随之改变，这种现象称为正压电效应。

3.答：

发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件，简称LED。

4.答：

脉冲激振又称锤击法。

通常用一个带有力传感器的脉冲锤敲击被激对象，同时测量激励和响应。

5.答：

形状误差平定原则中的“最小条件”指的是被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。

四、简答题（每题8分，共24分）

1．答：

扭矩测量的一般方法有：

1）反作用力矩测量法。

2）通过测量扭力轴变形扭转角来测量扭矩的方法。

3）通过测量扭力轴应变来测量扭矩的方法。

2．答：

测量误差的主要来源有：

基准件误差，测量装置误差，方法误差，环境误差和人员误差等。

3．答：

为了保证被测零件的质量，提高测量精度，应综合考虑测量器具的技术指标和经济指标，具体有如下两点：

1）按被测工件的外形、部位、尺寸的大小及被测参数特性来选择测量器具，使选择的测量器具的测量范围满足被测工件的要求。

2）按被测工件的公差来选择测量器具。

五、计算题（6+10+10，共26分）

1．解：

由参考电极定律得：

当以铂铑30和铂铑6组成热电偶时，在相应温度下的热电势值EAB（T，T0）为：

EAB（T，T0）=E（1084.5，0）-E*（1084.5，0）=13.697-8.354=5.343mV

2.解：

由题中已知条件得：

R100=R0（1+At+Bt2）=25.0（1+A100+B1002）=34.6

R400=R0（1+At+Bt2）=25.0（1+A400+B4002）=61.68

由①②两式联立求解得：

A=3.897×10-3B=-5.733×10-7

所以，Rt=25.0（1+3.897×10-3t-5.733×10-7t2）Ω