习题解答68252Word文档格式.docx
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（2）当应变片的应变为
习题4．有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。
试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？
说明为什么？
1）
半桥双臂各串联一片。
2）半桥双臂各并联一片。
（1）未增加电阻应变片时，半桥双臂的灵敏度为：
当半桥双臂各串联一片时：
简化电路，设
时，计算得：
，所以不能提高灵敏度。
（2）当半桥双臂各并联一片时：
，所以也不能提高灵敏度。
习题5.
用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为
如果电桥激励电压是
求此电桥输出信号的频谱。
（1）电桥输出电压
，其中
为电阻应变片的灵敏度，
所以得：
因为：
所以：
（2）
4．已知调幅波
其中
，
试求：
1）所包含的各分量的频率及幅值；
2）绘出调制信号与调幅波的频谱。
1）各分量频率及幅值为：
2）调制信号频谱图：
调幅波的频谱图：
习题6．
图为利用乘法器组成的调幅解调系统的方框图。
设载波信号是频率为
的正弦波，
各环节输出信号的时域波形；
2）各环节输出信号的频谱图。
（1）原信号时域波形：
，频谱图：
（2）第一次乘法运算后时域波形：
（3）第二次乘法运算后频谱图：
低通处理后时域波形：
（幅值为原信号的一半），频谱图：
6．
交流应变电桥的输出电压是一个调幅波。
设供桥电压为
，电阻变化量为
试求电桥输出电压
的频谱。
（2）因为
，所以：
习题8．
一个信号具有
从到
范围的频率成分，若对此信号进行调幅，试求：
调幅波的带宽将是多少？
2）
若载波频率为
，在调幅波中将出现那些频率成分。
（1）调波带宽为500-100=400Hz。
（2）调幅波频率成份为10100~10500Hz以及－9900~－9500Hz。
习题9．
选择一个正确的答案：
将两个中心频率相同的滤波器串联，可以达到：
a）扩大分析频带；
b）滤波器选择性变好，但相移增加；
c）幅频、相频特性都得到改善
b）
习题10．
什么是滤波器的分辨力？
与那些因素有关？
滤波器的分辨力是指滤波器有效的辨别紧密相邻量值的能力。
滤波器的分辨力与滤波器的带宽有关，通常越窄则分辨率越高。
习题11．
设一带通滤波器的下截止频率为
，上截止频率为
，中心频率为
，试指出下列技术中的正确与错误。
频程滤波器
2）
3）滤波器的截止频率就是此通频带的幅值
处的频率。
4）下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是
倍频程滤波器的中心频率的
倍。
1）错误：
式中n称为倍频程数。
当n=1称为倍频程滤波器；
若n=1/3称为1/3倍频程滤波器。
3）
4）
.根据
（1）式中的公式推导。
习题12．
有一
倍频程滤波器，其中心频率
，建立时间
求该滤波器：
带宽
上、下截止频率
、
3）
若中心频率改为
，求带宽、上下截止频率和建立时间。
解:
1）
=115.78Hz
=445.45Hz
=561.23Hz
3）
=46.31Hz
=178.18Hz
=224.49Hz
（C是常数）
习题13．
图所示的磁电指示机构和内阻的信号源相连，其转角
和信号源电压
的关系可用二阶微分方程来描述，
即
设其中动圈部件的转动惯量
为
，弹簧刚度为
，线圈匝数
，线圈横截面积
，线圈内阻
，磁通密度
和信号内阻
1）试求该系统的静态灵敏度。
2）为了得到0.7的阻尼比，必须把多大的电阻附加在电路中？
改进后系统的灵敏度为多少？
图:
动圈式磁电指示机构
习题14．
设有一低通滤波器，其带宽为
问如何与磁带纪录仪配合使用，使其分别当作带宽为
和
的低通滤波器使用？
（1）把记录磁带慢录快放即使时间尺度压缩，这样所得到信号频带就可以加宽;
（2）同理，把记录磁带快录慢放即使时间尺度伸长，这样所得到信号频带就可以变窄，所以，只要改变磁带的时间尺度，就可以实现上面要求。
习题17:
一个4位逐次逼近式A/D转换器，分辨率为0.05V，若模拟输入电压为0.68V，试求其数字输出量的数值。
（1）掌握转换及逐次逼近式转换器的量化原理。
参考电压：
VREF=0.05*24=0.8V
数字输出量的数值：
Dn=int（0.68/0.8*24）＝14
其数字输出量的数值14
习题18:
简述虚拟仪器与网络化测试仪器的相同点。
（1）掌握虚拟仪器与网络化测试仪器的特点。
从起源而言，二者都是一种基于计算机的自动化测试仪器系统，是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示。
（2）从系统组成来看，二者都由计算机硬件平台和软件支持共同构成的。
（3）从发展趋势而言，随着计算机网络技术、多媒体技术、分布式技术等的飞速发展，融合了计算机技术的的技术，其内容更加丰富，应用更为广泛。
习题19．
一个6位逐次逼近式A/D转换器，分辨率为0.05V，若模拟输入电压为2.2V，试求其数字输出量的数值。
（1）参考电压：
VREF=0.05*26=3.2V
（2）数字输出量的数值：
Dn=int（2.2/3.2*26）＝44
习题20．
如果要求一个D/A转换器能分辨5mV的电压，设其满量程电压为10V，试问其输入端数字量至少要多少位？
（1）由分辨率的表示方法及定义，且其满量程为10V,所以：
10/2n<
0.005V
（2）解得：
n≥11
即其输入端数字量至少要11位。
习题22．
简要说明计算机测试系统各组成环节的主要功能及其技术要求。
答：
计算机测试系统的主要组成部分包括：
（1）传感器：
其功能为利用转换功能，将外界信号变换为可直接测量的信号。
要求其具有可靠性（在规定的使用条件和期限内保持其计量性能的能力），选择性（输出不受任何非被测量的影响），超然性（不影响被测系统原来状态的能力）。
（2）测量电路：
其功能为将传感器输出的信号进行再次变换、放大、衰减、滤波、调制和解调等，使它们成为便于显示、记录或进行数据处理的信号。
（4）输入接口（A/D）：
将经过处理的模拟量转换为数字量后输入微机。
其技术要求包括：
分辨率、精度、线性和量化误差等。
（5）计算机（测试软件）：
其功能为执行以测试为目的的算法程序后，得到与被测参数相对应的测试结果，或者形成相应的决策和判断。
（智能测试）
（6）输出接口（D/A）：
其功能为将微机处理后的数字信号转换为模拟量后输出，还可输出数字量、开关量。
其技术要求包括分辨率、单值性、精度等。
（7）指示仪表、记录仪表、报警控制装置：
其功能为根据输出的信号进行判断、分析、显示、报警或反馈控制被测过程。
习题23：
测量某车间的噪声。
有4小时中心声级为90dB（A），有3小时中心声级为100dB（A），有1小时中心声级为110dB（A），计算一天内等效连续声级。
（1）掌握等效连续声级的意义，根据其函数表达式计算。
函数表达式:
TnR—第n段声级,.
的总暴露时间；
T—总暴露时间（分）。
（2）查中心声级与暴露时间表。
表9-4中心声级与暴露时间
n（段）
1
2
3
4
5
6
7
9
中心声级Ln[dB（A）]
80
85
90
95
100
105
110
115
暴露时间Tn（分）
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
（3）将测量的数据代入上式
车间等效声级为：
习题25.如题图10.1所示，在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。
试分析各应变片感受的应变，将其值填写在应变表中。
并分析如何组桥才能进行下述测试：
（1）只测弯矩，消除拉应力的影响；
（2）只测拉力，消除弯矩的影响。
电桥输出各为多少？
（1）组桥如题图10.1-1。
设构件上表面因弯矩产生的应变为ε，材料的泊松比为μ，供桥电压为u0，应变片的灵敏度系数为K。
各应变片感受的弯应变如题表10.1-1。
题表10.1-1
R1
R2
R3
R4
-με
ε
-ε
με
由式10.3可得输出电压
其输出应变值为
（2）
组桥如题图10.1-2。
设构件上表面因拉力产生的应变为ε，其余变量同
（1）的设定。
各应变片感受的应变如题表10.1-2。
题表10.1-2
由式10.3可得输出电压
其输出应变值为
3.用YD－15型动态应变仪测量钢柱的动应力，测量系统如题图10.3所示，若R1=R2=120Ω，圆柱轴向应变为220με，μ=0.3，应变仪外接负载为Rfz=16Ω，试选择应变仪衰减档，并计算其输出电流大小。
（YD－15型动态应变仪的参数参见题表10.3-1和10.3-2。
）
题表10.3-1YD-15应变仪衰减档位
衰减档位置
10
30
衰减档总电阻（Ω）
600
衰减档用电阻（Ω）
200
60
20
信号衰减比（％）
33
3.3
量程（με）
±
100
300
1000
3000
10000
题表10.3-2YD-15应变仪输出及灵敏度
匹配电阻（Ω）
12
16
50
输出灵敏度（mA/με）
0.25
0.093
0.025
0.01
10（mV/με）
满量程输出（mA）
25
9.3
2.5
1（V）
（1）由式10.3可得电桥输出应变
（2）由题表10.3-1选衰减档3。
（3）由题表10.3-2可知16Ω负载时的灵敏度为0.093mA/με，于是，输出电流的幅值
I=
.转轴扭矩的测量方法有几种方法？
试述采用应变原理测量转轴扭矩的原理及方法。
（1）扭矩测量方法如下：
测量转轴的应变，例如应变式扭矩测量；
测量转轴两横截面的相对扭转角，例如用磁电感应式、光电感应式传感器测量扭矩；
测量轴材料导磁率的变化，例如采用压磁式传感器测量扭矩。
（2）应变式扭矩测量方法如下：
沿与轴线
方向粘贴应变片，应变计的布置及组桥方式应考虑灵敏度、温度补偿及抵消拉、压及弯曲等非测量因素干扰的要求，如题图10.4-1所示。
若沿与轴线
方向轴的应变值为ε1，则扭矩为
（10.20）
式中E——材料的弹性模量；
μ——材料的泊松比；
Wn——材料的抗扭模量。
对于实心圆轴
（10.21）
图中电桥输出可经拉线式或电刷式集电装置连接到电阻应变仪。
测量前应做扭矩标定。
若应变仪输出应变为ε仪，则
ε1=ε仪/4
2.一等强度梁上、下表面贴有若干参数相同的应变片，如题图10.2所示。
梁材料的泊松比为μ，在力P的作用下，梁的轴向应变为ε，用静态应变仪测量时，如何组桥方能实现下列读数？
例1:
用镍铬--镍硅热电偶测量炉温时，当冷端温度T0=30℃时，测得热电势E（T，T0）=39.17mv，求实际炉温。
step1
（1）掌握热电偶的
中间温度定律。
由T0=30℃查分度表得E（30，0）=1.2mv。
根据中间温度定律得E（T，0）=E（T，30）+E（30，0）=39.17+1.2=40.37（mv）
则查表得炉温T=946℃。
1.接触法测温和非接触法测温各有什么特点？
（1）接触式测温时，由于温度计的感温元件与被测物体相接触，吸收被测物体的热量，往往容易使被测物体的热平衡受到破坏。
所以，对感温元件的结构要求苛刻，这是接触法测温的缺点，因此不适于小物体的温度测量。
（2）非接触法测温时，温度计的感温元件与被测物体有一定的距离，是靠接收被测物体的辐射能实现测温，所以不会破坏被测物体的热平衡状态，具有较好的动态响应。
但非接触测量的精度较低。
表列出了两种测温方法的优缺点。
接触式
非接触式
必要条件
感温元件必须与被测物体相接触。
感温元件与被测物体虽然接触，但后者的温度不变。
感温元件能接收到物体的辐射能。
特点
不适宜热容量小的物体温度测量；
不适宜动态温度测量；
便于多点，集中测量和自动控制。
被测物体温度不变；
适宜动态温度测量；
适宜表面温度测量。
测量范围
适宜1000℃以下的温度测量
适宜高温测量
测温精度
测量范围的1%左右
一般在10℃左右
滞后
较大
较小
2.温标及其传递的主要内容是什么？
（1）通常用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的固定点，并赋予固定点一个确定的温度。
（2）由固定点、测温仪器以及内插公式构成了温标的主要内容。
3.热电偶测温的充要条件？
（1）只有当热电偶的两个电极材料不同，且两个接点的温度也不同时，才会产生电势，热电偶才能进行温度测量。
（2）当热电偶的两个不同的电极材料确定后，热电势便与两个接点温度T、T0有关。
即回路的热电势是两个接点的温度函数之差。
椭圆齿轮流量计的排量q=8×
105mm3/r，若齿轮转速n=80r/h，求每小时流体的排量Q。
（1）掌握
椭圆齿轮流量计的工作原理。
Q=nq=8×
105×
10-9×
80=0.064（m3/h）
例2:
一压差式流量计用孔板作节流元件，节流直径d=7.68cm。
现用其测量直径D=0.15m管路中水的流动，设水流的体积流量Q=50m3/h，水的密度ρ=103Kg/m3，粘度η=10-3Pa，雷诺界限值Rex=105
（1）
说明为什么适用测量流量？
如流量计的流量系数α=0.6，试求其工作压差？
step1step2
（1）掌握差压式流量计的必要条件，会计算雷诺系数。
管中流体的雷诺数：
管中流体的流动为紊流，差压式流量计的流量系数稳定，测量可靠，故可适用于管路中水流的测量。
掌握
压差式流量计的压差与流量的换算关系式。
4．
说明逐次逼近式A/D转换器的工作原理。
试设计一软件模拟该A/D转换器的转换过程。
（1）逐次逼进式A/D转换器是一种反馈比较转换。
将被测的输入电压V与一个推测电压E相比较，根据比较结果大于或小于推测电压的值，使之向输入电压逼进。
（2）具体过程为:
当出现启动脉冲时，移动寄存器和锁存器全清为零，故输出也为零，当第一个时钟到达时，最高位寄存1，经D/A转换后得推测电压E，与输入电压V比较，若V>
E则锁1。
之后移位寄存器右移一位，将当前最高位寄存1，经D/A转换后再比较，V>
E时锁1（否则为0）。
直到移位寄存器右移溢出为止。
此时右移脉冲作为A/D转换结束信号，锁存器的锁存结果即为A/D转换结果。
分析容积式流量计的误差及造成误差的原因。
为了减小误差，测量时应注意什么？
容积式流量计包括椭圆齿轮流量计和腰轮转子流量计。
（1）椭圆齿轮流量计是借助于固定的容积来计量流量的，与流体的流动状态及粘度无关。
但是，粘度变化会引起泄漏量的变化，泄漏过大将影响测量精度。
椭圆齿轮流量计只要保证加工精度，和各运动部件的配合紧密，保证使用中不腐蚀和磨损，便可得到很高的测量精度，一般情况下为0.5～1%，较好时可达0.2%。
值得注意的是，当通过流量计的流量为恒定时，椭圆齿轮在一周的转速是变化的，但每周的平均角速度是不变的。
在椭圆齿轮的短轴与长轴之比为0.5的情况下，转动角速度的脉动率接近0.65。
由于角速度的脉动，测量瞬时转速并不能表示瞬时流量，而只能测量整数圈的平均转速来确定平均流量。
椭圆齿轮流量计的外伸轴一般带有机械计数器，由它的读数便可确定流量计的总流量。
这种流量计同秒表配合，可测出平均流量。
但由于用秒表测量的人为误差大，因此测量精度较低。
现在大多数椭圆齿轮流量计的外伸轴都带有测速发电机或光电测速盘。
再同二次仪表相连，可准确地显示出平均流量和累积流量。
（2）腰轮转子流量计中，两个腰轮转子的加工精度和表面粗糙度要求较高，安装时必须要保证两腰轮轴线的平行度要求。
普通腰轮流量计，随着流量的增大，转子角速度的波动现象较严重，脉冲率约为0.22左右。
对大流量的计量，往往都采用45度角组合腰轮，可大大减小转子角速度的波动，脉冲率可减小到0.027左右。
此种流量计具有结构简单，使用寿命长，适用性强等特点，对于不同粘度的流体，均能够保证精确的计量，一般精度可达
超声波流量计测量速度差的方法有哪几种？
分别说明基本原理。
（1）测定超声波顺、逆流传播速度之差的方法很多，主要有测量在超声波发生器上、下游等距离处接到超声信号的时间差，相位差或频率差等方法。
（2）时差法
设超声波发生器与接收器之间的距离为
，则超声波到达上、下游接收器的传播时间差为
当
》
时
（3）相差法
若超声波发生器发射的是连续正弦波，则上、下游等距离处接收到超声波的相位差为
式中，
为超声波的角频率。
只要能测出时间差
或相位差
，就能求算出流速
，进而求得流量。
（4）频差法
此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差来测量流速。
在上、下游等距离处收到超声波的频率差为
可见，利用频率差测流速时与超声波传播速度
无关，因此工业上常用频率差法。
3.椭圆齿轮流量计的排量
，若齿轮转速
，求每小时流体的排量。
（1）掌握椭圆齿轮流量计的工作原理，会计算其流量。
Q=nq=8×
50=0.04（m3/h）
习题：
例1：
极板间距式电容式传感器，极板半径r=4mm，间隙δ=0.5mm，极板介质为空气，试求其静态灵敏度。
若极板移动，求其电容变化。
step1step2step3
电容式传感器原理，写出电容的表达式。
2）掌握静态灵敏度的概念，列出
电容式传感器灵敏度的计算公式。
（3）带入给定参数计算
Δc=s×
Δδ=2.847×
10-7×
2×
10-3=5.694×
10-10（F）
一电位计式位移传感器及接线图如图所示，变阻器有效长度为L，总电阻Rt=200（W），读数仪表电阻RL=500（W），活动触点位置x=L/5。
求
（1）读数仪表的指示值U0;
（2）指示值的非线性误差;
（3）RL=100（W）时，指示值的非线性误差。
step1step2step3
线性电阻器的电阻分压电路。
用戴维南定律求解，得到
（2）掌握非线性误差的计算方法。
求示值的非线性误差
线性输出电压=
非线性误差=
（3）若RL=100（Ω）r=32（Ω）Uoc=2（V）
实际非线性误差=
应变片的灵敏系数与电阻丝（敏感栅）的灵敏系数有何不同？
为什么？
（1）一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。
（2）原因是：
1）
当应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上时，由于基底和粘结剂的弹性模量与敏感栅的弹性模量之间有差别等原因，弹性体或试件的变形不可能全部均匀地传递到敏感栅。
2）丝栅转角及接线的影响。
金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？
前者利用金属形变引起电阻的变化；
而后者是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。
3.
试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。
（1）不同点：
1）自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；
2）差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感
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