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电气测试技术课程习题 第 1 章到第 4 章习题 一、填空题 1、测试技术包括 测量 和 试验 两方面.凡需要考察事物的状态、变化和特征等,并要对 它进行 定量 的描述时,都离不开测试工作。 2、按是否直接测定被测量的原则分类， 测试方法分 直接 测量法和 间接 测量法。 3、按测量时是否与被测对象接触的原则分类， 测试方法分 接触式 测量法和 非接触式 测量法。 4、按测量时是否随时间的原则分类， 测试方法分 静态 测量法和 动态 测量法。 5、测量误差一般按其性质分类分为 系统 误差、 随机 误差和 粗大 误差。 6、传感器是测试系统的第一环节,将被测系统或测试过程中需要观测的信息转化为人们 熟悉的各种信号。 7、传感器的基本功能是 检测 信号和信号 转换。 8、传感器的组成按定义一般由 敏感 元件、 变换 元件、信号调理电路 三部分组成。 9、传感器按信号变换特征分类；可分为 结构型 传感器和 物理型 传感器。 10、结构型传感器是依据传感器的 结构参数变化 而实现信号变换的。 11、物理型传感器在实现变换过程中传感器的结构参数基本不变，而仅依靠传感器中原 件内部的 物理 和 化学 性质变化实现传感器功能。 12、按测量原理分类一般包括 电阻式、电感式和电容式三种基本形式，以及由此而派生 出来的其他形式传感器。 13、按传感器的能量转换情况分类可分为能量控制型和能量转换型传感器。 14、传感器所能测量的最大被测量的数值称为测量上限，最小的被测量值称为测量下限， 用它们来表示测量区间称测量范围。 15、在采用直线拟合线性化时输出输入的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差称为 非线性误差 或 线性度，常用相对误差表示。 16、传感器输出的变化量 Y 与引起此变化量 X 之比称为 静态灵敏度（或简答什么是灵 敏度） 17、静态误差（精度）是指传感器在其全量程内任一点的 输出值 与 理论输出值 的偏差 程度。 18、传感器的 动态特性 是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 19、引用误差是指测量的绝对误差与 仪器的满量程 之比。 20、传感器的标定是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用 某种标准器具 对传感器进行标度。 21、标定的基本方法是指利用 标准仪器 产生已知的非电量作为输入量输入到待标定的 传感器中，然后将传感器的 输出量 与输入标准量作比较，获得一系列标准数据或 曲线（也可是传感器的标定的含义）。 22、频域内传感器不失真检测的条件是幅频特性是常数以及相频特性是线性关系。 23、电阻应变片一般是由 敏感栅、 基底、覆盖层、 引线 和 粘合剂 构成。 24、沿应变比轴向的应度 x必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向应变 y也会引起其电阻的相对变化，这种现象称为 横向效应。这种现象的产生和影响与 应变片结构 有关，为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用 箔式 应变片。 25、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度 补偿措施包括 自补偿法、桥路 补偿法 和热敏电阻 补偿法。 26、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的 引线 与 被测试件 之间的电阻值。 27、应变片的选择一般包括 类型 的选择、 材料 的选择、 阻值 的选择和 尺寸 的选择。 28、压阻器件本身受到温度影响后，要 产生 零点温度漂移 和 灵敏度漂移 ，因此，必 须 采用 温度补偿 措施。 29、零点温度漂移是指电桥转换电路中 4 个电阻值不同及它们的 温度系数 不一致而造 成的，一般用 串并联电阻法 来补偿。 30、压阻器件的灵敏度温度漂移是由 压阻系数 随温度变化而引起的，补偿灵敏度漂移， 可采用在电源回路中串联 二极管 的方法，因为它的温度特性为负值。 31、利用导电材料的 电阻率 随本身温度而变化的 温度电阻效应 制成的传感器称为热 电阻式传感器。 32、电位计传感器也称为 变阻器 式传感器，其工作原理是通过改变电位计触头位置实 现将 位移 转化为 电阻 的变化。 二、简答题 1、什么是测试? 与计量有何区别? 2、画出测试系统的组成框图，并 说明各组成部分的作用（P6 ）。 3、何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 4、为什么选用电测仪表时,不仅要考虑它的精度,而且要考虑其量程?用量程为 150V、0.5 级的电压表和量程为 30V、1.5 级的电压表测量 25V 的电压，请问选用哪一个电压表 测量合适？（P19 页第 3 题） 5、传感器是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？P83-84 6、传感器的定义是什么？ 答：传感器是一种以一定的精确度把被测量转化为与之有确定对应关系的，便于应用 的另一种量的测量装置。 7、什么是传感器的静特性？主要技术指标有哪些？ 答：传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时输出与输入关系， 即当出入量是常量或变化极慢时，输出与输入关系。 衡量传感器静特性的主要技术指标有线性度、测量范围和量程、重复性、 迟滞灵敏度、 精度、分辨率、稳定性和漂移等。 8、精密度的定义是什么? 答:精密度是指传感器输出值的分散性,即对某一稳定的被测量,由同一测量者,用同一 传感器,在相当短的时间内,连续重复测量多次,其测量结果的分散程度。 9、简述对传感器弹性敏感元件材料的基本要求是什么？（P88 下） 对弹性敏感元件的基本要求有： （1）弹性极限和强度高； （2）弹性滞后和弹性后效小； （3）弹性模量的温度系数要小且稳定； （4）线膨胀系数要小且稳定； （5）具有良好的机械加工和热处理性能； （6）具有高的抗氧化性、耐腐蚀性、 绝缘等性能。 10、简述电阻应变式传感器的工作原理。 （P103 页第一段） 答: 电阻应变式传感器由弹性敏感元件和电阻应变片组成。当弹性敏感元件受到被 测量作用时，将产生位移、应力和应变，则粘贴在弹 性敏感元件上的电阻应变片将应 变转换成电阻的变化。这样，通 过测量电阻应变片的电阻值变化，从而确定被 测量的 大小。 11、金属导体应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？ 答：对于金属应变片，电阻值的变化是主要由机械变形而产生的电阻应变效应，电阻 率几乎不变化； 而对半导体应变片，电阻值的变化主要是由电阻材料受到载荷作用产生应力时电阻 率发生变化引起的。 12、电阻应变片产生温度误差的原因有哪些，怎 样消除误差？（P114 P115） （1）、敏感栅的电阻值随温度的变化而改变，即 电阻温度效应； （2）、敏感栅和试件线膨胀系数不同而产生的电阻变化。 详见 P114P115 13、什么是电阻应变片的横向效应？（P106 中间） 答：将直的电阻丝绕成栅状以后，即使在长度相同，应变状态也相同的条件下，由于 栅状电阻丝的横向绕制部分感受被测点的横向应变，因此电阻丝总的电阻变化将会 受到横向变形的影响，这种现象称为应变片的横向效应。 14、什么是压阻效应？（P105） 答：d 是电阻丝受到应力作用而引起电阻率的变化，即压阻效应。 三、计算题 1、对某量进行了 15 次重复测量， 测量的数据为： 20.42,20.43,20.40,20.43,20.42,20.43,20.39,20.30,20.40,20.43,20.42,20.41,20.39,20.39,20. 40。是判定数据中是否存在粗大误差（P=99%）。 （P15 页例 1-1） 2、两金属应变片 R1 和 R2 阻值均为 120，灵敏度系数 K=2，两应变片一片受拉另一片 受压，应变均为 1000 ，两者接入直流电桥组成半 桥双臂工作电桥， 电源电压 U=5V； 求（1）R 和 RR;(2)电桥的输出电压。 R4312U0 第 5 章到第 8 章习题 一、填空题 1、电容式传感器是将被测量的变化转换为 电容量 变化的传感器，包括 变极距型 ，变面积型 和 变介质常数型 三类。 2、变极距式电容传感器的电容变化量是 C 与极距的变化量是 之间不是 线性 关 系，但当 时，可以认为 C 与 间是 线 性 关系， 这种类型的传感器一般 用来测量 微小变化 的量。 3、为了改善变极距式电容传感器的非线性，可以采用 差动形式 ，并使 输出为电容之 差，这种形式不仅可以改善非线性， 灵敏系数 也提高一倍。 4、变面积型和变介质常数型（测厚除外）电容传感器具有很好的线性，但它们的结论都 是在忽略了 边缘效应 下得到的。 5、电容式传感器的测量电路有 电桥 电路、运算放大器式 电路、 调频 电路和 差动脉 冲宽度调制 电路。 6、边缘效应不仅使电容传感器的 灵敏度 降低，而且产生 非线性 ，因此应尽量消除或 减小边缘效应。 7、当自感式传感器结构和材料确定后，电感 L 为气隙截面积 S 及空气隙长度 的函数。 S 固定，可以构成 变气隙型 电感传感器； 固定，可以构成 变面积 电感传感器。 8、变气隙型电感传感器灵敏度 高 ，非线性 严重 ，量程 较小 。变面积型电感 传感器的灵敏度 较低 ，线性性能 良好 ，量程 较大 。螺管型电感传感器的 灵敏度 最低 ，但量程 大 ，线性性能 良好 。 9、差动电感传感器的结构要求是：两个导磁体的几何尺寸 完全相同 ，材料性能 完 全相同 ，两个线圈的电气参数和几何尺寸 完全相同 。 10、差动式余单线圈的电感式传感器相比，具有 线性 好 ，灵敏度 提高 1 倍 和测 量精度 高 的优点。 11、 交流电桥 是电感传感器的主要转换电路。 12、交流电桥平衡的条件是： 相对桥臂阻抗之模的乘积影响等且他们的阻抗角之和也 必须相等 。 13、涡流传感器是基于涡流效应， 涡流大小与导体的 电阻率 ，导磁率 ，导体厚 度 t 以及 线圈与导体之间的距离 x 等参数有关。改变 线圈与导体间的距离 x 可以做成测量位移，厚度，振动的传感器；改变导体的 电阻率 可以做成测量表 面温度，检测材质的传感器，改 变导体的 导磁率 可以做成测量应力，硬度的传 感器，同时改变 x， ，可以对导体进行探伤。 14、压电效应是当某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生 极化现象 ， 同时在某两个表面上产生大小 相等 符号 相反 的电荷；当外力去掉后，又恢复 到 不带电 状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着 改变 ，晶体受力产 生的电荷量与外力大小成 正比 。这种现象叫压电效应。 15、对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生 机械变形 ；当外电场撤去后，该变形 也随之消失，这种现象叫 逆压电效应 ，也称作电伸缩效应。 16、压电式传感器既可等效为 电荷源 ，又可等效为 电容器 ，其等效电路可认为 是二者的并联，也可认为是一个 电压源 和一个 电容器 的串联。 17、压电材料可分为三大类： 压电晶体、 压电陶瓷 和 新型压电材料。 18、压电半导体既有 压电 特性，又有 半导体 特性。因此既可用其 压电性 研 制传感器，有可用其 半导体特性 制作电子器件也可将二者结合，研制转换元件 和电子线路于一体的新型压电传感器测试系统。 19、压电传感器的变换电路主要形式有 电压 放大器和 电荷 放大器。 二、简答题 1、什么是电涡流效应？ 答：根据电磁感应原理，当金属导体置于变化着的磁场中或在磁场中做切割磁力线运 动时，导体内就会产生成涡旋状的感应电流， 这一现象称为电涡流效应。 2、电容式传感器的优点和主要缺点是什么？ 答：电容式传感器具有以下优点：1）温度稳定性好 2）结构简单适应性强 3)动态响应好， 可实现非接触测量；具有平均效应 其主要缺点：输出阻抗高，负载能力差，寄生 电容影响大，输出特性非线性。 3、什么是压电效应？压电材料分为哪几种？ 答：压电效应是当某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同 时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到