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.1何为标定？标定可分为几种类型？静态标定的作用和意义有哪些？答：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。根据标定时输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。作用：（1）确定仪器或测量系统的输入-输出关系，赋予仪器或测量系统分度值。（2）确定仪器或测量系统的静态特性标定。（3）消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度。通过标定，可得到测量系统的响应值yi和激励值xi之间的一一对应关系。2试证明：二阶测量系统当阻尼率为0.7时，输入信号在00.58n的频率范围内，其幅频特性A()的变化不超过5%。答：二阶系统的幅频特性为当阻尼率为0.7时，输入信号在00.58n的频率范围内，其幅频特性A()的变化范围为10.9535。即A()的最大变化率为4.65%，小于5%，命题得证。3欲测量某回路中一标称值为10W1%电阻器的功率损耗P,可采用两种方法进行，一是只测电阻器两端的电压V,然后用公式P=V 2/R计算功率损耗；二是分别测量电阻器两端的电压V和流过电阻器的电流I,由公式P=VI计算电阻器上的功率损耗。估算这两种方案的电功率误差，设V和I的测量结果为V=1001%(V), I=101%(A)。答：4叙述测量系统实现不失真测量的条件。在工程测试技术中如何保证测试系统的测试不失真？答：其幅频和相频特性应分别满足：A()=A0=const ，()=-t0即为实现不失真测试的条件。 对一阶测试系统而言，测试系统的时间常数原则上越小越好。对二阶测试系统而言，其特性曲线中有两段值得注意。一般而言，在（2.53）n范围内()接近180且差值很小，如在实测或数据处理中采用减去固定相位差值或把测试信号反相180的方法，则也可接近于不失真地恢复被测信号波形，若输入信号频率范围在上述两者之间，则系统的频率特性受阻尼比的影响较大，因此需做具体分析。分析表明，越小，测量系统对斜坡输入响应的稳态误差 2/n愈小。但是对阶跃输入的响应，随着的减小，瞬态振荡的次数增多，过调量增大，过渡过程增长。在=0.60.7时，可获得较为合适的综合特性。对于正弦输入来说当=0.60.7时，幅值在比较宽的范围内保持不变。计算表明，当=0.7时，在00.58 n的频率范围中，幅值特性A()的变化不会超过5%，同时在一定程度下可认为在应变式压力-传感电阻应变仪-测量记录仪 |压力标定机应变式压力测量系统组成：应变式测压法适用于在压力作用较长的条件下使用被测压力-压电式压-电荷放大器-测量记录仪力传感器 电压放大器 |压力标定机压电式压力测量系统组成：压电式测压法适合于压力作用时间短的情况。压阻式压力测量系统组成：工作频率DC-100khz，量程从小到大，应考虑静态灵敏度被测压力-压阻式压-电压放大器-测量记录仪力传感器 电阻应变仪 |压力标定机第七、八章作业 1接触式和非接触式测温方法各有何特点？1. 接触式测温接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参效的量值就代表了被测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，响应差、接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。2、非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点。优点：具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，响应可达微秒、纳秒级，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。缺点：受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 4.如何建立温度测试系统？（特点、使用原则）测温系统应有足够的准确度和良好的动态响应使用原则：（1）测温范围的大小和精度要求（2）测温元件的大小适当与否（3）在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求（4）被测对象和环境条件对测温元件是否有损害5.在不同温度范围，如何选取热电偶进行标定设备？答：300以下，采用恒温油浴，与标准水银温度计进行比较；3001300，采用管式电炉，与标准铂铭铂热电偶进行比较；13002000，采用钼丝炉，与一等或二等光学高温计进行比较7.如何正确使用惯性式测振传感器进行振动体的振动测量？当用测振仪测量被测对象的振动时，位移计敏感被测物的振幅 ,而加速度计则敏感被测物的振动加速度的幅值。因此，位移计总是被用来测量低频大振幅的振动，而高频振动则选用加速度计较为合适。根据位移计和加速度计的工作特性和测量范围，可以看出，位移计的频率必须设计得很低，而加速度计的频率则要设计得很高。因此，通常位移计的尺寸和重量较大，而加速度计的尺寸和重量很小。阻尼比的取值对测振仪幅频特性和相频特性都有较大的影响，对位移计和加速度计而言，当取值在0.60.8范围内时，幅频特性曲线有最宽广而平坦的曲线段，此时，相频特性曲线在很宽的范围内也几乎是直线。对于速度计而言，则是阻尼比越大，可测量的频率范围越宽，因此，在选用速度计测量振动速度的响应时，往往使其在很大的过阻尼状态下工作。2 振动传感器的使用 (1)振动传感器使用时要安装在能反映试件或结构整体动态特性的位置上，而不要装在可能产生局部共振的地方。当然，如果需要测量的就是局部共振，则例外。 (2)一般情况下，振动传感器最好直接装在被测系统上而不使用支架。如必须采用安装支架时，支架应有足够的刚度，并且尽可能轻。传感器安装支架的影响可以这样来估计，即把它视为一简单的无阻尼的弹簧质量单自由度系统，在弹簧的一端受到激励。通常要使传感器安装夹具的最低阶共振频率为被测上限频率的10倍。(3)应注意传感器在试件上的固定方式，应按传感器说明书中规定的方法进行安装固定。一般来说，用钢螺栓固定，能获得较好的频率特性，如用其它方式，如永久磁铁吸座、粘接剂、蜡粘或手持方式固定时将会影响频响特性，具体影响程度可通过试验确正。(4)应注意传感器信号输出线及接插件的接触可靠程度，避免由接插件接触不可靠而引起噪声。要注意防止接插件受油垢污染，尤其对高输出阻抗的压电式加速度计应特别注意。 2.2用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s，2s，5s的正弦信号，问幅值误差将是多少？解： 当T=1s时，即，误差为59% 当T=2s时，误差为33% 当T=5s时，误差为8%2.3求周期信号，通过传递函数为的装置后所得到的稳态响应。解： 利用叠加原理及频率保持性解题 ， ， ， ， ， 2.7将信号输入一个传递函数为的一阶装置后，试求其包括瞬态过程在内的输出的表达式。解： ， =2.11某力传感器可以作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其振幅比和相角差各为多少？若该装置的阻尼比可改为，问和又将作何种变化？解： 作频率为400Hz的正弦力测试时 当阻尼比改为时 即阻尼比变化时，二阶振荡系统的输出副值变小，同时相位角也变化剧烈，相位差变大。四、问答题（每小题5分，共25分）1. 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？2. 下图是一种传感器的工作原理图，试问这是何种形式的传感器？用图中符号简述其工作原理。3. 选用传感器时要考虑哪些问题？4. 什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？5. 光电转换元件有哪些优点？由于这些优点使它在工业技术中得到了广泛的应用。五、 计算题（每题10分，共20分）1.用一阶量仪作100Hz正弦信号的测量，如要限制振幅误差在5%以内，则该量仪的时间常数应设计成多大？2.某光线示波器的振动子输入i(t)为单位阶跃，输出如下图所示的衰减振动，试根据图中数据确定该振动子的固有频率及阻尼比。六、 综合题（共10分）一精密高速机床，传动部分由电机、齿轮、滚动轴承等组成，因操作不当产生了振动现象。现要求：（1） 组成一个测量该振动加速度的测试系统（以框图形式表述）（2） 简述传感器的选用原则，（3） 简述框图各组成部分的作用，（4） 简述信号分析时，欲得到信号频谱所采用数字信号处理的具体步骤。七、 任选题（共5分。以下共有3小题，考生任选一题解答，多做则以前一题计分。）1. 采用数字信号处理方法对测试信号进行分析前,必须对所获取的模拟信号进行哪些预处理工作？2. 一磁电式速度传感器的幅频和相频特性如下图所示，其中为该传感器的固有角频率，为被测角频率，其阻尼比为0.7，为了尽量减小测量时的幅值和相位误差，（1）该传感器应工作在什么条件下？（2）f0=10Hz时，其工作最低频率(f)范围应为多少？3. 测量主轴回转误差运动，需使用位移传感器。试根据回转误差运动测量的特定情况（例如：精确度高、量程范围小、不允许与测量零件接触、主轴表面材质不一定均匀等），逐一分析电感式、电容式、电阻式、光栅式、磁栅式的性能，确定它们适用与否。 答案问答题（每小题5分，共25分）1.电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。2.本题图所示为差动变压器式传感器的工作原理图。 测杆P在中间位置时，之间的互感与之间的互感相等，感应电势， 测杆上移后,的互感增大,互感减小,反之。3.选用传感器要考虑（1）灵敏度（2）响应特性（3）线性范围（4）稳定性（5）精确度（6）测量方法4.把缓慢变化的信号变为频率适当的交流信号称为信号调制；把调制过的交流信号还原到原来的信号称为解调。调制的目的是为了便于信号的处理和放大。5.光电转换元件的优点是：灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜。一、 计算题（每小题10分，共20分）1. 一阶量仪的频率响应函数幅频特性，欲误差小于5%，应大于0.95,已知故: 应大于0.95,解得:2.由图可见衰减振动的周期为6.28ms=s 即衰减振动的频率，相应阻尼比与振幅衰减的关系为，图中注明故有，解得衰减振动与无阻尼振动的关系为代入值，得二、 综合题（共10分）（1）被测对象压电加速度计电荷放大器数字信号处理显示记录（2）测量对象为高速、精密机床的振动，其频率较高、振幅不太大，宜采用压电加速计。（3）被测对象产生的振动，其加速度被压电加速度计转换为电信号（电荷），然后被电荷放大器转换为被放大了的电压信号，经过信号的预处理及A/D转换和运算处理后得到处理数据，再经显示记录即可得到测量处理结果。（4）信号预处理采样和量化（A/D转换）确定分析信号的长度T和数据点数N选窗函数（加窗）进行FFT运算，从而得到信号频谱三、 任选题（每题5分）1.（1）如果处理前为调制信号首先要进行解调，如果不是调制信号则不需解调。（2）抗混叠泸波。（3）消除直流分量（当测试信号中不应有直流分量时）。（4）电压幅值处理，使幅值适应于A/D转换器的动态范围2.（1）应工作在的条件下。（2），即。此时幅值误差很小，相位差接近，成为一个反相器。3.针对回转误差运动测量的特定情况：（a）测量精度高（b）量程范围小（c）非接触测量（d）材质不均等。逐一分析对照各传感器性能；（1） 电感式：a、b、c均可满足，d不满足；（2） 电容式：采用极距变化型a、b、c、d各点均能满足；（3） 电阻式：除d以外a b c均不满足；（4） 光栅式：b c不满足；（5） 磁栅式：除d以外a b c均不满足； 经上述分析可知，仅极距变化型电容式传感器适用。（2）简述参数式传感器和发电式传感器的区别，并各举出相应的例子。参数式传感器:从外部供给能量并有被测量控制外部供给能量的变化例如：电阻应变片 发电式传感器：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 (6)说明二阶测量装置的阻尼比的值多采用0.60.7的原因。时域分析：二阶系统对阶跃信号的响应，当=0.6-0.8之间，系统以较短时间进入稳态误差+（2%5%）范围 频域分析：从实现不失真测试的条件出发，当=0.6-0.8之间，可以获得较为合适的综合特性。计算分析表明，当=0.7时，在0-0.058n的频率范围内，幅频特性的变化不超过5%，同时相频特性接近与直线，因而所产生的相位失真也很小（11 ）测量仪表的主要性能指标有哪些？请简要说明其含义。量程：仪表能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围精度（精确度）：测量某物理量时，测量值与真值的复合程度。灵敏度：仪表在做静态测量时，输入端的信号增量y与输入端信号增量X之比 分辨率：仪表能够检测出被测量最小变化的能力。稳定性：在规定的工作条件下和规定的时间内，仪表性能的稳定程度，它用观测时间内的误差来表示重复性：在同一测量条件下，对同一数值的被测量惊醒重复测量时，测量结果的一致程度。温度误差：当环境温度偏离仪表的定标温度（20摄氏度）时，其输出值的变化零点漂移：仪表工作的环境温度偏离20摄氏度时，零位的温度误差随温度变化而变化的变化率动态误差：在对随时间变化而变化的物理量进行测量时，仪表在动态下的读数和它在同一瞬间系相应量值的静态读数之间的差值。频响特性 (17 ) 请说明什么是系统不失真测量条件？l 时域中不失真测试的条件 ： 此式表明装置的输出波形和输入波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍和时间上延迟了t0而已l 频域中不失真测试的条件： 运用时移性质对上式作傅氏变换得 若要求装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足： A()=A0=常数 （）