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习 题 答 案习 题 答 案 第二章 2 1 二阶系统的频率特性受阻尼比 的影响较大 分析表明 越小 系统对输入扰动容易 发生超调和振荡 对使用不利 在 0 6 0 7 时 系统在宽广的频率范围内由于幅频特性 和相频特性而引起的失真小 系统可以获得较为合适的综合特性 比如二阶系统在单位阶跃 激励下时 如果阻尼比 选择在 0 6 0 7 范围内 则最大超调量不超过 10 且当误差允许 在 5 2 时趋于 稳态 的调整时间也最短 2 2 频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之相位差是输入频率的 函数的这样一个特性 当测试系统的输入为正弦信号时 将该信号的输出与输入之比定义为 频响函数 工作频带是指测试装置的适用频率范围 在该频率范围内 仪器装置的测试结果 均能保证达到其它相关的性能指针 2 3 不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致 只是幅值相对增大和时间 相对延迟 而实际的测试系统很难做到无限频带上完全符合不失真测试的条件 即使测取一 个理想的三角波 在某一频段范围内 也难以完全理想地实现不失真测试 三角波呈周期性 变化 其测试装置的非线性度必然引起波形的畸变 导致输出失真 由此只能努力使波形失 真限制在一个允许的误差范围内 即做到工程意义上的不失真测量 2 4 系统的总灵敏度为 90 0 005 20 9mm Mpa 偏移量为 9 3 5 31 5mm 2 5 由 得 用该装置测量频率为 50Hz 的正弦信号时 即幅值误差为 1 3 相角差为 2 6 由 得 课后答案网 w w w k h d a w c o m 2 7 由 输入信号的频率范围是 2 8 环节一的灵敏度为 1 5 5 0 3 环节二的灵敏度为 41 故串联后的灵敏度为 0 3 41 12 3 2 9 由 测量频率为 400Hz 变化的力参量时 若装置的阻尼比为 0 7 则 2 10 由 得 又 由 得 频率响应函数为 第三章 3 1 a 确定性周期信号b 确定性非周期信号c 确定性离散信号d 随机信号e 确 定性非周期信号f 确定性非周期信号 课后答案网 w w w k h d a w c o m 3 2 a b 3 3 3 4 除 12 50 100kHz 外 3 5 3 6 3 7 1 2 3 3 8 3 9 3 10 是平稳随机过程 3 11 不是平稳随机过程 3 12 3 13 课后答案网 w w w k h d a w c o m 第四章 4 1 单侧厚度测量利用 X 射线在被测物体表面反射的强度与被测件的材料有关 且随被测件 厚度的增大而增大的原理 由于被测物体本身结构原因导致探测器和辐射源无法放在被测件 两侧 从而放在被测件同测来进行测量的方法 譬如测管道锅炉等的壁厚等 4 2 对加工中测量仪的结构和性能的要求为 1 由于测量装置使用条件恶劣 所以需要良好的密封结构 以防止冷却液 切屑和灰 尘的侵入 2 由于接触测量时需要较大的测量力 所以测量头极易磨损 需用耐磨的金刚石或硬 质合金制造 3 当工件的运动速度较快时 对测量系统的频响有较高的要求 4 温度对测量的影响较大 必须考虑修正 4 3 就被测要素而言 在实际测量中 轮廓被测要素大多用有限测量资料表征的测得要素来 替代 对于中心要素 可通过测量响应的轮廓要素计算求得 或者用心轴 定位块等实物来 模拟体现 就基准要素而言 常用的基准体现方法有三种 1 模拟法 用形状精度足够高的检测工具上的要素代替基准要素 2 分析法 对实际基准要素进行测量 然后按最小条件判别准则确定基准要素的方 向和位置 3 直接法 在基准要素有足够形状精度的前提下 直接用基准要素作为被测要素的 测量基准 4 4 表面粗糙度被测量的变化频率高 其中 低频部分属于形状误差和波度误差 所以粗糙 度测量方法必须具有分辨率高和频响快的特性 譬如常用的轮廓仪除了导头有机械滤波作用 以外 还通过高通滤波器进一步滤除波度及其它中 低频信号 4 5 采用绝对法测量内孔 可利用万能工具显微镜 采用找拐点法和测弦找中点法来定位测 量 也可采用影像法瞄准测量 采用相对法 可选用电感式内孔比较仪 使用双测头测量 间接法测量内孔可以采用三坐标 机 通过三点采样测量孔径 4 6 1 机电测量法 该方法无须密封端盖 运动无摩擦 可实现快速显示 但测量结果 不够精确 2 电容测量法 用于测量粘液和粒状 粉末状材料的物面 但是无法测量具有不同 介电常数的液固体混合物的物面 课后答案网 w w w k h d a w c o m 3 超声测量法 不仅用来测量液体 而且也适用于粒状松散并含有大量气体的被测 材料 如细粒状或粉末状的泡沫塑料 纤维素等 并且还可用于木制或塑料容器 但超声法不适用于测量含有固体材料的液体 4 放射性同位素测量法 在那些由于极端条件而不能使用常规测量方法的场合 以 及因结构等因素不允许装探头或装探头成本较高的容器 地窖 地下库都可采用此 方法 4 7 由 1 D 41 63mm 由 且从 1 式可得 UD 4 5 m 4 8 由轴心坐标公式 孔的中心坐标为 C 0 0000394 0 0031955 R P1 C 10 孔的直径 D 为 D 2 R 2 R 0 5 d 25mm 4 9 根据定位误差式 当 Db 20mm 时 Dy Dz 0 003mm 当 Db 25mm 时 Dy Dz 0 001mm 当 Db 28mm 时 Dy Dz 0 0004mm 课后答案网 w w w k h d a w c o m 定位误差都小于 0 006mm 故这三种标准环规都能满足精度要求 4 10 该工件直线度误差测量数据为 用最小包容区域法时 g 0 k 3 l 8 由 得 5um 用端点区域法时 由 得 6 75um 所以用最小包容区域法评定时 该工件的直线度合格 但是用端点区域法评定时 该工件的直线度不合格 第五章 5 1 由于圆周分度器件具有圆周封闭特性 即角度的自然基准是 360 利用整圆周上所有 角间隔的误差之和等于零这一自然封闭特性来进行测量方案的选定和数据处理 从而圆分度 误差的检定可达很高的精度 5 2 为减小度盘圆分度误差对测量值的影响 可以通过细分提高分辨力 同时均布很多个读 数装置读数可在很大程度上消除度盘刻线误差对读数值的影响 从而大大提高读数精度 实 分段数12345678910 各段读数0 6 28126104 60 各段高度差0 1 5 0 5231 52 51 1 50 各采样点坐标值0 1 5 2034 5786 56 5 课后答案网 w w w k h d a w c o m 际应用中很多测角仪器或瞄准度盘对径位置上两刻线的平均位置读数 或在对径位置上安置 两个读数显微镜取其读数的平均值作为测得值 5 3 用相对法检定圆分度误差时 采用某一个定角 即由两个瞄准装置组成的角度或任选的 一个分度间隔作相对基准 依次与被检器件的各分度间隔进行比较 从而测得各分度间隔相 对于相对基准的偏差值 再利用圆周封闭特性 求出相对基准对理论分度间隔的偏差 继而 求得各分度间隔的绝对间隔偏差 5 4 绝对法测量锥形轴锥度可用工具显微镜对成像的锥度进行直接测量 采用影像法 不用 测长时的压线法而用对线方法来瞄准 相对法测量可用激光干涉小角度测量仪 采用正弦原理测锥度 可用白光双光束干涉来进行 瞄准 间接法采用三坐标测量机来进行 测量时尽可能选择靠近锥体两端的横截面作为测量截面 每个截面上各测三点坐标 而后通过计算得到 5 5 5 6 由 sin 0 H L 得 H L sin 0 100 sin30 206 n2 n1 l 206 20 15 50 20 6 故 0 30 0 20 6 课后答案网 w w w k h d a w c o m 5 7 用正弦规测量角度时应考虑的误差因素为 1 由量块尺寸误差 H 引起的角度误差 2 由两圆柱中心距误差 L 引起的角度误差 测量误差计算公式为 由此可看出 被测角度 越大 测量误差越大 故为了保证测角精度 大于 45 的被测角 不宜使用正弦规测量 5 8 用于质量评定的唯一确定的圆分度误差计算公式为 由此得各直角的误差分别为 1 1 6 2 2 1 3 2 8 4 2 3 5 9 最大分度间隔误差为 Fmax i max i max 3 6 5 10 度盘刻线01234567 零起分度误差00 41 62 10 9 0 3 1 5 0 8 圆分度误差 0 30 11 31 80 6 0 6 1 8 1 1 分度间隔误差0 41 20 5 1 2 1 2 1 20 70 8 直径误差0 15 0 25 0 250 350 15 0 25 0 250 35 齿序123456789101112 读数值0 3 1 2 2 1 10 1 2 0 5 0 5 齿距偏差 0 52 50 51 51 50 50 5 0 5 1 5 2 5 1 1 齿距累计误 差 0 522 545 566 564 5210 课后答案网 w w w k h d a w c o m 齿距偏差最大值为 fpt max fpti 2 5um 齿距累计误差为 Fp max Fpi min Fpi 6 5 0 5 7um 第六章 6 1 1 时间 位移计算测速法 根据速度的定义测量速度 即通过测量距离 L 和走过该距离的时间 t 然后求得平 均速度 v 如运动员百米速度的测量 运动物体冲击速度的测量等 2 加速度积分法和位移微分测速法 测量到运动体的加速度信号 并对时间积分 就可得到运动体的速度 测量运动体 的位移信号 并将其对时间微分 也可以得到速度 在振动测量中 可应用加速度计测得振动体的加速度振动信号经电路积分获得振动 速度 应用振幅计测得振动体位移信号再进行微分得到振动的速度 3 利用物理参数测量速度 利用速度大小与某些物理量间的已知关系间接地测量物体运动的速度 例如在固定磁感应强度 B 的磁场中 导线有效长度 L 移动时 因切割磁力线而产生 感生电动势 E 即 E BLv 来获得运动体的速度测量 4 线速度与角速度相互转换测速法 线速度与角速度对同一运动体是有固定关系的 在测量时可以采用互相转换的方法 达到方便测量的目的 例如在测量火车行驶速度时 直接测量线速度很不方便 这时利用测角速度传感器 三相交流测速发电机将火车车轮的转速转变为三相交流电压输出 再经过整流滤波 电路用电压表显示火车运行的速度大小是很方便的 5 陀螺测速法 利用陀螺器件的陀螺效应可以制成测量角速度的陀螺仪表 课后答案网 w w w k h d a w c o m 已经广泛地应用于航空 航天及航海等部门之中 6 2 如果流体流动方向一定 流体密度 已知 只要把皮托管对准流体流动方向 就可以测 量出全压力 Pt 和静压力 Ps 从而计算出流体的运动速度 这就是皮托管测速原理 空速表有两个膜盒 一个开口膜盒用来测量指示空速 另一个真空膜盒与开口膜盒配合 测 量飞机的真空速 用空速表测量空速就是利用公式中空速与动压力的关系测量的 空速表在空速测量时 所测的指示空速和真空速是各不相同的 从而测量时产生下述两种工 作情况 1 当指示空速不变而飞机升高时 动压不变 这时若高度升高 则真空膜盒膨胀 引 起细指针值增大 即真空速增大 2 当真空速不变而飞机升高时 空气密度减小引起粗指针转动 即指示空速减小 但 是由于飞机高度升高 静压下降使真空膜盒膨胀 二者作用相结合 因而细指标保 持不动 即真空速指示值不变 因此在不同高度下 指示空速与真空速的值差别相当大 并且真空速的指示值也不是飞机的 飞行速度 还要进行修正才能得到飞机的真正飞行速度 6 3 当单色光束入射到运动体上某点时 光波在该点被运动体散射 散射光频率与入射光频 率相比 产生了正比于物体运动速度的频率偏移 称为多普勒频移 因此多普勒频移不仅与 入射光频率有关 而且还带有运动体的速度信息 因此 如果能测出多普勒频移 就可以知 道物体运动速度 激光多普勒测速装置具有单色性强 波长稳定 而且容易在一个很小区域内聚焦成强光的优 点 同时不仅应用范围广 而且具有精度高 分辨力高 测量范围宽 非接触 使用方便等 优点 6 4 二自由度陀螺具有下列主要特性 1 当二自由度陀螺底座绕垂直于 X 轴与 Z 轴成 角的轴以角速度 旋转时 则将有陀 螺力矩 Mg 作用于框架上 2 当二自由度陀螺底座绕 Z 轴或 X 轴旋转时 都不会产生陀螺力矩 3 如果外加力矩 M 绕 X 轴作用在二自由度陀螺上 陀螺框架将绕 X 轴转动 三自由度陀螺具有以下主要特性 1 定轴性 如果开始使陀螺主轴 Z 在惯性空间内对准某一方向 并使转子高速自由 旋转而无任何外加力矩作用在陀螺上 则其主轴将稳定地保持在惯性空间给定方向 上 2 进动性 如果人为的绕某一框架旋转轴的外加力矩 M 作用在陀螺上 则将迫使主 轴绕另一框架的轴旋转 课后答案网 w w w k h d a w c o m 3 无惯性 如果陀螺转子的角动量很大 三自由度陀螺的进动是没有惯性滞后的 6 5 仪器原理图如教材图 6 7 当转子高速旋转时 壳体以角速度 绕 Y 轴转动 根据二自由度陀螺特性 将产生陀螺力矩 Mg 使 H 以最短途径向 运动 从而将使转子轴抬头向上转动 主轴将偏离起始位置 Z0 轴 当框架绕 X 轴转动时 弹簧将产生弹性力矩 My 反抗陀螺力矩 Mg 只有在陀螺力矩和弹性力 矩以及框架转动而引起的摩擦力矩 Mf 相平衡时 框架停止转动 这时框架运动的角 就反 映了壳体 Y 轴转动的角速度 6 6 数字式转速表的测速电路原理框图如教材图 6 8 测速传感器送出的电脉冲信号经过放大整形器成为转速脉冲送到门 C 同时用于控制计数器 的加减及判别旋转方向 由标准时钟振荡器的信号经双稳 A 来控制门 C 的开启和关闭 因此 计数器每隔一标准时间计一组转速信号 如果标准时间为 1min 间隔 则计数器为每分钟的 转数 计数器经显示器显示出被测转数值 6 7 频闪式测速是利用频闪效应测量转速 即物体在人的视野中消失后 人眼视网膜上能在 一段时间内保持视觉印象 其维持时间在物体平均亮度条件下约为 1 5 1 20s 的范围 测量 转速时所用的圆盘称为频闪盘 按频闪原理复现的图像称为频闪像 用频闪测速仪测量电机转速的方法为 1 若已知被测转速范围是 n n 则先将频闪光频率调到大于 n n 然后从高频逐渐 下降 直到第一次出现不动的频闪像 此时的频闪数为被测实际转速 2 若无法估计被测转速时 首先调整频闪盘的转速 当旋转的频闪盘上连续出现两次 频闪像停留时 分别测出频闪盘的两次转速 然后计算被测转速 n 为 式中 n1 为测得频闪盘转速的较大值 n2 为测得频闪盘转速的较小值 z 为频闪盘上的频闪 像个数 6 8 此时旋转体的转数值为 2000r min 6 9 伺服式加速度计的工作原理如教材图 6 11 该加速度计是一种按力平衡回馈原理构成的死循环测试系统 由质量块 m 弹簧 k 阻尼器c 系统 位置传感器 Sd 伺服放大器 Ss 力发生器 Sf 和标准电阻 RL 等主要部分组成 当壳 体固定于被测运动物体上感受到加速度后 品质块相对壳体作位移 z 设运动物体在惯性空 间的位移为 x 位移量由位置传感器检测出并转换成电压 经伺服放大器放大形成电流 i 输 出 经标准电阻后供力发生器 产生电恢复力 使质量块返回到初始平衡位置 伺服式加速度计的 n 和 不仅与机械弹簧刚度和阻尼器阻尼系数有关 而且还与回馈引起 的电刚度 SdSsSf 有关 因此可以通过适当地选择和调节电路结构参数来改变仪器的工作特 课后答案网 w w w k h d a w c o m 性 使之达到最佳状态 而且调节过程方便并具有很大的灵活性 并且其电压灵敏度仅决定 于仪器的 m RL B 和 l 等结构参数 而与仪器的 k Ss Sd 等特性无关 如果能采取这些 措施使这些结构参数稳定 不受温度等外界环境影响 则仪器可以达到很高的测量精度 并 且这种仪器的结构可以使 n 做得极高 由于其具有零下限的频率特性 因此可实现极宽带 带的测量 可用于冲击 随机及低频振动加速度的测量 第七章 7 1 力的测量方法可以归纳为利用力的动力效应和静力效应两种测量力的原理 力的动力效应是可以改变物体的机械运动状态或改变物体所具有的动量使物体产生加速度 力的静力效应是使物体产生变形 在材料中产生应力 7 2 由 得 2 10 3 又 2 10 3 2 5 800 10 6 160Mpa 262Mpa 超载时的应力 196Mpa 所以 弹性体满足强度校核要求 72Kn 由 得 弹性体截面直径 d 21 63mm 7 3 由动力学可知安装在刚性基座上的应变式测力系统可以看作一个由质量 m 弹簧刚度 k 和阻尼系数 c 组成的单质点振动系统 在动负荷作用下 任意瞬间系统输入力值都是系统输 出的惯性力 阻尼力和弹性力的向量和 由于系统无阻尼器 其阻尼力主要有机械变形时分 子间的内摩擦和空气阻尼所引起 其数量极微可忽略 如果同时能将惯性力消掉 则弹性力 反映了被测动负荷的幅值 消除惯性力影响的方法之一是用加速度信号作补偿 因此由测力 传感器同补偿组件 如加速度计等 配合使用并配上相应的测量电路 即可组成动态力测试 系统 7 4 压磁式测力仪采用磁弹性效应的原理来工作 即由工业纯铁 硅钢等铁磁材料制成的铁 心在机械力的作用下磁导率发生变化 由此在铁心上安置一对线圈 励磁线圈和测量线圈 两线圈的平面相互垂直 若无外力作 用 励磁线圈中心交流电流所建立的磁场对测量线圈没有输出 若外力作用在铁心上 铁心 磁导率改变 则测量线圈被励磁线圈中的磁场交链而输出比例于外力大小的信号 课后答案网 w w w k h d a w c o m 7 5 其电压输出为 0 1V 7 6 电定度方法是模拟应变电桥在负荷作用下电桥失去平衡而产生输出的定度方法 在电桥的某一桥臂上并联一个已知电阻 RP 使其产生 R 接入并联电阻 RP 是用来模拟应变 值 即模拟某一负载的过程 应变仪上设有打点电定度的装置 这样利用电定度表输入标准 信号 即可免去在每次测量前必须给测量系统输入标准信号的麻烦 量出电定度符号的高度 然后对应该高度得到一个力值 则该力值为电定度模拟的负荷值 7 7 称重即为品质的测定 质量的计量单位是千克 是国际单位制中七个基本量之一 物体 的质量在该物体运动速度远小于光速时 是一个不随时间 地点和条件变化的恒量 称重一 般采用衡器 也叫作称重传感器和秤 测力即为重力的测量 重力通常被近似地看作地球对物体的引力 随地球的物理纬度和海拔 高度而改变 是地球重力场的位置和时间的函数 重力的计量单位是牛顿 测力采用测力传 感器和测力仪 两者的概念是不同的 然而在工程技术实施中两者又是同属一个技术范畴 测力传感器和称 重传感器在结构上无多少差异 只是在使用中技术要求和结果处理不同 例如计量单位不同 误差评定不同 7 8 电子皮带秤通常有测速法或测长法测量物料的瞬时重量和累计重量 测速法可以看作为称重和测速相配合的过程 即称重传感器在瞬间称出皮带某一微小段的重 量 同时用测速传感器测量出同一瞬间皮带的线速度 这样连续测量 经过一段时间后 就 可以测出皮带机输送的总质量 采用测长法时 每当皮带移动一段距离时 测量一次重量值 由此在某段时间内根据皮带总 共移动的距离得到所运物料的累计重量 把累计重量对时间进行微分即可求得瞬时重量 其结构图和电路图可参照教材图 7 19 和图 7 20 电子皮带秤的误差如下 1 称重传感器误差 除称重传感器本身制造误差和环境造成的误差外 秤体的安装 也会带来误差 2 测速传感器误差 通常由传感器本身误差和皮带打滑误差造成 3 机械结构误差 连续输送物料的称重是在设定的有效称重段上对物料重量的积 分 因此有效称重段的变化或不稳也会造成误差 4 测量电路误差 主要为零漂和稳漂 7 9 力矩测量方法一般可以分为传递法 扭轴法 平衡力法 反力法 和能量转换法三大 类 课后答案网 w w w k h d a w c o m 传递法是利用转矩使弹性轴产生扭转变形的方法 即根据弹性组件在传递扭矩过程中所产生 的物理参数的变化 变形 应力或应变 来测量其转矩 力平衡法是利用平衡力矩去平衡被测力矩 从而求得被测力矩的方法 当转轴受转矩作用时 机体上必定同时作用着方向相反的平衡力矩 或称支座反力矩 因而测量出机体上的平衡 力矩就可以知被测力矩大小 能量转换法是按能量守恒定律来测量力矩的仪器 它是通过测量其它与转矩有关的能量系数 如电能系数 来确定被测力矩大小的 7 10 应变式转矩测量仪是在转轴上或直接在被测轴上粘贴应变片 当转轴受转 矩作用时应变片产生应变 其应变量与转矩成线性关系 其应变电桥的信号输出 一般采用集流环从旋转件上将转矩测量信号传输到静止的仪器上 并且为产生测 量信号的敏感组件提供一定的能源 在电感及电容集流环的应变式转矩测量仪中 电感集流环类似于电脉冲变压器 它的一次线 圈安装在不动的壳体上 而二次线圈同转轴相固定连接 由此通过电感集流环向旋转轴提供 脉冲电源 该脉冲电源经整流 稳压从而供测量电桥作电源 电桥输出直流信号经 A D 转换 器形成数字脉冲信号 脉冲的频率变化正比于转矩 再经电容集流环的内环 固装在轴上的 极板 至外环 固装在基座上的另一极板 该电容器可对某一频率范围的脉冲信号起耦合 作用 使信号输入到装在壳体的前置放大器上 最后由转矩测量仪输出显示被测转矩 应变式转矩测量仪测量精度高 线性度和重复性好 测量范围宽 但是它的安装要求高 调 试技术复杂 易受温度影响 高速测量误差大 7 11 采用相位差式转矩测量仪时 在转轴上固连一对测量圆盘 在基座上安装一对信号拾 取器 当转轴在转矩作用下产生扭转变形时 两信号拾取器的输出信号电压在相位上相对地 改变了角度 此时信号的相位差与弹性轴的扭转角之间成比例关系 一般相位差式转矩仪由信号发生器和测量电路两部分组成 在仪器测量装置中多采用磁点型 传感器和光电型传感器组成信号发生器 其测量范围一般为 0 2 100000N m 转速分档达 0 1500 1600r min 测量精度为 0 2 0 1 7 12 力平衡式转矩测量仪是根据驱动机械或制动机械机体上作用的平衡力矩大小来测量 转矩的方法 该测量仪常用于在精密仪器中测量一些产生力矩的力矩器之中 用反力法测量小转矩的方式 较多 但其共同特点是采用了摩擦系数极小的支承和回馈控制系统 从而使外界的干扰减至 最小 而且使测量轴的基座趋于零力平衡状态 从而可以测得很小的转矩和较高的测量精度 7 13 常用于测量压力的方法按原理可以有四种方法 1 以流体静力学原理为基础制成的液压式测压法 2 根据弹性组件受力变形原理并利用机械机构将变形量放大的弹性变压测压法 3 基于静力平衡原理与作用在已知面积上重量相比较的负荷测压法 课后答案网 w w w k h d a w c o m 4 通过弹性组件制成测力传感器将被测压力转换成电阻量 电感量 电容量 频率量 等各种电学量测压力的方法 7 14 液压活塞式压力计是根据静力学平衡原理和帕斯卡定律而工作的 该压力计用来平衡被测压力的负荷是使用标准砝码而产生的重力 当被校准的压力仪表安装 上后 转动手轮使油压系统压力升高 直至活塞被顶起 这时压力表的指示值应等于砝码重 力和砝码盘以及活塞重力的总重力除以活塞有效面积 这种压力计计量范围广 结构简单 稳定可靠 精度高 重复性好 可测量正 负及绝对压力 因而被广泛用作压力基准器 提 供压力标准信号 进行精密测压 7 15 电容式压力测量利用检测电容的方法测量压力 在由圆形固定电极和弹性膜片组成的 平行平板电容器中 当弹性膜片在均匀的压力作用下 膜片产生位移 即固定极板雨膜片构 成了变间隙式电容测压传感器 被检测的压力与膜片间电容的相对变化量成正比 该测量仪器中的动极板和固定极板均设计和制造成相应的球面形 从而提高了线性度和精 度 并且在设计时尽可能使其质量做得小些 该传感器结构简单 所需输入能量低 容易获 得较高的灵敏度 此外 为了改善非线性 减小泄漏电流 常常在测量电路中增加反馈回路 环节 或采用双层屏蔽电缆等电位传输技术克服不利的影响 以提高其测量精度 7 16 一般压力变送器可分为力平衡式和位移式两大类压力变送器 此外还有电容式差压变 送器和 灵巧 型差压变送器等 7 17 电容式压力变送器采用位移式变送器原理构成 该变送器中被测差压作用于隔离膜片 通过硅油推动电容的动电极 从而改变了动电极与固定电极间的距离 由此改变了由动 定 极板组成的电容器的电容量 由电容引出线即获得与被测压力成正比的电容量 电容式压力变送器无机械活动部件 损耗小 灵敏度高 测量精度高 抗振 耐用 并统一 输出信号 采用二线制传输至控制室进行显示 控制 7 18 真空测量仪器按用途可以分为 1 真空计 又称真空规 主要用于测量低于大气压稀薄气体的压力 2 分压强计 主要用于真空系统内气体组成的分析和分压强的测量 3 检漏计 主要用于检测真空系统或器件的泄漏 按测量原理的方法来分可以分为 基于力的作用原理包括 U 形波纹管 波登管式 波纹管 式 膜片式 基于压缩作用原理的麦氏真空计 基于导热作用原理有电阻真空计 热电偶真 空计 基于电离作用原理的热阴极式 冷阴极式 放射性真空计 此外还有利用气体粘滞性 与压强物理关系和气体分子动量迁移原理的真空测量仪器 7 19 选择电容薄膜式真空计进行测量 因为电容薄膜式真空计测量范围可达 10 2 105Pa 测量精度高 为 0 03 0 5 能够满 足测量要求 而其它的测量仪表都达不到这样的测量精度 课后答案网 w w w k h d a w c o m 第八章 8 1 事实上 自由振动是振动系统偏离其平衡位置时 仅依靠其弹性恢复力维持的振动 其 自由振动的频率即为系统的固有频率 跟初始条件无关 当存在有阻尼时 其振动将逐渐减 弱 8 2 新的系统的固有频率为 9 995Hz 10Hz 8 3 当振动加速度为 0 21g 时 电荷输出为 0 21 5 1 05pC 当横向振动加速度幅值为 1000g 时 最大电荷输出量为 1000 5 0 02 100pC 8 4 1 已知最小频率为 20Hz 最大振幅为 5mm 此时的输出电压 0 488V 2 已知频率为 100Hz 时输出电压峰值为 0 5V 此时的速度为 0 5 4 88 0 1m s 位移幅值为 0 1 100 0 001m 1mm 第九章 9 1 在国际温标 ITS 90 中将温度分成若干个温段 由 0 65K 到 4He 临界点 5 2K 以下 为 第一段 由 4He 沸点 4 2K 以下 到氖三相点 24 6K 以下 温度范围为第二段 第三段为 平衡氢三相点 13 8K 以下 到银凝固点 962 以下 银凝固点 962 以上 温度作为 第四段 第一温段用 3He 和 4He 蒸汽压与温度的关系来确定温度 第二温段用在氖三相点 24 6K 以 下 平衡氢三相点 13 8K 以下 和 4He 正常沸点 4 2K 以下 上分度过的气体温度计内 插 第三温段中铂电阻温度计是该温段的标准仪表 第四温段可以采用精密光电亮度温度计 或光谱亮度比较仪 利用普朗克定律来确定温度 9 2 热电偶的基本原理是热电效应 即两种不同的材料的导体 组成一个封闭回路 如果两 端结点温度不同 则回路中就会产生一定大小的电流 这个电流的大小与两种导体材料性质 以及结点的温度有关 课后答案网 w w w k h d a w c o m 热电偶中所产生的热电动势由两部分组成 两种导体接触的时候 由于导体内的自由电子密 度不同而产生扩散 在扩散达到动态平衡时所形成的电位差称为接触电动势 对单一金属导 体 如果两端的温度不同 则两端的自由电子就具有不同的动能 温度高则动能大 动能大 的自由电子就会向温度低的一段扩散 失去了电子的这一段就处于正电位 而低温段由于得 到电子处于负电位 这样两端所形成的电位差称为温差电动势 热电偶总电动势与电子密度及两节点温度有关 当热电偶材料一定以及冷端固定 则对一定 材料的热电偶 其总电动势就只与温度成单值函数关系 9 3 又 即 且 故 在热电偶测温过程中 必须在回路中引入测量导线和仪表 中间导体定律证明 只要每种导 体和仪表两端温度相同 则对回路的总热电动势没有影响 9 4 又 故 如果已经求出了各种热电极对标准电极的热电势值时 就可以用该定律求出其中任意两种材 料配成的热电偶的热电势值 这就大大简化了热电偶的速配工作 9 5 又 故 该定律为制定热电偶分度表奠定了理论基础 根据中间温度定律 只需列出自由端温度为 0 时各工作端的温度与热电势的关系表 若自由端温度不是 0 时 所产生的热电势就可 按该定律计算 9 6 对热电偶参比端进行处理 是为了使热电偶的热电动势与被测量间呈单值函数关系 课后答案网 w w w k h d a w c o m 热电偶的参比端可采用以下方法处理 1 0 测温法 这种方法是将热电偶的参比端保持在稳定的 0 环境中 2 参比端温度修正法 当热电偶参比端为不等于 0 的值时 因为热电偶的温度 热电动势关系以及分 度表是在参比端为 0 得到的 故可根据修正公式对仪表的示值加以修正 3 电桥补偿法 利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因参比端温度变化而引起的热电偶变化 值 4 补偿导线的应用 用热电性质与热电偶相近的材料制成导线 用它将热电偶的参比端延长到需要的地 方而不会对热电偶回路引入超出允许的附加测温误差 9 7 补偿导线就是用热电性质与热电偶相近的材料制成导线 用它将热电偶的参比端延长到 需要的地方而不会对热电偶回路引入超出允许的附加测温误差 因为热电偶的参比端必须引入到一个恒定温度环境中或引到补偿电路两端 在此中间不能用 一般的铜导线连接 最简单的方法是直接用热电偶电极延长 但实际上有的热电偶是贵金属 价格昂贵 不能拉线过长 而即使是非贵金属热电偶 有的比较粗也不适宜延长 特别在工 业装置上使用的热电偶一般都有固定结构 所以也不能随意延长 故一般在热电偶使用中都 采用补偿导线 随着热电偶的标准化 补偿导线也形成了标准系列 目前的补偿导线中有 SC KC KX EX JX TX 几种类型 9 8 被检热电偶的偏差为 802 3 800 2 3 其修正值为 2 3 9 9 E T 0 E T 800 E 800 0 0 018 7 345 7 327mV 查铂铑 10 铂热电偶的分度表 再通过插值的办法 得 T 798 3 偏差为 800 798 3 1 7 其修正值为 1 7 课后答案网 w w w k h d a w c o m 9 10 在热电阻温度计使用时 工业测量中采用三线制接法来克服引线电阻误差 采用三线 制接法使两条引线电阻分别加到电桥相邻的两臂中 这使引线电阻的变化对指示的影响基本 消除 如果要求不高也可采用二线制接法 这种接法要求引线的电阻不可超过铜电阻的 R0 的 0 2 不可超过铂电阻 R0 的 0 1 在精密的测量中 特别在实验测量时也有四线制接法 9 11 辐射测温中常用到基尔霍夫定律 斯忒潘 波耳兹曼定律 普朗克定律和维恩位移 定律 基尔霍夫定律证明了物体的光谱辐射出射度与光谱吸收比的比值是一个普适函数 它与温度 及波长有关 此外还定义了光谱的发射率 即物体的光谱发射率等于它的光谱吸收率 该定 律是其它定律的基础 在辐射测温中起到了理论指导作用 斯忒潘 波耳兹曼定律说明 任何辐射物体的出射度总是与它的温度的四次方成正比 利 用这一特性 可以通过测量物体的辐射出射度来准确地确定该物体的温度 这就是全辐射测 温的基本原理 普朗克定律准确地描述出黑体的辐射能力与波长以及温度之间的关系 普朗克定律是一条最 基本的黑体辐射定律 由它可以推导出其它的黑体辐射定律来 从而用于辐射测温 维恩定 律在某种程度上即是普朗克定律的简化近似形式 维恩位移定律表明 黑体的最大辐射本领与温度的五次方成正比 因此 黑体的单色辐射出 射度随着黑体温度的升高而急剧增大 亮度测温技术就是根据这一原理 通过对黑体单色辐 射的测量来准确地测定其温度 颜色测温也是根据位移定律和物体辐射曲线 通过两个光谱 能量比的方法来测量温度的 9 12 黑体的总辐射出射度等于非黑体的总辐射出射度时 此黑体的温度定义为非黑体的辐 射温度 产生的原因是因为仪表是以绝对黑体辐射功率与温度的关系分度的 而实际使用时 被测物体并不是黑体 这样测出的温度自然要低于被测物体的实际温度 它和真实温度的差 异由这个物体的发射率决定 绝对黑体的单色亮度等于某被测物体的亮度时 绝对黑体的温度就是这被测物体的亮度温 度 产生的原因是因为在使用亮度温度计测温时 由于物体的发射率一般小于 1 所以测得 的温度不是物体的真实温度 亮度温度和真实温度的差异不仅决定于物体的表面状态 还和 波长及温度有关 绝对黑体辐射的两个波长 1 和 2 的亮度比等于非黑体的相应亮度变化时 绝对黑体的温 度就称为这个非黑体的颜色温度 产生的原因是因为颜色温度计是通过两个光谱能量比的 方法来测量温度的 所以用这种方法测量非黑体温度时得到的 颜色温度 和真实温度有差 异 颜色温度和真实温度的差异与其波长的选择及光谱发射率有关 第十章 10 1 测量流量所用的仪表 我们常称为流量计 而计量总量的仪表则称为计量表 课后答案网 w w w k h d a w c o m 10 2 对于容积式流量计而言 流量较小时 误差为负值 在流量增大时 变为正值 且基 本保持不变 这种现象主要是由于在运动件的间隙中泄漏所引起的 这个泄漏显然与间隙 粘度 前后压差有关 另外也和流过一定体积所需的时间有关 为了减少误差 仪表有一个流量测量下限 即不宜在极小流量下工作 然而流量仪表的流量 太大 又将使运动机件运动速度提高 增加磨损 所以常根据磨损允许的转速决定允许的流 量上限 因此容积式流量计通过的流量有上 下限的限制 量程比经常选在 5 10 10 3 差压式流量计的原理是利用节流件前后的差压与平均流速或流量的关系 由差压测量 值计算出流量值 其差压与流量的关系可以从流体力学中的连续性方程和伯努利方程导出 10 4 转子流量计是一种利用改变流通面积的方法来测量流量的流量计 在一上粗下细的锥 形管中 垂直的放置一阻力体 浮子 当流体自下而上流经锥形管时 由于受到流体的冲 击 浮子便要向上运动 随着浮子的上升 浮子与锥形管的环形流通面积增大 流速降低 直到浮子在流体中