现代测试技术课后习题详解答案-申忠如-西安交通大学出版社.doc

现测课后习题答案第1章1. 直接的 间接的2. 测量对象 测量方法 测量设备3. 直接测量 间接测量 组合测量 直读测量法 比较测量法 时域测量 频域测量 数据域测量4. 维持单位的统一，保证量值准确地传递 基准量具 标准量具 工作用量具5. 接触电阻 引线电阻6. 在对测量对象的性质、特点、测量条件（环境）认真分析、全面了解的前提下，根据对测量结果的准确度要求选择恰当的测量方法（方式）和测量设备，进而拟定出测量过程及测量步骤。7. 米(m) 秒(s) 千克(kg) 安培(A)8. 准备 测量 数据处理9. 标准电池 标准电阻 标准电感 标准电容 第2章填空题1. 系统 随机 粗大 系统2. 有界性 单峰性 对称性 抵偿性 3. 置信区间 置信概率4. 最大引用 0.6%5. 0.510-1 100.1，100.36. 7.967010-4 0.04%7. 测量列的算术平均值8. 测量装置的误差不影响测量结果，但测量装置必须有一定的稳定性和灵敏度9. 610. 79.78V，79.88V计算题2. 解:(1)该电阻的平均值计算如下：该电阻的标准差计算如下：(2)用拉依达准则有，测量值28.40属于粗大误差，剔除，重新计算有以下结果：用格罗布斯准则，置信概率取0.99时有，n=15，a=0.01，查表得所以， 可以看出测量值28.40为粗大误差，剔除，重新计算值如上所示。(3) 剔除粗大误差后，生于测量值中不再含粗大误差，被测平均值的标准差为： (4) 当置信概率为0.99时，K=2.58，则由于测量有效位数影响，测量结果表示为4. 解：(1)(2) 最大绝对误差DUm=0.4，则最大相对误差=0.4%0.5% 被校表的准确度等级为0.5 (3) Ux=75.4，测量值的绝对误差:DUx=0.5%100=0.5mV 相对误差：r=0.5/75.4=0.63%(4) 此误差属于系统误差，消除系统误差可以通过：1、选择过高准确度等级的仪器设备；2、严格按照仪器工作要求操作；3、选择合理的测量方法；4、提高测量人员的测量水平 等几个方面来消除系统误差。6. 解： 300V、0.5级电压表的相对误差 100V、1.0级电压表的相对误差 ，所以选100V、0.1级的表较好。12. 解：第3章填空题1 1. 测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力 / 能分辨出最小的分辨量2. 微分方程 频率特性 测量动态信号3. 4. 零位点 灵敏度 分辨力 量程 迟滞 重复性 线性度 准确度 可靠性 计算题1. 解：已知一阶系统的频率特性为由题知，则所给系统的频率特性为，其幅频特性为相频特性（1）当输入频率时，有，（2）当输入频率时，有，（3）当输入频率时，有，综上，该热电偶的输出表达式为2. 解：(1) 转折频率 rad/s 时间常数(2) 测量系统的频率特性 幅频特性相频特性 (3) 依题意有 即转折频率Hz。3. 解：(1)该系统为一阶系统，对比一阶系统传递函数 有 得时间常数 直流增益K=5。(2)转折频率(3) 当测量信号的频率为转折频率的0.5倍时，系统产生的动态幅值误差 欲将动态幅值误差限制在5%，经过计算，即要想该一阶系统满足动态误差要求，则系统的转折频率应比信号的最高频率大至少3倍。我们可以通过扩展系统的频带来改善其动态性能，主要采用两种形式：数字滤波和频域校正法。4. 解：(1) 对二阶系统，有：对一阶系统，有：则有： (2) 得： 5. 解：（1）（2） 6. 解：9. 解：(1)T=1s，(2)T=2s，(3)T=3s，10. 解：13. 解：，而=2f=200 可得：5.210-4（s）,系统带宽f1923Hz同理，当=2f=100时，此时动态幅值误差：相差角：=-arctan()=-9.33第4章填空题1. 量程 转换时间 分辨力 2. 传感器 调理电路 数字采集卡 计算机3. 避免自热效应产生影响4. 高频 分布电容5. 灵敏度 非线性误差6 捕获模拟输入量在采样时刻的数值，且将该数值维持不变送入A/D转换器入口，维持时间至少大于A/D转换器的转换时间7 转换时间8 采用一种专用补偿导线来延长热电偶，使冷端移到不受热端温度影响的远处，从而获得一个虽不为0但却是一个较为稳定的冷端温度T09. 三步测量法10. (1)效零 输入标准值 x=0 测得= (2)标定 输入标准值 x1测得 y1=+Ax1 (3)测量 输入x 测得y 则 不能消除该干扰影响，因为三步测量法要求在三步测量的时间段之内，A均得恒不变。在三步之外可以有变化。但为工频干扰量。时刻都在变化。故该法不能消除其影响。计算题1. 1. 解：(1) q=5000/28=19.5mv (2) 得 (3) 得 (4)由中间温度定律 E(T,0)=E(T,T1)+E(T1,0) =6.1+0.8 =6.9mv 查表 T=1702. 解：（1）依题意得系统最大量化值，故至少选择10位的A/D其量化值（2）采用3mV恒流源调理电路时当输入0.01MPa时，放大器的增益(3) 因为的误差为0.5%得在测量时，认为该误差由压力引起3. 解：（1）设，则，（2）；（3），（4），当，时，有最大测量误差为4、5、6、7. 解：(1) ，可取n=10；即A/D转换器位数为10；(2) 当，量化值，则测温范围为，大于200C，满足设计要求。(3) 设为满量程输出，K为放大器放大倍数，为0或1表示第i位的数字量。则，于是：设计题传感器调理电路数据采集系统计算机1. (1) 1）传感器：将温度信号经传感器转换为电阻值变化2）调理电路：经调理电路将阻值变化转换为电压信号，并放大、滤波。3）数据采集系统：对信号采集4) 计算机：控制测量过程，完成测量功能（2）图 U0I0I0RTR0 I0=0.1mA R0=100 RT铂热电偶。（3）采用衡流源法U0=I0RtI0R0I0At（4）考虑到若避免自热效应，可取I00.1mA 则U03.910-2mV分辨率为1，测温范围 0-200 总共200个点 应选8为A/D转换器设满量程为5V则量化值为设放大器的放大倍数为K则 13.910-2K19.5mv得 K500UmaxTm3.910-25003900mv5V满足要求故主要环节参数如下：调理电路 R0100 I00.1mA放大器 K50A/D转换器 8位 满量程 5V（5）非线性修正a可采用查表法 设反非线性特性曲线如图1.所示，用几条直线段来逼近这条曲线如图2.所示，修正时先判断U在哪一段内，然后用这一段的直线方程求出T值，即可。图2UUTT图1b可用非线性拟合法a) 设非线性方程为 Ta0a1ua2u2b) 标定如测试原理的c) 用最小二称法求出系数a0，a1，a2的值d) 将a0，a1，a2存入内存e) 按Tu（a2ua1）a0计算即可。2. (1) 1）热电阻传感器：将温度信号经传感器转换为电阻值变化2）热电偶传感器：将温度信号经传感器转换为电压的变化3）调理电路1：经调理电路将阻值变化转换为电压信号，并放大、滤波。4）调理电路2：经调理电路将电压信号放大、滤波。5）数据采集系统：对信号采集6) 计算机：控制测量过程，完成测量功能(2) 热电偶输出调理电路双恒流源热电阻输出调理电路（3）分辨率为1，测温范围 0-200 总共200个点 应选8为A/D转换器设满量程为5V则量化值为设放大器的放大倍数为K1则 ： 得 得 K1500UmaxTm0.045004000mv5V满足要求故：放大倍数 K1500A/D转换器 8位 满量程 5V（4）考虑到若避免自热效应，可取I00.1mA 则灵敏度为4.310-2mV则量化值为设放大器的放大倍数为K则 14.310-2K19.5mv得 K453.5取K2=500UmaxTm4.310-2500860mv5V满足要求（5）连接好实验装置；接通电源调整调理电路；软件模块设计；将热电偶放入被测温度的环境中，通过软件可计算出被测温度。 第6章填空题1. 抗混低通滤波器2. fs2 fmax 信号周期的整数倍3 TS 0.78125ms4. fs2 fm 采样长度为T的整数倍设计题1. (2)交流信号变为直流传感器输出调理满足数采卡输入采集信号，作A/D及D/A的转换输入电压输入电流电压传感器电流传感器调理电路调理电路数采卡PC机 (3)电压传感器输出信号为，电流传感器的输出信号为采样电阻电流信号变为电压信号放大电压信号，满足数采卡输入(4)启动数据采集卡，对信号电压、电流分别采样U(i),I(i),i=0,1,2,N-1用U(i)*U(i+1)0来确定过零点t(j),tS(j),j=0,1,2,mUZ(i),US(i),i=0,1,2,N-1开始求信号周期T求信号之间相位差，用过零法分别求U、I的有效值首先用过零法确定整信号周期的采样点数M(5) 所以基波分量是：2. (2)(3) (4)测量误差分析：由于阻值较小，只有10毫欧左右，故导线在回路中产生的电阻应考虑在内，同时触点的接触电压可能随着压力、振动而有所改变，引入误差；同时，放大器在进行测量时也会由于输入阻抗不是无穷大而导致误差；采集卡采点的准确度也会带来误差。消除：在设计放大器时设计成输入阻抗较大的，在接线时避免接线过长。第8章1. 直接测量频率 直接测量周期2. 门限电平平移3. 比例运算器法 四探针法 积分运算法 四探针法 积分运算法第9章1. 顺磁物质 反