机械工程测试技术习题集

1、各章习题集绪论0.国际单位制中的计量单位分为基本单位、辅助单位和导出单位。米、千克、秒、牛顿都是基本单位；质量单位是国际单位制基本单位中唯一保留的实物基准。（X）1. 按测量手段不同，测量方法分为直接测量、间接测量和组合测量。2. 用直尺测量测量长度为直接测量，通过测量转速和扭矩得出功率为组合测量。（的3. 名词解释：精度:测量结果与真值一致的程度。为仪器满量程时所允许的最大相对误差的百分数，即jay =±j M100%； Sy为仪器精度或允许误差；A为允许的最大绝对误差； A“、Ab分别为仪A： -A-：器刻度的上限和下限值；4. 只要能满足被测量的要求，尽可能选用小量程的仪表。（

2、力5. 测量时，通常要使最大测量值落在仪表2/3量程附近。（的6. 4、测量仪器按用途可分为范型仪器和实用仪器两类。而实用仪器又分为试验室用仪器和工程用仪器。范型仪器的精度高于工程用仪器。（力7. 名词解释：迟滞误差：当仪器指针上升（正行程）与下降（反行程）时，由于仪器内部有阻尼、传动系统 中有摩擦和间隙，对同一被测量所得读数之差。8. 名词解释：灵敏度：仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比值S,S =， a为指针的线位移或角位移； A为被测量的变化值；. A9. 变间隙式平板电容传感器的灵敏度为常数。（为一S 一 ：:CS10 .简答：根据变间隙式平板电容传感器电容

3、的表达式C=，写出其灵敏度：S = =d2 d211 .传感器的漂移：是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。主要有零点漂移和灵敏度漂移。12 .对某一参数进行多次测量发现，所得测量结果均为同一数值，因此认为测量过程不存在测量误差。（为13 .何谓测量误差？通常测量误差是如何分类、表示的？答：测量结果与被测量真值之差称为测量误差。根据误差的统计特征，误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类；根据误差的表示方法不同，误差可分为绝对误差和相对误差。14 .系统误差一般难以消除，所以正确的测量结果中必然包括系统误差。（冲15 .电子电位差计滑线电阻的磨损将会造成导致累进随机误差

4、。（为16 .仪表指针的回转中心与刻度盘中心有一个偏离值e,则由此引起的读数误差称之为随机误差。（X）17 .系统误差的综合方法有代数综合法、算术综合法和几何综合法。其中，算术综合法会把误差估计的过大。18 .若测量次数足够多，随机误差的算术平均值将逐渐接近于零，且完全服从统计规律。（力19 .正态分布随机误差具有单峰性、对称性、有限性和抵偿性四个特征。士 Xi-X20 .算术平均值的标准误差为s = r乌。.n（n T）21 .过失（粗大）误差是无法完全消除的。（为22 .当测量数据与算术平均值的偏差大于标准差的3倍时，通常要把此数据剔除。（U23 .对不同精度测量，标准误差b越小，其权重就

5、应越小。（的24 . 一元线性回归分析时，常采用最小二乘法求出拟合系统。25 .回归出直线方程后，一般不必进行拟合程度判别。(为26 .相关系数R的值在-1和+1之间变化。当R=± 1时，表示完全相关；当 R=0时，表示不相关信号及其描述1 .从信号描述上，信号分为确定性信号和非确定性信号；从幅值和能量上角度，信号分为能量信号和功率信号。2 .信号 x(t) = Asin(J2t +d) + A2sin(3t +日2)为周期信号。(*)3.信号 xt =e'x0sin上t +中0为周期信号。(X) mx2(t)dt :二二(t1,t2)内的平均功4.当信号x(t)在所分析的区

6、间(-8, 8),能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件:当信号x(t)在所分析的区间(-8, 8),能量xt)dtT此时，在有限区间_ _ 1t2 21,率是有限的，即 一一 x x2(t)dt <g ,这样的信号称为功率信号。t2 -tl %5. 信号的时域描述：以时间为独立变量，其强调信号的幅值随时间变化的特征。信号的频域描述：以角频率或频率为独立变量，其强调信号的幅值和相位随频率变化的特征。6. 周期信号频谱是离散的，且含有非整倍数基波频率的频率分量。(为7. 工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。(力8. 周期信号的频谱具有离散性、谐波性和收敛性

7、三个特点。.1 T 一, , 一 .1 T9. Rx = lim x(t)dt表不信万的均值，叫刈=lim | x(t) | dt表不信万的绝对均值，T_-'T -0T L ： T - 0 12x = lim t x2(t)dt表示信号的均方值；x1ms = j1 lim 1 f x2(t)dt表示信号的有效值。T_ ' 0T-0仃2x =lim T .0 (x(t) 一 Nx)2dt表示信号的方差。T_/.：10. 瞬变信号和准周期信号都是非周期信号，所以说非周期信号的频谱都是连续的。(为11. 两个函数在时域中的卷积，对应于频域中的乘积；两个函数在时域中的乘积，对应于频域中

8、的卷积。测试装置的基本特性1. 负载效应：传感器安装于被测物体或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能力或产生干扰，使被测物理量偏离原有量值，从而不可能实现理想的测量，这种效应称为负载效应2. 任何测量系统均具有叠加性和比例性。(为3. 传递函数H(s)与输入x(t)有关。(X)4. 伯德图和乃奎斯特图均是在频域研究系统特性的。(05. 若输入为单位脉冲函数，则其响应为传递函数的拉普拉斯逆变换。(U6. 最大超调量主要用来说明系统的相对稳定性。(U7. 最大超调量主要用来说明系统的响应速度。(为8. 零阶系统输出不受干扰且无滞后，即具有完全理想的特性。(09. 位移式电位计为零阶系统。10. 热

9、电偶、液柱式温度计一般均可认为是一阶系统。11. 如果将测试结果做为反馈控制信号，则必须考虑相位滞后问题。（012. 一阶系统时间常数。越小，系统达到稳定值的时间越长。（X）13. 二阶系统的响应很大程度上决定于阻尼比 坏口固有频率3n。%越高，系统响应越慢。（X）14. 提高固有频率 3n既减小幅值误差，又可扩大测量范围。（M15. 若要求装置的输出波形不失真，其幅频特性应满足A（ 3）为常数，相频特性 6（ 3 ）=03。（t0为延迟时间）。16. 对一阶系统的时间常数0常用测量系统对阶跃输入瞬态响应到达稳态值50%时所需要的时间来确定。（X）常用传感器与敏感元件1 .按敏感元件与被测对象

10、之间的能量关系，传感器分为能量转换型和能量控制型。其中，热电偶为能量转换型传感器，电阻应变片为能量控制型传感器。（U2 .按信号变换特征，传感器分为物性型和结构型。其中，水银温度计为物性型传感器，变间隙电容传感器为结构型传感器。（/3 .机械式传感器主要用来测量瞬变信号。（为4 .应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变化。5 .压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到应力作用时，其电阻率会发生变化。6 .一般来说，金属应变片的灵敏度大于半导体应变片。（冲7 .电阻应变式传感器的温度误差主要由两部分组成：敏感栅电阻随温度变化引起的误差、试件材料的线膨胀引起的误差。（08 .

11、静态应变仪的供桥电源一般为交流电。（为9 .根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种。10 .极距变化型电容传感器的灵敏度为非线性。（011 .为提高极距变化型电容传感器的灵敏度，常采用差动式。（U12 .压电效应：某些物质，如石英、钛酸钢、错钛酸铅等晶体，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变 化，而且其内部会产生极化作用，从而会在晶体的相应表面产生电荷，形成电场。晶体的这一性质称 为压电效应。13 .逆压电效应：当压电晶体置于外电场，其几何尺寸也会发生变化，此物理现象称为逆压电效应。14 .压电晶体沿光轴Z Z方向作用有力时不产生压电效应。15 .实

12、际压电传感器，常采用串接或并接。并接时，电容量大，输出电荷量大，宜于测缓变信号，适宜电 荷量输出场合；串接时，电容小，输出电压大，适宜于电压输出的场合。（U16 .压电式传感器常用来测量静态量。（为17 .电荷放大器的输出电压与压电传感器产生的电荷量成正比，且与电缆分布电容无关。（018 .压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。（019 .热电式传感器有热电偶和热电阻两种类型。对热电偶，热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。20 .热电效应：两种不同金属导体A和B组成一个闭合回路时，若两个结合点的温度不

13、同，则在回路中就有电流产生，这种现象称热电效应。相应的电势称热电动势。21 .如果热电偶的两个热电极材料相同，两结点的温度不同，则总的热电势不为零。（为22 .如果热电偶两个接点温度相同，回路中热电势为零。（U23 .热电势与导体材料 A、B的中间温度无关，仅与两个接点的温度有关。（/324 . 一般来说，热电偶的输出热电势与温差成线性关系。（的25 .为了使热电偶输出热电势称为被测温度的单值函数，通常要使自由端（冷端）温度恒定或为零。（026 .常用的热电偶冷端处理方法有：补偿导线法、热电偶冷端温度恒温法、计算修正法、冷端补偿电桥法等。（力27 .常用的金属热电阻材料是钳和铜，且铜热电阻的测

14、温上限较高。（冲28 . 一般来说，半导体热敏电阻的温度系数比金属小。（为29 .半导体热敏电阻通常可分为正温度系数、负温度系数和临界温度系数三类。一般用临界温度系数热敏电阻制做温度开关。30 .光电效应按其作用原理分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应。31 .外光电效应：在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象称外光电效应，亦称光电子发射效应。电磁能转换为动能。对每一种光电阴极材料均有一个确定的光频率阈值。当入射光频率低于该值时，无论入射光的光强多大，均不能引起光电子发射。反之，入射光频率高于阈值频率，即使光强较 小，也会引发光电子发射。32 .内光电效应：在光照作用下，物体的导电

15、性能如电阻率发生改变的现象称内光电效应，又称光导效应。33 .光生伏打效应：光线照射下能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏打效应。34 .光电管和光电倍增管均是外光电效应器件，光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管均是内光电效应器件，光电池是光生伏打效应器件。（035 .霍尔效应：将半导体薄片（霍尔板）置于一磁场中，板厚 d 一般远小于板宽b和板长，当在板长度方向 通以控制电流I时，则在板的侧向（宽度方向）会产生电势差，称为霍尔电势，这种现象称为霍尔效应。36 .湿敏电阻器件的电阻值随湿气的吸附与脱附而变化，常用的有氯化锂湿敏电阻传感器。（M）37 . 一般说来，传感器灵敏度越高越好，延迟的

16、时间越短越好，而不必考虑量程问题。（X）信号的调理与记录1. 常用的电桥连接形式有单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。（M）2. 电桥的灵敏度与应变片初始阻值R0、供桥电压和接桥方式有关。（X）3. 对一个交流电桥，如果两相邻桥臂为纯电阻，另外相邻两臂可以分别为电容和电感。（X）4. 简述什么是调制、载波、调制信号和已调制信号。答：调制是指利用某种低频信号来控制或改变某一高频信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。高频振荡信号称为载波；控制高频振荡的低频信号为调制信号；调制后的高频振荡信号为已调制信号。5. 简述什么是调幅、调频和调相。答：当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为调幅（AM）;

17、已调制信号为调幅波；当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为调频（FM）；已调制信号为调频波；当被控制的量为高频振荡信号的相位时，称为调相（PM）;已调制信号为调相波；6. 调幅过程中，载波频率f0可以低于信号中的最高频率fmax。（X）7. 幅波可以看作是载波与调制信号的迭加。（X）8. 调幅波解调的方法有同步解调、包络检波和相敏检波等。（M）9. 同步解调：将调幅波再经一乘法器与原载波信号相乘，则调幅波的频谱在频域上将再次被进行移频。由于载波信号的频率仍为 f0,因此，再次移频的结果是使原信号的频谱图形出现在0和的2fo频率处。由于在解调过程中所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率与相

18、位，因此这一解调的方法称为同步解调。最后，由低通滤波器将频率为2fo的高频信号滤去。10. 包络检波（整流检波）：对调制信号偏置一个直流分量A,使偏置后的信号具有正电压值。对该信号作调幅后得到的已调制波 Xm（t）的包络线将具有原信号形状。对该调幅波Xm（t）作简单的整流（全波或半波整流）和滤波便可恢复原调制信号。如果所加的偏置电压未能使信号电压都位于零位同侧，会造成失真，此时应采用相敏检波技术。11. 相敏检波：相敏检波能用来鉴别调制信号的极性，利用交变信号在过零位时其正、负极性发生突变， 使调幅波相位与载波信号相比较也相应地产生180相位跳变，从而既能反映原信号的幅值又能反映其相位。12.

19、 根据其选频作用，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器四类。（M）13. 由运算放大器构成的滤波器称为无源滤波器。（X）14. 简述什么是截止频率、纹波幅度、带宽和金质因子。答：截止频率：幅频特性值等于 AJ,2（TdB）所对应的频率点；纹波幅度s：通带中幅频特性值的起伏变化值；带宽 B:上下两截止频率之间的频率范围B=fc2-fc1,又称-3dB带宽；品质因子（Q值）：对于一个带通滤波器,其品质因子Q则定义为中心频率f0与带宽B之比，即Q=f0/B。15. 采用多个RC或LC环节级联可极大地改善了过渡带曲线的陡峭度，使滤波器的性能有显著的提高。但具有明显的负载效应和相移增大的问题。(，)

20、16. 恒带宽比的滤波器的通频带在低频段内窄，而在高频段内则较宽。因此，滤波器组的频率分辨率在低频段内较好，在高频段内差。(，)17. 实际中一般利用一个定带宽的定中心频率的滤波器加上可变参考频率的差频变换来适应各种不同中 心频率的定带宽滤波器的需要。(，)18. 1/3倍频程滤波器的频率分辨率高于1/10频程滤波器。(X)19. 仪器放大器电路有很高的共模抑制能力和较低的输出漂移电压。(，)信号处理初步1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.对时域信号x(t),用采样函数s(t)采样，并用矩形窗函数 w进行截断后得到一时间序

21、列，该序列的频谱为X(f)*S(f)*W(f),且为离散频谱。(X)频谱混叠：如果采样间隔 Ts太大(即采样频率fs太低)，那么由于平移距离 1/Ts过小，移至各采样 脉冲对应的序列点的频谱 X(f)就会有一部分相互交迭，新合成的X(f)*S(f)图形与X(f)不一致，这种现象称为混叠。如果x(t)是一个带限信号，其最高频率fh为有限值。如果采样频率fS=1/TS>2fh，那么采样后的频谱X(f)*S(f)就不会发生混叠 。(V)避免发生频谱混叠的措施有提高采样频率、尽量降低信号中的最高频率(抗混叠低通滤波预处理)等。(V)增大A/D的字长位数可提高量化精度。(，)泄漏：时域信号即使为带限信号，在截断后必然成为无限带宽信号，这种信号的能量在频率轴分布扩展的现象称为泄漏。增长截断长度、合理选择窗函数，可减小或抑制泄漏。(，)对时间窗的一般要求是其频谱(也叫做频域窗)的主瓣尽量窄，以提高频率分辨率；旁瓣要尽量低，以减少泄漏。(，)对周期信号实行整周期截断是获得准确频谱的先决条件。(，)相关：用来表述两个信号(或一个信号不同时刻)之间的线性关系或相似程