工程测试技术答案(第三版)孔德仁主编

1、第1章测量的基础知识书本：1- 1.欲使测量结果具有普遍科学意义的条件是什么？答：用来做比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；进行比较的测量系统必须是工作稳定的，经得起检验的。1- 2.非电量电测法的基本思想是什么？答：基本思想：首先要将输入物理量转换为电量，然后再进行必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。1- 3.什么是国际单位制？其基本量及其单位是什么？答：国际单位制是国际计量会议为了统一各国的计量单位而建立的统一国际单位制，简称SI,SI制由SI单位和SI单位的倍数单位组成。基本量为长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、发光强度，其单位分别为米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉

2、、摩尔。1- 4.一般测量系统的组成分几个环节？分别说明其作用？答：一般测量系统的组成分为传感器、信号调理和测量电路、指示仪器、记录仪器、数据处理仪器及打印机等外部设备。传感器是整个测试系统实现测试与自动控制的首要关键环节，作用是将被测非电量转换成便于放大、记录的电量；中间变换（信号调理）与测量电路依测量任务的不同而有很大的伸缩性，在简单的测量中可完全省略，将传感器的输出直接进行显示或记录；信号的转换（放大、滤波、调制和解调）；显示和记录仪器的作用是将中间变换与测量电路出来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来；数据处理仪器、打印机、绘图仪是上述测试系统的延伸部分，它们能对测试系统输出的信号作

3、进一步处理，以便使所需的信号更为明确。1- 5.举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么？答：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量，可分为直接比较和间接比较两种。直接将被测量和标准量进行比较的测量方法称为直接比较；利用仪器仪表把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接收的形式，在测量系统的输出端显示出来，弹簧测力。间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的大小。利用位移传感器测速度。1- 6.根据你的理解，谈谈测试技术的内涵。PPT:与书本一致。第2章工程信号及其可测性分析书本

4、：2- 1简述工程信号的分类与各自特点答：根据信号随时间变化分类：动态信号，静态信号根据信号随时间变化规律分类：确定性信号，非确定性信号根据信号的幅值和能量上分类：能量信号，功率信号分析域上分类：时域，频域连续性分类：连续时间信号，离散时间信号可实现方法分类：物理可实现，物理不可实现2- 2确定性信号与非确定性信号分析方法有何不同？答：确定性信号可用数学关系式来描述，给定一个时间值就可得到一个确定的函数值。非确定性信号不能用精确的数学关系式来表达，无法确切地预测未来任何瞬间精确值2- 3什么是信号的有效带宽?分析信号的有效带宽有何意义？答：通常把信号值得重视的谐波的频率范围称为信号的频带宽度或

5、信号的有效带宽。意义：在选择测量仪器时，测量仪器的工作频率范围必须大于被测信号的宽度，否则将会引起信号失真，造成较大的测量误差，因此设计或选用测试仪器时需要了解被测信号的频带宽度。2-4周期信号的频谱有哪几个特点?2- 5简述时限信号与周期信号在频谱分析方法及频谱结构上的差异。答：时限信号的频谱是连续谱；周期信号的频谱是离散谱；时限信号用能量谱表示；周期信号用功率谱表示；时限信号幅值谱纵坐标表示幅值谱密度；周期信号幅值谱纵坐标表示谐波分量的幅值；时限信号采用傅里叶积分分析；周期信号采用傅里叶级数分析；2-6求正弦信号号工血伽+的的均價九、均方值禅和概率畫底範数门答：均值：x(t)为周期函数，均

6、值为一个周期内的均值，正弦函数周期内均值为0,所以信号均值为0均方值：X=X2(sin(wt+0)2=x2/2X2/2cos(2wt+20)=X2/2X2/20=X2/2概率密度函数：斛：誇工科sin垛甲叮成®戸甲|=arcsin(Xty兀皿等式两边対斗求导数；2-7试画出f(t)=3cos3t+5sin231的频谱图(幅度谱和相位谱)*2- 8求半周正弦脉冲信号和三角脉冲信号的傅里叶变换，画出頻谱图，并进行有效带寬分析答：2-9给出川八1"口tun的时域图和頻谱图。2-10绘制周期信号应尸皿皿加+勿的单边幅频谱图和双边幅頻谱图答:弦信号x(t)=sin200t的均值。x(

7、t)为周期函数，均值为一个周期内的均值，正弦函数周期内均值为0,所以信号均值为0均方值：如=(sin(200t)2=0.50.5cos400t=0.50=0.5XPPT:1试分析“频率不变性原理是指任何测试装置的输出信号的频率总等于输入信号的频率”此说法的正确性。答：(错)条件需稳定2阐述工程信号的各自的频谱特性的分析方法有何不同？答：分析方法1) 借助于傅里叶级数2) 狄里赫利(Dirichlet)条件根据傅里叶级数理论，在有限区间上，任何可展开成傅里叶级数的周期函数必须满足狄里赫利条件，即卩 函数x(t)在周期T区间上连续或只有有限个第一类间断点； 函数x(t)只有有限个极值点； 函数收敛

8、(绝对可积)。3周期信号的频谱有哪几个特性？答:离散型谐波性收敛性4简述工程信号的分类及各自特点。根据信号随时间变化分类：动态信号，静态信号根据信号随时间变化规律分类：确定性信号，非确定性信号根据信号的幅值和能量上分类：能量信号，功率信号分析域上分类：时域，频域连续性分类：连续时间信号，离散时间信号可实现方法分类：物理可实现，物理不可实现5试画出f(t)=3sin3t+5cos231的幅频谱图。左5砸件(赵勁亠5邮1G二0,®二0亍-T-ct尸E二0G二1第3章测量系统的基本特性书本：3- 1何为测量系统静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？静态特性：通过标定，得到测量系统的响应值y

9、i和激励值xi之间的一一对应关系，称为测量系统的静态特性。技术指标：描述测量系统静态工作特性的技术指标主要有灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、量程等。3- 2何为测量系统动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？动态特性：系统对激励（输入）的响应（输出）特性。一个动态特性好的测量系统，其输出随时间变化的规律（变化曲线），将能同时再现输入随时间变化的规律（变化曲线），即具有相同的时间函数。技术指标：阶跃响应特性（最大偏离量，延滞时间，上升时间，峰值时间，响应时间）频率响应特性（幅频特性（传感器的动态灵敏度/增益），相频特性）3- 3测量系统实现不失真测量的条件是什么？Hj®）不失真条件：系统的

10、频率响应人丿应满足H（鬥=般=Aoe-肝即:A®)=Ao=常数,怦=-T0所以要使测量系统实现不失真，它的幅频特性应是常数，相频特性应是线性关系。3- 4何为动态误差？为了减少动态误差，在K二阶测量系统中可采取哪些相应的措施？答：控制系统在任意的输入信号作用下达到稳态时的控制误差。TO?减少动态误差：一阶系统时间常数T越小越好，二阶系统一般n选择尽可能的大，°在0.6-0.8之间。3- 5频率响应的物理意义是什么？它是如何获得的？为什么说它反映了系统测试任意信号的能力？频率响应是指将一个以恒电压输出的音频信号与系统相连接时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随

11、频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系（变化量）称为频率响应。获得方法：1. 分析法：基于物理机理的理论计算方法，只适用于系统结构组成易于确定的情况。在系统的结构组成给定后，运用相应的物理定律，通过推导和计算即可定出系统的频率响应。2. 实验法：采用仪表直接量测的方法，可用于系统结构难以确定的情况。常用的实验方式是以正弦信号作为试验信号，在所考察的频率范围内选择若干个频率值，分别测量各个频率下输入和稳态输出正弦信号的振幅和相角值。输出与输入的振幅比值随频率的变化特性是幅频特性，输出与输入的相角差值随频率的变化特性是相频特性。原因：系统的频率响应由幅频特性和相频特性组成。幅

12、频特性表示增益的增减同信号频率的关系；相频特性表示不同信号频率下的相位畸变关系。根据频率响应可以比较直观地评价系统复现信号的能力和过滤噪声的特性。3-6试说明八阶测量系统的阻尼比力求在060.7的原因。原因：此时平直段最宽，达到系统稳态的调整时间最短。3_7已知某二阶系统传感器的自振频率f0=20kHz,阻尼比匚=0.1,若要求该系统的输出幅值误差小于3%,试确定该传感器的工作频率范围。答：11-A(°)<3%0.97«A()1.03/、(1)A(®=(、2一2(1w+4可上t1wJnIw丿n22)结合(1)和(2)式可得：ww0<<0.171.

13、39<<1.41wwn或n(舍去),f=20kHzfo0/曰0<f<3.4kHz得3-8某测肚富统的频率啊应曲线H如=1_山0如点输人周期爪Z扣人试求其响应$仃儿“9有一亍传憾器-it微分方祥为他心成求柠感益的时间常故和静些灵她度E-15厂其中.v为输出电压(mV>Ia为输人温度门3-8A®)=J1+(005®)2-rctan0.05幅频特性答：变性可得：相频特性a响应的叠加性和步频2A(10)=1.79,0.800)=0.157(10)=26.6,(100)30=108.7y(t)=1.79cos(10t26.6)+0.157cos(100t

14、108.7)3-9答：(30s+3)Y(s)=0.15X(s);Y(s)/X(s)=0.15/(30s+3)=0.05/(10s+1).所以时间常数T=10,静态灵敏度S0=0.05mV/°C3-10某力传感器为一典型的二阶系统，已知该传感器的自振频率f0=1000Hz,阻尼比-=07。试问:用它测量频率为600Hz的正弦交变力时，其输出与输人幅值比A(w)和相位差d(w)各为多少？答：wf=0.6wfn0A(®=0.95恠)=-arctanlw-=52.723H集二盼测慣系统的响函数为将川)=ggr+和+山血就亦:汁加op2cos(4wuf+y)Im人此龍浓假定a=0L気

15、.试术偽巧呦输人鞋缭斤的稳葛响W.3-11答：3-12某压力传感器的标定数据如题3-12表所列。分别求以端点连线、端点连线平移线、最小二乘直线作为参考工作直线的线性度、迟滞误差及重复性。-FB-_”一题3-12裘某压力传愍器标定數据乘统怖.1；.mV压力MFrt第一-fti第二轮第fe正行程反石程诳行朝反行握正芥程反行押0.002.712.722x71£G8-2,670+020-560.66a.61CL6S.G40+&90.04工954皿3.994.M4.Q24r1Q.067.397.497.127.52y斗57与？0.0810.S8la.附10.9210.8810,9410

16、.990+1014+4214,M14.4714.4?1S1446答:由上表可得端点连线：压力/MPa00.020.040.060.080.10正方程平均-2.710.603.997.4210.9114.45反方程平均-2.690.684.087.5110.9414.45总平均-2.700.644.047.4710.9314.45两端点(0，-270)，(010，1445)两点成线得直线：y=-2.7+171.5。YFS=14.45-(-2.70)=17.15。0.125=x100%=0.7%l17.155h=豊X100%=°52%5=0055X100%=°32%(1)端点平

17、移线：令y=171.5x+b。理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+bALb+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b通过上面线性关系可求得b=-2.67y=171.5x-2.67YFS=14.45-(-2.70)=17.15。5=x100%=0.35%l17.155h=豊X100%=°52%5=0055X100%=°32%(3)最小二乘直线通过最小二乘法可求直线为y=171.5x-2.77理想-2.770.664.097.5210.9514.38AL0.070.020.050.050.020.07YFS=14.38-

18、(-2.77)=17.155=x100%=0.41%l17.155=0.52%H5=0.32%3-13一测试装置的幅频特性如题3-13图所示，相频特性为：w=125.5rad/s时相移75°；w=150.6rad/s时相移180°。若用该装置测量下面两复杂周期信号题3-U图(f)/I|siiil25.5-FAjsin!G/形A3?in626f+Atsin700£朮何该装置对工仃)利齐2能否理现不失贯测屋？为什么？=125.5rad/s,()=75。,=150.6rad/s,()=180°°®)与°不成线性关系x(t)所以该装

19、置对1幅值不失真，但是相位失真，不能实现不失真测量条件。x(t)同理对信号2也不能实现3-14判断题。(1) 频率不变性原理是指任何测试装置的输出信号的频率总等于输入信号的频率。答：(错)条件需稳定(2) 连续模拟信号的频谱具有谐波性、离散性、收敛性特点。答：(错)要为周期信号系统的传递函数H(s)=Y(s)/X(s),式中Y(s)、X(s)分别为响应与激励的拉氏变换，表明H(s)将随X(s)的减小而增大。答：(错)H(s)是固有特性3-15将连续时间信号进行离散化时产生混叠的主要原因是什么？答：采样间隔太宽3-16叙述采样定理,并说明你对该定理是如何理解的。采样过程所应遵循的规律，又称取样定

20、理、抽样定理。采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时（fs.max>2fmax），采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.564倍如果对信号的其它约束是已知的，则当不满足米样率标准时，完美重建仍然是可能的。在某些情况下（当不满足采样率标准时），利用附加的约束允许近似重建。这些重建的保真度可以使用Bochner定理来验证和量化。PPT:1. 何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？答：静态特性：通过标定，得到

21、测量系统的响应值yi和激励值xi之间的一一对应关系，称为测量系统的静态特性。技术指标：描述测量系统静态工作特性的技术指标主要有灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、量程等。2. 何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？答：动态特性：系统对激励（输入）的响应（输出）特性。一个动态特性好的测量系统，其输出随时间变化的规律（变化曲线），将能同时再现输入随时间变化的规律（变化曲线），即具有相同的时间函数。技术指标：阶跃响应特性（最大偏离量，延滞时间，上升时间，峰值时间，响应时间）频率响应特性（幅频特性（传感器的动态灵敏度/增益），相频特性）3. 测量系统实现不失真测量的条件是什么？答：不失真条件：系统

22、的频率响应Hj应满足H凶=j=Aoe卅即:A(3)=Ao=常数,e(円=_to所以要使测量系统实现不失真，它的幅频特性应是常数，相频特性应是线性关系。、4. 何为动态误差？为了减少动态误差，在一、二阶测量系统中可采取哪些相应的措施？答：控制系统在任意的输入信号作用下达到稳态时的控制误差。减少动态误差：一阶系统时间常数T越小越好，二阶系统一般n选择尽可能的大，。在06-08之间。5. 已知某二阶系统传感器的自振频率f=20kHz,阻尼比=0.1，若要求该系统的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。答：11_A(°)<3%0.97<<A()1.03()A(

23、9=2+42wn丿ww0<<0.171.39<<1.41ww结合(1)和(2)式可得：n或n(舍去)wf一=丄,f=20kHzwf0又常f0得0<f<3.4kHz6.某测量系统的频率响应曲线H(jw)=1+爲,若输入周期信号x(t)=2cos10t+0.8cos(100t-30)，试求其响应y(t)。A®)=.J1+(0.05®)2-rctan0.05幅频特性答答：变性可得：相频特性a响应的叠加性和步频2A(10)=1.79,0.800)=0.157(10)=-26.6,(100)-30=-108.7y(t)=1.79cos(10t26.

24、6)+0.157cos(100t-108.7)30%,+3y=0.15x7. 有一个传感器，其微分方程为dt，其中y输出电压(mV)，x为输入温度(°C),试求传感器的时间常数和静态灵敏度k答：(30s+3)Y(s)=015X(s);Y(s)/X(s)=015/(30s+3)=005/(10s+l)所以时间常数T=10,静态灵敏度k=0.05mV/°C8. 某力传感器为一典型的二阶振荡系统，已知该传感器的自振频率広1000Hz,阻尼比2=0.7a(w)，试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比a(w)和相位差A(w)各为多少？1答：wf=0.6wfn0

25、A(®=0.95-=52.72w一arctan(、w9.某压力传感器的标定数据如表4.1所列。分别求以端点连线、端点连线平移线、最小二乘直线作为参考工作直线的线性度、迟滞误差及重复性。X压力/MPa系统输出/mV第一轮第二轮第三轮正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.74-2.72-2.71-2.68-2.68-2.670.020560660610680640690043954.053994094.024110067.397.497.427.527.457.5200810.8810.9410.9210.8810.9410.9901014421442144714.4714.461

26、446两端点（0，-270），（010，1445）两点成线得直线：y=-2.7+171.5。YFS=14.45-（-2.70）=17.15。5=X100%=0.7%l17.155h=X100%=°52%5=0055X100%=°32%(2)端点平移线：令y=171.5x+b。理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+bALb+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b通过上面线性关系可求得b=-2.67y=171.5x-2.67YFS=14.45-(-2.70)=17.15。5=x100%=0.35%l17.155h=豊X1

27、00%=°52%5=X100%=°32%(3)最小二乘直线通过最小二乘法可求直线为y=171.5x-2.77理想-2.770.664.097.5210.9514.38AL0.070.020.050.050.020.07YFS=14.38-(-2.77)=17.155=x100%=0.41%l17.155=0.52%H5=0.32%H第4章计算机测试技术书本：4- 1简述现场总线协议参考模型的组成及各层含义。1) 物理层(第1层)物理层并不是物理媒体本身,它只是开放系统中利用物理媒体实现物理连接的功能描述和执行连接的规程。物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的

28、、功能的和过程的条件。简而言之,物理层提供有关同步和比特流在物理媒体上的传输手段,常用的接口协议有RS232C、RS422、RS485等标准。数据链路层用于建立、维持和折除链路连接实现无差错传输的功能,在点到2）数据链路层（第2层）点或点到多点的链路上,保证信息的可靠传递。该层对连接相邻的通路进行差控制、数据成帧、同步等控制。检测差错一般采用循环冗余校验（CRC），纠正差错采用计时器恢复和自动请求重发（ARQ）等技术。其典型的协议有OSI标准协议集中的高级数据链路控制协议HDLC网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。它的主要功能是利用数3）网络层（第3层）据链路层所提供的相邻节点间的无

29、差错数据传输功能,通过路由选择和中继功能实现两个系统之间的连接。在计算机网络系统中,网络还具有多路复用的功能4）传输层（第4层）传输层完成开放系统之间的数据传送控制。主要功能是开放系统之间数据的收发确认。同时,还用于弥补各种通信网络的质量差异,对经过下三层之后仍然存在的传输差错进行恢复,进一步提高可靠性。另外,还通过复用、分段和组合、连接和分离、分流和合流等技术措施,提高吞吐量和服务质量。5）会话层（第5层）会话层依靠传输层以下的通信功能使数据传送功能在开放系统间有效地进行。其主要功能是按照在应用进程之间的约定,按照正确的顺序收、发数据,进行各种形式的对话。控制方式可归纳为两类:一是为了在会话

30、应用中易于实现接收处理和发送处理的逐次交替变换,设置某一时刻只有一段发送数据。因此,需要有交替改变发信端的传送控制。二是在类似文件传送等单方向传送大量数据的情况下,为了防备应用处理中出现意外,在传送数据的过程中需要给数据打上标记,当出现意外时,可由标记处重发。例如,可将文件分页发送,当收到上页的接收确认后,再发下页的内容。6）表示层（第6层）表示层的主要功能是将应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式,如提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。表示层仅对应用层信息内容的形式进行变换,而不改变其内容本身。7）应用层（第7层）应用层是OSI参考模型的最高层。其功能实现应用进穩如用户

31、程序、终端操作员等）之间的信息交换,同时,还具有一系列业务处理所需要的服务功能。4- 2根据你的理解请给智能传感器下一个确切的定义。答：智能传感器是其于现场总线数字化、标准化、智能化的要求，带有总线接口，能自行管理自己，在将检测到的信号进行处理变抑郁后，能以数字量形式通过现场总线与上位机进行信息传递。具备学习、推理、感知、通信以及管理功能的新型传感器。4- 3挂接在GBIB接口总线上的器件按它们的作用不同可分为讲者、听者和控者三类，分别解释何为讲者器件、听者器件和控者器件，在该控制总线上三者之间的关系有何规定。答：控者器件：指定谁是讲者，谁是听者的器件讲者器件：指发送数据到其它器件的器件听者器

32、件：指导接收讲者发送的数据的器件规定：控者由系统定义，只有一个，讲者一次只能有一个器件被寻址为讲者，而听者有多个，一台用作控者的PC可以同时扮演上述三种角色。4-4简答下列有关IEEE-488接口的基本#性问题：（1）IEEE488接口采用何种信息传递方式？答：IEEE488使每个单或控制器与被控仪器装置之间通过总线以并行方式进行通信联系。（2）接口逻辑电平是怎样规定的？答：接口逻辑采用负逻辑（标准的TTL电平），任一根线上都可以以零逻辑代表“真”条件。DAV为低电平时，表示接收器可以从总线上接收数据NRFD为高电平时，表示所有的接收器都准备好接收数据NDAC为低电平时，表示数据尚未接收完IF

33、C为有效低电平，表示整个总线停止工作ATN：“1”表示数据总线上传送的是地址或命令，“0”表示传送的是数接据（3，8根数据总线在使用中有几种工作模式？答：前七位构成ASCII码，最后一位作其它作用，如奇偶检验，有两种工作模式，传送数据和命令作息4-5GPIB总线标准中规定了哪些基本特性？（1，GPIB采用字节串行/位并行协议。GPIB通过连接总线传输信息而实现通信。（2）GPIB使用负逻辑，（标准的TTL电平），任一个线上都以零逻辑代表“真”条件（即“低有效”条件，这样做的重要原因之一是负逻辑方式能提高对噪声的抗御能力。（3，控者讲明谁是讲者，谁是听者。每个GPIB系统都必须定义一个系统执行控

34、者。讲者指发送数据到其它器件的器件，听者指接收讲者发送的数据的器件。大多数GPIB器件都可充当讲者和听者。4- 6简述常用接口总线类型及其主要特点？答：IEEE-488接口总线1采用字节串行/位并行协议2控者讲明谁是讲者，谁是听者3使用负逻辑VXI总线1高速传输2模块式结构3小型便携4灵活性强PXI总线1价格低2应用范围较广3星型触发系统4- 7什么是虚拟仪器？虚拟仪器有何特点？答：虚拟仪器是指有虚拟仪器面板的个人计算机，它由通用计算机、模块化功能硬件和控制专用软件组成。“虚拟”是指一：面板是虚拟的，二：由软件编程实现虚拟测量功能。特点：功能由用户自己定义，面向应用的系统结构，展开全汉化图形界

35、面，数据可编辑存储，打印，软件是关键，价格低廉，技术更新快，基于软件体系的结构，大大地节省了开发维护费用。4-8试用LabVIEW软件开发平台设计一个频谱分析仪。PPT：1挂接在IEEE488接口总线上的器件按它们的作用不同可分为讲者，听者，控者三类器件，分别解释何为讲者器件，听者器件，控者器件，在该总线上三者之间的关系有何规定？答：控者器件：指定谁是讲者，谁是听者的器件讲者器件：指发送数据到其它器件的器件听者器件：指导接收讲者发送的数据的器件规定：控者由系统定义，只有一个，讲者一次只能有一个器件被寻址为讲者，而听者有多个，一台用作控者的PC可以同时扮演上述三种角色。2何谓“三线连锁”？答：三

36、条握手线异步地控制各器件之问的信息字节的传输，其三线连锁握手模式保证了数据线上的信息字节正确无误地发送和接收,三条握手线分别代表三种含义,分述如下: NRFD(notreadyfordata)指出一个器件是否已准备好接收一个数据字节,此线由所有正在接受命令(数据信息)的听者器件来驱动。 NDAC(notdataaccepted)指出一个器件是否已收到一个数据字节，此线由所有正在接收(数据信息)的听者器件来驱动。在此握手模式下,该传输率将以最慢的执行听(正在听)者为准，因为讲者要等到所有听者都完成工作。在发送数据和等待听者接受之前,NRFD应置于“非”。 DAV(datavalid)指出数据线上

37、的信号是否稳定、有效和可以被器件验收当控者发送命令和讲者发送数据信息时都要中报一个DAV。第5章测试结果及误差分析书本：5- 1说明误差的分类，各类误差的性质、特点及对测量结果的影响。为了便于对测量误差进行分析和处理,按照误差的特点和性质进行分类,可分为随机误差、系统误差、粗大误差。1) 随机误差在相同的测量条件下,多次测量同一物理量时,误差的绝对值与符号以不可预定的方式变化着也就是说,产生误差的原因及误差数值的大小、正负是随机的,没有确定的规律性,或者说带有偶然性,这样的误差就称为随机误差。随机误差就个体而言,从单次测量结果来看是没有规律的,但就其总体来说,随机误差服从定的统计规律。2) 系

38、统误差在相同的测量条件下,多次测量同一物理量时,误差不变或按一定规律变化着,这样的误差称之为系统误差。系统误差等于误差减去随机误差,是具有确定性规律的误差,可以用非统计的函数来描述系统误差又可按下列方法分类(1)按对误差的掌握程度可分为已定系统误差和未定系统误差。已定系统误差:误差的变化规律为已知的系统误差。未定系统误差:误差的变化规律为未确定的系统误差。这种系统误差的函数公式还不能确定,一般情况下可估计出这种误差的最大变化范围。(2)按误差的变化规律可分为定值系统误差线性系统误差、周期系统误差和复杂规律系统误差。定值系统误差:误差的绝对值和符号都保持不变的系统误差。线性系统误差:误差是按线性

39、规律变化的系统误差,误差可表示为一线性函数周期系统误差:误差是按周期规律变化的系统误差,误差可表示为一三角函数复杂规律系统误差:误差是按非线性、非周期的复杂规律变化的差可用非线性函数来表示。3) 粗大误差粗大误差是指那些误差数值特别大,超出规定条件下的预计值,测量结果中有明显错误的误差。这种误差也称粗差。出现粗大误差的原因是在测量时仪器操作的错误,或读数错误,或计算出现明显的错误等。粗大误差一般是由于测量者粗心大意、实验条件突变造成的粗大误差由于误差数值特别大,容易从测量结果中发现,一经发现有粗大误差,应认为该次测量无效,即可消除其对测量结果的影响5- 2什么是标准偏差？它的大小对概率分布有什

40、么影响？答：标准误差不是误差的具体值，而是按一定置信概率(P=68.3%)给出的随机误差变化范围(置信限)的一个评定参数。标准误差的大小不同，概率密度函数形状不同。标准误差作为误差的评价，表示随机误差不大于标准误差的置信度，其对应的置信区间为-Z,Z。在此置信度下，高精度的测量得到较小的土Z置信区间；低精度的测量具有较大的土Z置信区间。5- 3系统误差、随机误差、粗大误差产生的原因是什么？对测量结果有何影响？从提高测量精度来看，应如何处理这些误差？见第一题5- 4什么是等精度测量？什么是不等精度测量？答：等精度测量是指在测量条件不变的情况下，对某一被测几何量进行的多次测量。相反，在测量过程中全

41、部或部分因素和条件发生改变称为不等精度测量。5-5对某量进行7次测量，测得值为：802.40、802.50、802.38、802.48、802.42、802.45、802.43,求其测量结果。答：x=1工x=802.447ii=1s()xi=16汛厂x>=0.043甲i=1sX)SX)=0.02根据A类不确定度，所以测量结果为802.44+0.025- 6欲测某回路中一标称值为IUU-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,然后由公式计算功率损耗;二是分别测M电阻器两端的电压V和流过电阻器的电流由公式计算电阻器上的功率损耗。估算这两种方案的电功率测搋误差，设V

42、和I的测M结果为'V；'i八.答.(1)p=2口.R，6VRdPV_2dRR2L(p)2L(p)(2x10010丿xi+(巴2f102x0.01=22.4w2)P=VI,退avSRL(p)=L(p)=J(10)2x1+X100)20.01=14.1W5- 7圆柱体的直径及高度的相对标准偏差均为0.5%,求其体积的相对标准差为多少？兀答：V=一d2h4d、h不相关：U(V)=cU(V)=cx(0.5%d)2+2x(0.5%h)2兀U(V)=279510-32dhc相对标准差：U(ycV2.795x10-3兀d2h1s冗=LI%d2h45- 8用高质量钢卷尺对50m跑道长度进行测量

43、，卷尺带有一定张力拉紧，作用在卷尺上的温度效应和弹性效应很小，可忽略不计，由卷尺刻度引起的误差为士3mm。跑道6次测量结果见题5-8表，试对跑道测量的不确定度进行评定。题K表1甲冊】g3141&6.r./m盹00319.99A15G.0045Qh001IS*.99&5仇OOS-x/、|工J-X丿x=i=50.0017ms(x)=i=0.0028mnin1s£)=±2=0.0011mvnu=s(元)=0.0011m，有效自由度vl=n-l=5A计算uRBA=+3mm，UB40.003=0.00173m有效自由度为无穷大。求合成不确定度u=Vu2+U2二V0.0

44、0112+0.001732=0.00205cm叫0.002054Gw+w40.00114+。.001734y1y258C&E求合成不确定度的有效自由度乙打求扩展不确定度的包含因子根据合成不确定度的有效自由度乙=60,置信度系数0.95或0.99，按t分布查表得:则95(60)=2，上0.99(60)=2.66,U=ku=2X0.00205=0.00410m0.004m0.95cU=fcu=2.66X0.00205=0.00545m0.005m0.99c工件报告x=元±=50.002±0.004mt095(60)=2或x=±=50.002±0.00

45、5mt099(60)=2.660.995-3沟求长方休的体积讥尉其边长sb，进齐测测城値分则为*阳.5mm,A=32.0tr-22.3tmn它心的系统课差分别A：6*=0.9mm仙=1.Jtrnm加=1甫我悴机甘和其系统课蛊答：V=abc=13408mm3a,b,c不相关，Uc(V')=J(业)2(Aa)2+(业)2(Ab)2+(业)2(Ac)2=J(bc)2a)2+(ac)2(Ab)2+(ab)2(Ac)2=872.7mm35-0已知则体积为13408mm3,系统误差为8727mm3左巧的相对不咖追裁井跚如下：Wcrrl匸匕0%讪=MMrrrl乂=l+3/*l=6；Urr|i=l,Q

46、?0*1-=IOz互不相丸试计算了的扩展不稱足度"=工呱g是乘号答.u2=f(pu)(=口rel(y)crelii=12%)2+1x+.5%'l2丿0.992u=2.61%5)13u=uy=xx22x2.61%crel(y)rel(y)12313u=3u=xx2x27.83%crel(y)23.VeffPu-=18.13411s4d1第一种方案ddL=L_1_14d2s2+s2+s2=9lymL""1第二种方案s2L211+_s2+s2=10.9卩m4d14d2第三种方案=L+L=1+2=6.4卩m4L14L2即第三种方案为最佳测量方案答：（a）中R分得的

47、电流I为RxR+RVx01,R=所以R=xIxRRxVTR+RVx0绝对误差：AR相对误差：raARx-Rx0R20R+RVx0R2xR+0Rx100%=-_v牛Rx0x0RxR+RVx0xlOO%R(b)中R分得的电压U为临U,xR+RAx0U-，得R-RIx'+Rx0A绝对误差：AR=R-R=Rxxx0Ay=kx+b,y=R,x=t-20,k=Ra,b=R_2020y=26.2l=£(x-x)(y-y)=47.75xyii相对误差：i=llk=严=0.109lxxb=y-kx=24.29R=24.29Qa=4.49x10-32024.29随R增大而增大，r随R增x0bx0

48、讨论：用（a）测得的结果偏小，（b）测得的结果偏大，且ra大而减小，大电阻选（a）,小电阻选（b）,这时相对误差较小5-13已知某电路电阻R=（1士0.001）Q，用电压表测得及上电压为U=（0.53士0.01）mV,由此得出的电路电流I应为多少？误差有多大？在什么情况下可使电流误差最小？0.53答：电流I-0.53mA1I=,U2(IU=(丄)22(V)+(-U)2u2(R)=(0.01)2+(0.53)2X(0.001)2=1.0028x104RcRR2U(I.01mAc所以I=(0.53+0.01)mA多次重复测量或提高电压的测量精度5-14设两只电阻R1=（150士0.6）Q,R2=6

49、2（1士2%）Q，试求此二电阻分别在串联和并联时的总阻值及其误差？串联r=r+r=2120a（R）=a2（R）+a2（R）=1.38012cV12并联R=R+R=43.90a（R）=/'、Ya2（R）+f/R1Ya2（R）=0.620R1+R2C21+2丿1"+丿2由以上分析可知,并联的绝对精度要比串联的高,但相对精度要比串联的低,要提高以上的精度必须提高两只电阻的精度。5-15已知某仪器测量的标准差为0.5um。（1）若用该仪器对某一轴径测量一次，得到的测量值为26.2025mm,试写出测量结果（k=2）。（2）若重复测量10次，测量值如题5-16表所列，试写出测量结果（k

50、=2）g5-16护号1235526.20262偲226.2U23.2026j.'niEia竝跑626.E02S26.202S答：(l)x=(26.2025+0.0005)mm(2)X=昱x=26.202510ii=1=0.00022mms(X7X10-5故测量结果为（26.2025土7x10-5）mm5-16用一把卡尺测量一个工件的长度，在相同条件下重复进行7次测量人测量值如下:253、252、24.9、250、27.3、251、254（单位cm）。检定证书上给出卡尺经检定合格，其最大允许误差为土lcm,要求报告该工件长度及其扩展不确定度。该答案为允许误差+lmm时的答案，该题与5-8

51、类似解：（1）剔除粗大误差27.32）计算平均值x=25.15cm25.2cmi(3)计算s(x.)isF(X-X)2i=0.187cm(4)计算s(X)s(X)=巴2=0.187=0.076cmn<6(5)u=s(x)=0.076cm，有效自由度v1=n-1=5A(6)计算uBaa0.1u=，游标卡尺按均匀分布查k值，得u=0,0577cmBkBkv3有效自由度为无穷大。（7）求合成不确定度u=；'u2+u2=10.0762+0.057720.096cmcAB求合成不确定度的有效自由度寫12.7沁12u40.0964u4u40.076440.05774A+B+vv5g129）求

52、扩展不确定度的包含因子根据合成不确定度的有效自由度G=12，置信度系数°95或099,按七分布查表得:t(12)=2.18,t(12)=3.08则0.950.99Uku2.18x0.960.21cm沁0.2cm0.95cUku3.08x0.960.296cm沁0.3cm0.99c(10)工件报告xx+U25.2±0.2cmt(12)2.180.95或xx±U25.2±0.3cmt(12)3.080.995-17某间轅敷也的函数成为$=“如J-试lt.V的标榔規差式于门2业"方别即汀接溥“前的掠准误型.2c=IX22答：y空c2=：a2x2C2+

53、a2x2C2x.'02x01x25-18某一热敏电容的温度和电容值的实测数据如题5-18表所列，试用最小二乘法原理求其数学表达式，并求出最小二乘法线性度和电容对温度的灵敏系数。nXtC-XtXCfzfi+匸=7.457nXt2-Xt2ii工C工12工t工tCaa=iifii=11812a0nXt2Xt21ii7031105|BiZ6S7冏®5-INC=7.457t+1181.2拟合直线：AC39S=mzrX100%=X100%=7.1%线性度：CYfs549灵敏度：S=-74573用搁呆线电隔咙關废它化观M!*題：腔斯列，堵用扭舎办呼定理和答：令y=kx+b,y=Rx=t-20,k=R,b=R2020则x=17.5,y=26.2l=X（xx）2=437.5,l=X（xx一）（yy一）牟7.75xxixyiii=1i=1lk=y=