工程测试技术试题及答案

复习总结一、概念题测试过程中，假设所测试的信号不随时间变更或变更特殊缓慢，称这种测试称为静态测试。假如所测试的信号随时间周期变更或变更很快，这种测试称为动态测试。传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属构造型传感器。为提高和改善传感器的技术性能，可接受以下技术措施：差动技术、平均技术以及补偿与修正技术。传感器的定度曲线〔或标定曲线〕与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性度。传感器的灵敏度是指稳态时，输出变更量与输入变更量之间的比值。对于一阶传感器系统，当其时间常数〔或τ〕越小，其频率响应特性越好。激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。金属电阻应变片的规格一般以面积〔或长×宽〕和初始阻值表示。用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变更的因素有：应变片的灵敏度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。〔因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量〕将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大灵敏度输出。应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。依据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。电涡流接近开关构造简洁，依据其工作原理，不行用来进展类似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的检测。在差动式自感传感器中，假设接受沟通桥路为变换电路，常出现零点剩余电压现象，该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变更转换成线圈互感系数的变更，两个次级线圈要求反向串接。电容传感器的转换电路包括：沟通电桥、变压器电桥、调频电路、运算放大器电路。压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看作是一个电荷源与一个电容器的并联。压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中假设传感器输出接电荷放大器，那么其输出根本不受连接电缆长度的影响。压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。假设组成热电偶的两导体材料一样，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，那么其热敏电阻的阻值与温度之间的关系称热敏电阻的热电特性。它是热敏电阻测温的根底。热敏电阻其温度与阻值之间一般呈非线性关系，且一般不具有互换性。请写出你所知的几种常见光电检测器件的名称：光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管〔还有光电管、光电池、电荷耦合器件CCD〕等。隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式和电容耦合式三种，它们都起到隔离无用信号和放大有用信号的作用。抗干扰是测试系统必需接受的技术。常用抗干扰技术包括：隔离技术、滤波技术、屏蔽技术和接地技术二、简答题〔4小题，合计40分〕传感器的静态特性以及描述静态特性的主要技术指标？传感器的动态特性以及描述动态特性主要技术指标？金属电阻应变片半导应变片的工作原理有何区分？各有何优缺点？应变片测量时为什么要进展温度补偿？常用温补方法有哪些？电容式传感器的变换原理和构造型式？举例说明其应用。压电传感器的特点及应用。热电偶冷端补偿的必要性？常用冷端补偿有几种方法？压阻效应和压电效应的区分？举例说明应用。虚拟仪表组成？与传统的仪表相比，虚拟仪器优点？虚拟仪器的主要组成〔构成〕？三、计算与分析题(3小题，共36分)一台精度为0.5级、量程范围600～1200℃的温度传感器，它最大允许确定误差是多少？检验时某点最大确定误差是４解：依据精度定义表达式%，并由题意确定Ａ＝0.5％，ＹＦ．Ｓ＝〔1200-600〕℃，得最多允许误差Ａ＝Ａ·ＹＦ．Ｓ＝0.5％×〔1200-600〕＝３此温度传感器最大允许误差位３℃。检验某点的最大确定误差为４℃，大于３℃，故此传感器不合格。变间距形平板电容传感器，当时，假设要求测量线性度为0.1%。求：允许间距测量最大变更是多少？解：当变间距平板型电容传感器的<<1时，其线性度表达式为由题意故得，即测量允许变更量。单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为6mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度?假设极板相对移动2mm，求其电容变更量？〔确定：真空中的介电常数为ε0=8.85×10－解：单组式变面积型平板线位移电容传感器，其电容量的计算式为：，此题中b=6mm，δ=0.5mm，故静态灵敏度为：＝＝1.06×10－10(F/m)极板相对移动2mm，其电容变更量：〔F〕压电式压力传感器灵敏度S1=9pC/Pa，将它和一台灵敏度为S2=0.005V/pC的电荷放大器连接，其后再接入灵敏度为S3=25mm解：测试系统框图如下：依据灵敏度的定义，总灵敏度为：进展某次动态压力测量时，所接受的压电式力传感器的灵敏度K1为50.0pc/MPa，把它和一台灵敏度K2可调的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一台灵敏度为K3=10mm/V的笔式记录仪上。试：①绘出该测试系统的框图；②假设当压力变更为2.0MPa时，为使记录笔在记录纸上的位移不大于50mm，那么电荷放大器的灵敏度K2应调至多大？解：计算方法同例3相像，省略详细解。一应变片的电阻R0=120Ω，K=2.05，用作应变为800μm/m的传感元件。(1)求△R与R/R△；(2)假设电源电压Ui=3V，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压U0。以假设干阻值R=100，灵敏度k=2的电阻应变片与阻值R=100的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当工作应变为=1×10－3时，假设要使输出电压大于12mV，问：可接受何种接桥方式？计算当输出阻抗为无穷大时，电桥的输出电压值？解：当灵敏度k=2、阻值R=120的应变片受到工作应变为=1×10－3时的电阻变更量为：计算当输出阻抗为无穷大时，我们分别以半桥单臂、半桥双臂和全桥计算电桥的输出：半桥单臂时：半桥双臂时：全桥时：明显，①只能接受全桥电路；②此时全桥电路输出为20mV.有人在运用电阻应变仪时，发觉灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度。试问，在以下状况下：①半桥双臂各串联一片。②半桥双臂各并联一片。是否可提高灵敏度？说明为什么？假如将100Ω的应变片贴在柱形弹性试件上，该试件的截面积S=0.5×10-4m2，材料弹性模量E=2×101lN/m2。假设由5×104N的拉力引起应变片电阻变更为1Ω，求该应变片的灵敏系数解：试件在拉力F=5×104N作用下，其横截面受到的正应力σ为：在此应力作用下，相应的应变ε为：在此应变下，100Ω的电阻应变片电阻变更为１Ω，即：故可求得应变片的灵敏度系数k为：将一只灵敏度0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线处温度为50℃解法1：依据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度t，冷端温度为50℃E〔t，50〕=60mV又因为：E〔t，50〕=E〔t，0〕－E〔50，0〕那么：E〔t，0〕=E〔t，50〕+E〔50，0〕＝60+50×0.08＝64mV所以热端温度ｔ＝64/0.08=800℃解法2：确定热电偶灵敏度为常数0.08mV/℃，说明所测温度与热电偶输出成线性关系，可设：