测试技术试卷库含答案

/1．何为标定？标定可分为几种类型？静态标定的作用和意义有哪些？答：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。根据标定时输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量.标定分静态标定和动态标定。作用：〔1确定仪器或测量系统的输入-输出关系.赋予仪器或测量系统分度值。〔2确定仪器或测量系统的静态特性标定。〔3消除系统误差.改善仪器或测量系统的正确度。通过标定.可得到测量系统的响应值yi和激励值xi之间的一一对应关系。2．试证明：二阶测量系统当阻尼率ζ为0.7时.输入信号在0～0.58ωn的频率范围内.其幅频特性A<ω>的变化不超过5%。答：二阶系统的幅频特性为当阻尼率ζ为0.7时.输入信号在0～0.58ωn的频率范围内.其幅频特性A<ω>的变化范围为1～0.9535。即A<ω>的最大变化率为4.65%.小于5%.命题得证。3．欲测量某回路中一标称值为10W±1%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,然后用公式P=V2/R计算功率损耗；二是分别测量电阻器两端的电压V和流过电阻器的电流I,由公式P=VI计算电阻器上的功率损耗。估算这两种方案的电功率误差.设V和I的测量结果为V=100±1%<V>,I=10±1%<A>。答：4．叙述测量系统实现不失真测量的条件。在工程测试技术中如何保证测试系统的测试不失真？答：其幅频和相频特性应分别满足：A<ω>=A0=const.φ<ω>=-t0ω即为实现不失真测试的条件。对一阶测试系统而言.测试系统的时间常数τ原则上越小越好。对二阶测试系统而言.其特性曲线中有两段值得注意。一般而言.在ω<0.3ωn范围内.φ<ω>的数值较小.而且φ<ω>-ω特性接近直线。A<ω>在该范围内的变化不超过10%.因此这个范围是理想的工作范围。在ω>〔2.5～3ωn范围内φ<ω>接近180°且差值很小.如在实测或数据处理中采用减去固定相位差值或把测试信号反相180°的方法.则也可接近于不失真地恢复被测信号波形.若输入信号频率范围在上述两者之间.则系统的频率特性受阻尼比ζ的影响较大.因此需做具体分析。分析表明.ζ越小.测量系统对斜坡输入响应的稳态误差2ζ/ωn愈小。但是对阶跃输入的响应.随着ζ的减小.瞬态振荡的次数增多.过调量增大.过渡过程增长。在ζ=0.6～0.7时.可获得较为合适的综合特性。对于正弦输入来说当ζ=0.6～0.7时.幅值在比较宽的范围内保持不变。计算表明.当ζ=0.7时.ω在0～0.58ωn的频率范围中.幅值特性A<ω>的变化不会超过5%.同时在一定程度下可认为在ω<ωn的范围内.系统的φ<ω>也接近于直线.因而产生的相位失真很小。5．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：除了具有理想比例特性的环节外.输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数.这种输入与输出之间的差异就是动态误差。对于一阶系统系统：时间常数t越小.频响特性越好.当wt《1时.A〔w约等于1.表明测试系统输入输出为线性关系。对于二阶系统.当w/wn《1.ζ=0.707时.增大wn.可使无失真测试范围更广。6．某测量系统的频率响应曲线,若输入周期信号x<t>=2Cos10t+0.8Cos<100t-300>,式求其响应y<t>。答：7．试说明：有效地完成一项工程测试〔测动态量一般要进行哪些工作？答：〔1了解被测对象〔2制定测试方案.组建测试系统〔3标定〔4测试〔5数据分析.结果报告10.解释下列术语：测试、测试技术、测试系统、试验。答：测试：是具有试验性质的测量.或者可理解为测量与试验的综合。测试系统:为完成测试或测量任务.所使用仪器和设备的总称。测试技术:是测量技术及试验技术的总称。试验：已知某事物时.为了了解其性能或结果进行的试用操作。11.什么是非电量电测法？一套完整的测试系统有哪些环节构成？各环节有何作用？非电量的电测法就是将各种非电量〔如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等变换为电量.而后进行测量的方法。一个完整的测试系统包括以下几个部分：传感器.信号变换与测量电路.显示与记录器.数据处理器.以及打印等外围设备。<1>传感器：将被测非电量转换成便于放大记录的电量。<2>中间转换:对信号进行放大.调制解调.滤波等。测量电路：将传感器输出的电信号进行处理.使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。<3>显示与记录器：把中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真的显示和记录出来。〔4数据处理器.打印机.绘图仪是上述测试系统的延伸部分.他们能对测试系统输出的信号作进一步处理.以便使所需的信号更为明确化。14.测试系统的静态特性包括哪些参数？简述各参数的概念。1.灵敏度-是仪器在静态条件下响应量的变化量的变化△y和与之相对应的输入量变化△x的比值。2.量程：测量系统能测量的最小输入量至最大输入量范围。3.非线性通常也称为线性度是指测量系统的实际输入输出特性曲线对于理想线性输入输出特性的接近或偏离程度。4.迟滞性：亦称滞后量.滞后或回程误差.表征测试系统在全量程范围内.输入量由小到大〔正行程或由大到小〔反行程两者静态特性不一致的程度。5.重复性：表示测量系统在同一工作条件下.按同一方向作全量程的多次〔三次以上测量时.对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。6.准确度：是指测量仪器的指示接近被测量真值的能力。7.分辨率：是指测试系统能测量到输入量最小变化的能力.即能引起响应量发生变化的最小激励变化量8．漂移：是指当测量系统的激励不变时.响应量随时间的变化趋势。15.如何评价测试系统的动态误差？〔一、二阶系统对于一阶系统系统：时间常数t越小.频响特性越好.当wt《1时.A〔w约等于1.表明测试系统输入输出为线性关系。对于二阶系统.当w/wn《1.ζ=0.707时.增大wn.可使无失真测试范围更广。17．一、二阶系统的动态特性包括哪些参数？与动态响应相关的参数：一阶系统只有时间常数t.二阶系统有固有频率Wn.阻尼比ξ第五章作业1.简述应力测试的基本原理？从原理说明金属丝式应变片与半导体式应变片有何区别？电阻应变片简称应变片.是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件.其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。〔所谓电阻应变效应是指金属导体〔电阻丝的电阻值随变形〔伸长或缩短而发生改变的一种物理现象。金属丝式电阻应变片与半导体式应变片的主要区别在于：前者是利用金属导体形变引起电阻的变化.后者则是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。2.如何选择应变片？〔应变片的选择原则对于被测试件所处的环境和条件.诸如温度、湿度、被测材料的均匀程度、测试的重要性和应变范围等.作出全面的考虑。在测试工作过程中.首先是如何选择能真实地、精确地反应应变的应变片.通常是根据选定的测试方案从以下几个方面加以适当的考虑:1．零件的受力方式2．零件的受力状态3．零件的受力面积及其材料性质4．零件的工作环境5．应变片电阻：6．各类应变片的适用范围7．敏感栅材料：4.温度补偿的意义是什么？补偿的方法有几种？桥路补偿有哪些技术要求？由温度误差及其产生原因于温度变化所引起的应变片电阻变化与试件〔弹性敏感元件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级.如果不采取必要的措施克服温度的影响.测量精度将无法保证。温度误差产生包括两方面：<一>、温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变<二>、试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同.使应变片产生附加应变补偿的方法：1桥路补偿法2应变片自补偿法3热敏电阻补偿法桥路补偿法的补偿块与测试点温度场一致、补偿块与测试对象材料一致、补偿块不受力7.如何根据应力参数的特点建立一套测试系统？根据应力参数的特点.对下面问题进行解决〔1传感器的选择〔2非线性特性线性化〔3温度补偿技术〔4智能化技术〔5可靠性问题〔6抗干扰技术10.简述速度和转速测试的方法和原理。速度测量:测量原理1.物体运动的线速度可以从物体在一定时间内移动的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得.这种方法只能求某段距离或时间的平均速度。越越小.越接近瞬时速度。2.角速度和线速度的相互转化。3.利用物理参数测量：多普勒效应、电磁感应原理4.加速度积分法和位移微分法5.相关法测试方法一、平均速度法平均速度法适用于测量运动较平稳的物体的速度。通过已知的位移Δx和相应的时间间隔Δt来测量平均速度。二、相关法相关法检测线速度.是利用随机过程互相关函数的方法进行的.其原理如图所示。被测物体以速度V行进.在靠近行进物体处安装两个相距L相同的传感器〔如光电传感器、超声波传感器等。传感器检测易于从被测物体上检测到的参量<如表面粗糙度、表面缺陷等.例如对被测物体发射光.由于被测物表面的差异及传感器等受随机因素的影响。传感器得到的反射光信号是经随机噪声调制过的。图中传感器2得到的信号x〔t是由于物体A点进入传感器2的检测区得到的。当物体A点运动到传感器1的检测区．得到信号y〔t。当随机过程是平稳随机过程时.y<t>的波形和x〔t>是相似的.只是时间上推迟了t0<=L/v>.即其物理含义是x<t>延迟to后成x<t－t0>.其波形将和y〔t几乎重叠.因此互相关值有最大值。三、多普勒测速当光源和反射体或散射体之间存在相对运动时.接收到的声波频率与入射声波频率存在差别的现象称为光学多普勒效应.是奥地利学者多普勒于1842年发现的。当单色光束人射到运动体上某点时.光波在该点被运动体散射.散<反>射光频率与人射光频率相比.产生了正比于物体运动速度的频率偏移.称为多普勒频移。转速测量1.数字式转速表测量原理：数字式转速测量系统由频率式转速传感器、数字转换电路和数字显示器等部分组成。首先由传感器把转速转变成频率信号.再通过测量信号的频率或周期来测量转速。2频率法测转速把被测转速转换成脉冲信号第六章作业1.做出应变、压电、压阻三种测压方法的系统框图.并叙述每一框图的工作特点。如要设计一套测压系统.该考虑哪些因素？被测压力-->应变式压力->传感电阻应变仪->测量记录仪|压力标定机应变式压力测量系统组成：应变式测压法适用于在压力作用较长的条件下使用被测压力>压电式压>电荷放大器>测量记录仪力传感器电压放大器|压力标定机压电式压力测量系统组成：压电式测压法适合于压力作用时间短的情况。压阻式压力测量系统组成：工作频率DC-100khz.量程从小到大.应考虑静态灵敏度被测压力>压阻式压>电压放大器>测量记录仪力传感器电阻应变仪|压力标定机第七、八章作业1接触式和非接触式测温方法各有何特点？1.接触式测温接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触.两者之间进行充分的热交换.最后达到热平衡.这时感温元件的某一物理参效的量值就代表了被测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：是感温元件影响被测温度场的分布.响应差、接触不良等都会带来测量误差.另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。2、非接触式测温非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触.而是通过辐射进行热交换.故可避免接触测温法的缺点。优点：具有不改变被测物体的温度分布.热惯性小.测温上限可设计得很高.响应可达微秒、纳秒级.便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。缺点：受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响.其测量误差较大。4.如何建立温度测试系统？〔特点、使用原则测温系统应有足够的准确度和良好的动态响应使用原则：〔1测温范围的大小和精度要求〔2测温元件的大小适当与否〔3在被测对象温度随时间变化的场合.测温元件的滞后能否适应测温要求〔4被测对象和环境条件对测温元件是否有损害5.在不同温度范围.如何选取热电偶进行标定设备？答：300℃以下.采用恒温油浴.与标准水银温度计进行比较；300～1300℃.采用管式电炉.与标准铂铭—铂热电偶进行比较；1300～2000℃.采用钼丝炉.与一等或二等光学高温计进行比较7.如何正确使用惯性式测振传感器进行振动体的振动测量？①当用测振仪测量被测对象的振动时.位移计敏感被测物的振幅,而加速度计则敏感被测物的振动加速度的幅值。因此.位移计总是被用来测量低频大振幅的振动.而高频振动则选用加速度计较为合适。根据位移计和加速度计的工作特性和测量范围.可以看出.位移计的频率必须设计得很低.而加速度计的频率则要设计得很高。因此.通常位移计的尺寸和重量较大.而加速度计的尺寸和重量很小。②阻尼比的取值对测振仪幅频特性和相频特性都有较大的影响.对位移计和加速度计而言.当取值在0.6~0.8范围内时.幅频特性曲线有最宽广而平坦的曲线段.此时.相频特性曲线在很宽的范围内也几乎是直线。对于速度计而言.则是阻尼比越大.可测量的频率范围越宽.因此.在选用速度计测量振动速度的响应时.往往使其在很大的过阻尼状态下工作。2振动传感器的使用<1>振动传感器使用时要安装在能反映试件或结构整体动态特性的位置上.而不要装在可能产生局部共振的地方。当然.如果需要测量的就是局部共振.则例外。<2>一般情况下.振动传感器最好直接装在被测系统上而不使用支架。如必须采用安装支架时.支架应有足够的刚度.并且尽可能轻。传感器安装支架的影响可以这样来估计.即把它视为一简单的无阻尼的弹簧——质量单自由度系统.在弹簧的一端受到激励。通常要使传感器安装夹具的最低阶共振频率为被测上限频率的10倍。<3>应注意传感器在试件上的固定方式.应按传感器说明书中规定的方法进行安装固定。一般来说.用钢螺栓固定.能获得较好的频率特性.如用其它方式.如永久磁铁吸座、粘接剂、蜡粘或手持方式固定时将会影响频响特性.具体影响程度可通过试验确正。<4>应注意传感器信号输出线及接插件的接触可靠程度.避免由接插件接触不可靠而引起噪声。要注意防止接插件受油垢污染.尤其对高输出阻抗的压电式加速度计应特别注意。2.2用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s.2s.5s的正弦信号.问幅值误差将是多少？解：当T=1s时..即.误差为59%当T=2s时..误差为33%当T=5s时..误差为8%2.3求周期信号.通过传递函数为的装置后所得到的稳态响应。解：利用叠加原理及频率保持性解题2.7将信号输入一个传递函数为的一阶装置后.试求其包括瞬态过程在内的输出的表达式。解：..=2.11某力传感器可以作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800Hz.阻尼比.问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时.其振幅比和相角差各为多少？若该装置的阻尼比可改为.问和又将作何种变化？解：作频率为400Hz的正弦力测试时当阻尼比改为时即阻尼比变化时.二阶振荡系统的输出副值变小.同时相位角也变化剧烈.相位差变大。四、问答题〔每小题5分.共25分电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？下图是一种传感器的工作原理图.试问这是何种形式的传感器？用图中符号简述其工作原理。选用传感器时要考虑哪些问题？什么叫调制？什么叫解调？在测量中为何要将信号先调制然后又解调？光电转换元件有哪些优点？由于这些优点使它在工业技术中得到了广泛的应用。计算题〔每题10分.共20分1.用一阶量仪作100Hz 正弦信号的测量.如要限制振幅误差在5%以内.则该量仪的时间常数应设计成多大？2.某光线示波器的振动子输入i<t>为单位阶跃.输出如下图所示的衰减振动.试根据图中数据确定该振动子的固有频率及阻尼比。综合题〔共10分一精密高速机床.传动部分由电机、齿轮、滚动轴承等组成.因操作不当产生了振动现象。现要求：组成一个测量该振动加速度的测试系统〔以框图形式表述简述传感器的选用原则.简述框图各组成部分的作用.简述信号分析时.欲得到信号频谱所采用数字信号处理的具体步骤。任选题〔共5分。以下共有3小题.考生任选一题解答.多做则以前一题计分。采用数字信号处理方法对测试信号进行分析前,必须对所获取的模拟信号进行哪些预处理工作？一磁电式速度传感器的幅频和相频特性如下图所示.其中为该传感器的固有角频率.为被测角频率.其阻尼比为0.7.为了尽量减小测量时的幅值和相位误差.〔1该传感器应工作在什么条件下？〔2f0=10Hz时.其工作最低频率<f>范围应为多少？测量主轴回转误差运动.需使用位移传感器。试根据回转误差运动测量的特定情况〔例如：精确度高、量程范围小、不允许与测量零件接触、主轴表面材质不一定均匀等.逐一分析电感式、电容式、电阻式、光栅式、磁栅式的性能.确定它们适用与否。答案问答题〔每小题5分.共25分1.电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化.半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。2.本题图所示为差动变压器式传感器的工作原理图。测杆P在中间位置时.之间的互感与之间的互感相等.感应电势.测杆上移后,的互感增大,互感减小,反之。3.选用传感器要考虑〔1灵敏度〔2响应特性〔3线性范围〔4稳定性〔5精确度〔6测量方法4.把缓慢变化的信号变为频率适当的交流信号称为信号调制；把调制过的交流信号还原到原来的信号称为解调。调制的目的是为了便于信号的处理和放大。5.光电转换元件的优点是：灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜。计算题〔每小题10分.共20分一阶量仪的频率响应函数①②幅频特性.③欲误差小于5%.应大于0.95,已知④故:应大于0.95,⑤解得:2.①由图可见衰减振动的周期为6.28ms=s即衰减振动的频率.相应②阻尼比与振幅衰减的关系为.图中注明③故有.解得④衰减振动与无阻尼振动的关系为⑤代入值.得综合题〔共10分〔1〔2测量对象为高速、精密机床的振动.其频率较高、振幅不太大.宜采用压电加速计。〔3被测对象产生的振动.其加速度被压电加速度计转换为电信号〔电荷.然后被电荷放大器转换为被放大了的电压信号.经过信号的预处理及A/D转换和运算处理后得到处理数据.再经显示记录即可得到测量处理结果。〔4①信号预处理②采样和量化〔A/D转换③确定分析信号的长度T和数据点数N④选窗函数〔加窗⑤进行FFT运算.从而得到信号频谱任选题〔每题5分1.〔1如果处理前为调制信号首先要进行解调.如果不是调制信号则不需解调。〔2抗混叠泸波。〔3消除直流分量〔当测试信号中不应有直流分量时。〔4电压幅值处理.使幅值适应于A/D转换器的动态范围 2.〔1应工作在的条件下。〔2.即。此时幅值误差很小.相位差接近.成为一个反相器。 3.针对回转误差运动测量的特定情况：〔a测量精度高〔b量程范围小〔c非接触测量〔d材质不均等。逐一分析对照各传感器性能；电感式：a、b、c均可满足.d不满足；电容式：采用极距变化型a、b、c、d各点均能满足；电阻式：除d以外abc均不满足；光栅式：bc不满足；磁栅式：除d以外abc均不满足；经上述分析可知.仅极距变化型电容式传感器适用。〔2简述参数式传感器和发电式传感器的区别.并各举出相应的例子。参数式传感器:从外部供给能量并有被测量控制外部供给能量的变化例如：电阻应变片发电式传感器：直接由被测对象输入能量使其工作例如：热电偶温度计、压电式加速度计<6>说明二阶测量装置的阻尼比的值多采用0.6～0.7的原因。时域分析：二阶系统对阶跃信号的响应.当ξ=0.6-0.8之间.系统以较短时间进入稳态误差+〔2%～5%范围频域分析：从实现不失真测试的条件出发.当ξ=0.6-0.8之间.可以获得较为合适的综合特性。计算分析表明.当ξ=0.7时.在0-0.058ωn的频率范围内.幅频特性的变化不超过5%.同时相频特性接近与直线.因而所产生的相位失真也很小〔11测量仪表的主要性能指标有哪些？请简要说明其含义。量程：仪表能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围精度〔精确度：测量某物理量时.测量值与真值的复合程度。灵敏度：仪表在做静态测量时.输入端的信号增量Δy与输入端信号增量ΔX之比分辨率：仪表能够检测出被测量最小变化的能力。稳定性：在规定的工作条件下和规定的时间内.仪表性能的稳定程度.它用观测时间内的误差来表示重复性：在同一测量条件下.对同一数值的被测量惊醒重复测量时.测量结果的一致程度。温度误差：当环境温度偏离仪表的定标温度〔20摄氏度时.其输出值的变化零点漂移：仪表工作的环