《測試技術(shù)》課后習(xí)題答案

1、 第一章答：測試技術(shù)是實驗科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法，是進行各種科學(xué)實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。答：測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器將被測物理量檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行信號分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。答：在工程領(lǐng)域，科學(xué)實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測試技術(shù)。測試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€工程領(lǐng)域。答：例如：全自動洗衣機中用到如下傳感器：衣

2、物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器（洗凈度）液位傳感器，電阻傳感器（衣物烘干檢測）。第二章F-答：信號波形是指被測信號幅度隨時間的變化歷程。答：從信號描述上分為：確定性信號與非確定性信號；從信號的幅值和能量上分為：能量信號與功率信號；從分析域上分為：時域與頻域；從連續(xù)性分為：連續(xù)時間信號與離散時間信號；從可實現(xiàn)性分為：物理可實現(xiàn)信號與物理不可實現(xiàn)信號。答：可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為確定性信號。不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為非確定性信號。4答：在所分析的區(qū)間（-8,8），能量為有限值的信號稱為能量信號，能量不是有限值的信號稱為功率信號。答：周期信號的自相關(guān)函

3、數(shù)仍然是同頻率的周期信號，但不保留原信號的相位信息。6答：信號頻域分析是采用傅立葉變換將時域信號x(t)變換為頻域信號X(f)。時域分析只能反映信號的幅值隨時間的變化情況，除單頻率分量的簡諧波外，很難明確揭示信號的頻率組成和各頻率分量大小。信號頻譜X(f)代表了信號在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀，豐富的信息。答：周期函數(shù)展開為傅立葉級數(shù)的物理意義:把一個比較復(fù)雜的周期信號看成是許多不同頻率的簡諧信號的疊加。答：平均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、自功率譜密度函數(shù)、互功率譜密度函數(shù)、相干函數(shù)等。第三章F-答：傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換

4、成另一種信息的裝置。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。答：傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。答：工作原理：利用電阻應(yīng)變片受力產(chǎn)生應(yīng)變而使電阻值發(fā)生變化的原理來測量被測參數(shù)的大小。特點：性能穩(wěn)定，精度高。測量范圍廣。對環(huán)境條件適應(yīng)能力強。應(yīng)變式傳感器在稱重，測力，測壓力，扭力，加速度等參量方面得到廣泛應(yīng)用。答：電容式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)化為電容器電容量變化的一種傳感器。特點：輸入能量小，靈敏度高。動態(tài)特

5、性好。能量損失小。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好。類型：變間隙式電容傳感器、變面積式電容傳感器、變介電常數(shù)式電容傳感器使用中應(yīng)注意：變間隙式電容傳感器非線性較大，應(yīng)采用差動結(jié)構(gòu)和電路進行改善。電纜電容影響大。解決方法：采用雙層屏蔽電纜。采用小型集成電路，放在傳感器內(nèi)部，即傳感器分測量電路一體化。答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，把被測量非電量轉(zhuǎn)換為線圈電感的變化。特點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；靈敏度高，分辨率較大；測量的精度較高；頻率響應(yīng)較低，不宜測試高頻動態(tài)參數(shù)。廣泛用于測量位移及能引起位移變化的參量，如力，壓力，速度，加速度，流量，厚度等。答：壓電式傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。物質(zhì)在

6、機械力作用下發(fā)生變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在它的兩個表面上將產(chǎn)生符號相反的電荷，去掉外力時電荷立即消失。特點：靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，重量輕。固有頻率高，頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)特性好。主要用于測量動態(tài)參量，不適用于測靜態(tài)參量。要求絕緣電阻高，要求采用嚴格的絕緣措施，使用絕緣性能良好的材料。在測量加速度，動態(tài)壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。使用中應(yīng)注意：主要用于測量動態(tài)參量，不適用于測靜態(tài)參量。要求有很高的絕緣電阻。使用電壓放大器時，當(dāng)改變電纜長度時，前置放大器輸入電壓與傳感器靈敏度都會發(fā)生變化。因此，在使用中，電纜不是規(guī)定的長度時，要重新標(biāo)定靈敏度。答：霍耳式傳感器的工作原理是利用霍爾效應(yīng)：

7、金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。答：熱電偶是由兩種不同的導(dǎo)體A和B兩端相連組合閉合回路。如果兩端溫度T和T0不相等時，回路中就有電流通過，即回路內(nèi)出現(xiàn)了電動勢，該電動勢稱為熱電勢?；径桑?)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，只要接入的中間導(dǎo)體兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。（2）連接導(dǎo)體定律在熱電偶回路中，如果熱電偶A和B分別與連接導(dǎo)體A,B和相連接，接點溫度分別為T,T,T。則該回路的熱電勢等于熱電偶A,B在溫度為T,T的熱電n0n0勢E（T,T）與連接導(dǎo)體A,B在溫度為T,T的熱電勢E（T,T）的代數(shù)和。

8、ABn0n0ABn0（3）中間溫度定律兩種導(dǎo)體A和B組成的熱電偶，當(dāng)接點溫度為T,T時所產(chǎn)生的熱電勢，等于0該熱電偶一個接點溫度為T，另一個接點溫度為T所產(chǎn)生的熱電勢與同一熱電偶n一個接點溫度為T,另一個接點溫度為T時所產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和。n0（4）相配定律由導(dǎo)體A和B組成的熱電偶，當(dāng)接點溫度為T和T時所產(chǎn)生的熱電勢，等0于由導(dǎo)體A和C組成的熱電偶，在兩端溫度也為T和T時所產(chǎn)生的熱電勢與由導(dǎo)0體C和B組成的熱電偶，在兩端溫度也為T和T時所產(chǎn)生的熱電勢的代數(shù)和。0冷端補償：冰點法、修正法、補償電橋法答：傳感器選擇的基本原則：（1）傳感器的使用環(huán)境：實驗設(shè)備允許傳感器的體積大小、安裝方式以及信號

9、的引出方式等；使用的溫度，濕度，嚴酷度范圍等（2）傳感器的靜態(tài)性能包括量程、靈敏度和線性度等。量程，一般最大信號為滿量程的6080%;精度，線性度和靈敏度等反映傳感器的精度；靈敏度決定信號的信噪比（3）傳感器的動態(tài)特性，響應(yīng)速度，頻率特性等第四章答：測試系統(tǒng)是執(zhí)行測試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。答：測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化，則稱為靜態(tài)測量。答：靜態(tài)測量時，測試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。答：靈敏度、非線性度、回程誤差、重復(fù)性、分辨力、可靠性等。5答：時域條件：測試系統(tǒng)的輸出y（t）與輸入x（t）滿足關(guān)系y（t）=A0 x（t-t0）答：不失真測試系統(tǒng)的幅頻特

10、性和相頻特性應(yīng)分別滿足A（3）=A0=常數(shù)申（3）=_t03答：t肌0.38答：設(shè)計原則：阻尼比Z=0.6-0.8，固有頻率盡可能大。選用原則：被測信號的有意義的頻率成分必須包含在測量裝置的可用頻率范圍之內(nèi)。一般，0.69答：n1H（購）二1-町+2兀3丿3nn幅頻特性相對幅值誤差第五章答：信號調(diào)理的的目的是便于信號的傳輸與處理。（1）傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。（2）有些傳感器輸出的是電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。（3）某些場合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信進行調(diào)制解調(diào)處理。2

11、答：一階RC低通濾波器、一階RC高通濾波器、RC帶通濾波器、RC帶阻濾波器。3答：調(diào)幅是將一個高頻正弦信號（或稱載波）與測試信號相乘，使載波信號幅值隨測試信號的變化而變化4答：調(diào)頻是利用信號x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波.答：將信號記錄在磁帶上，并能以電信號重新輸出，這就便于和數(shù)據(jù)處理機、電子計算機聯(lián)用，進行高精度、高速的數(shù)據(jù)分析處理?？梢钥熹?、快放或快錄、慢放，很容易做到壓縮時間軸，對分析、研究瞬態(tài)過程或長時間過程有利。工作頻帶寬，從直流到1MHz以上，信噪比高，線性度好，零點漂移小，易于實現(xiàn)多點記錄。第六章答：絕對誤差是

12、指測得值與真值之差。相對誤差是指絕對誤差與被測真值的比值。答：引用誤差是指測量誤差的最大絕對值與儀表滿量程的百分比。一般儀表常用此指標(biāo)表示儀器的精度等級。解：使用300V，0.5級電表，示值相對誤差為：使用100V，1.0級電表，示值相對誤差為：故選用100V，1.0級電表為好。答：工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差。答：系統(tǒng)誤差是指誤差的數(shù)值大小和正負在測量過程中恒定不變，或按一定規(guī)律變化的誤差。當(dāng)誤差的數(shù)值大小和正負確定時，稱為已定的系統(tǒng)誤差。當(dāng)誤差按一定規(guī)律變化時稱為未定系統(tǒng)誤差或變值系統(tǒng)誤差。答：指那些誤差數(shù)值特別大，超出規(guī)定條件下預(yù)計的誤差。它一般是由測量者粗心大意引起的或者儀器

13、發(fā)生異常引起的。兩個常用的判定準則：拉依達準則和格羅布斯準則。7答：單峰性：概率密度在中心處最大，即無誤差情況出現(xiàn)的幾率最大。對稱性：函數(shù)為偶函數(shù)，即絕對值相等的正誤差和負誤差出現(xiàn)的機會相同。(3)有界性：由函數(shù)分析，誤差范圍為-卩+，但誤差出現(xiàn)在區(qū)間-3。,+36之外的可能性極小(0.3%)，因此可認為-36+36為隨機誤差的極限。(4)抵償性：當(dāng)測量次數(shù)增加到無限多次時，隨機誤差的算術(shù)平均值為零。答：(1)貝塞爾公式計算標(biāo)準偏差精度較高，但計算量較大，主要用于測量次數(shù)較多和精度要求較高的場合；(2)極差法計算方便迅速，在測量次數(shù)較少(n10)計算精度與貝塞爾公式相當(dāng)，主要用于測量次數(shù)較少和

14、精度要求不高的場合。答：(1)已定系統(tǒng)誤差不影響殘余誤差和標(biāo)準偏差的計算，對測量的精密度無影響。因此，在最終誤差的表示形式中，一般不包括已定系統(tǒng)誤差(2)未定系統(tǒng)誤差將以算術(shù)平均值的形式影響測量結(jié)果。未定系統(tǒng)誤差直接影響殘余誤差的數(shù)值，即測量結(jié)果的精密度。解：計算a和b的算術(shù)平均值計算a和b的標(biāo)準偏差計算a和b的標(biāo)準偏差計算面積計算面積的標(biāo)準偏差第七章答：表格法(數(shù)字法)、圖示法、經(jīng)驗公式法。答：建立經(jīng)驗公式的步驟大致如下：(1)描繪曲線：將測量數(shù)據(jù)以自變量為橫坐標(biāo)，函數(shù)值為縱坐標(biāo)逐點繪出，并連成測量曲線。(2)對曲線進行分析，并確定公式的基本形式（3）確定公式中的常量：確定公式中的常量的過程稱為擬合或者回歸。（4）檢驗公式的準確性：將測量數(shù)據(jù)的自變量代入公式計算函數(shù)值，檢查其與測量值是否一致。如差別較大，則應(yīng)調(diào)整經(jīng)驗公式的常數(shù)，甚至經(jīng)驗公式的型式，直至達到要求為止。答：在具有等精度的多次測量中，所求得的最可靠值，是各測量值的殘差平方和為最小時所求得的值。用最小二乘法所求得的擬合直線使得各數(shù)據(jù)點與擬合直線間的殘差平方和為最小。答：首先由圖形曲線確定它是屬于哪種函數(shù)類型。在確定了函數(shù)類型之后，再設(shè)法將其轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)，求得相應(yīng)的線性函數(shù)的常量，就可得到測量數(shù)據(jù)的曲線擬合方程。5答：A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40Phon純音的響應(yīng)，其特點是中、低頻聲信號有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)