機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課后習(xí)題及答案

機(jī)械I:程測(cè)試技術(shù)求硒習(xí)圓券答

教材：機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，熊詩(shī)波黃長(zhǎng)藝主編，機(jī)械工業(yè)第一版社，2022年9月第3版第二次印刷。

緒論

0-1表達(dá)我國(guó)法定計(jì)量單位的基本內(nèi)容。

解答：教材P4~5,二、法定計(jì)量單位。

0-2如何保證量值的正確和一致

解答：(參照教材P4~6,二、法定計(jì)量單位~五、量值的傳達(dá)和計(jì)量用具檢定)

1、對(duì)計(jì)量單位做出嚴(yán)格的定義；

2、有保留、對(duì)現(xiàn)和傳達(dá)單位的一整套制度和設(shè)施：

3、一定保留有基準(zhǔn)計(jì)量用具，包含國(guó)家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)等。

3、一定按檢定規(guī)程對(duì)計(jì)量用具實(shí)行檢定或者校準(zhǔn)，將國(guó)家級(jí)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值經(jīng)過各級(jí)計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)傳達(dá)到工作計(jì)量用具。

0-3何謂測(cè)量偏差往常測(cè)量偏差是如何分類表示的

解答：(教材P8~10,八、測(cè)量偏差)

0-4請(qǐng)將以下諸測(cè)量結(jié)果中的絕對(duì)偏差改寫為相對(duì)偏差。

①土口V

②土g

③士g/cm

①7.810-6/1.01825447.6601682/10

6e

②0.00003/25.048941.197655/106

③0.026/5.4824.743%。

0-5何謂測(cè)量不確立度國(guó)際計(jì)量局于1980年提出的建議《實(shí)驗(yàn)不確立度的規(guī)定建議書INC-1(1980)》

的重點(diǎn)是什么

解答:

(1)測(cè)量不確立度是表征被測(cè)量值的真值在所處量值范圍的一個(gè)估計(jì)，亦即因?yàn)闇y(cè)量偏差的存在而對(duì)

被測(cè)量值不可以必然的程度。

(2)重點(diǎn):賜教材P11。

0-6為何采用電表時(shí)，不只要考慮它的正確度，并且要考慮它的量程為何是用電表時(shí)應(yīng)盡可能地

在電表量程上限的三分之二以上使用用量程為150V的級(jí)電壓表和量程為30V的級(jí)電壓表分別測(cè)量25V電

壓，請(qǐng)問哪一個(gè)測(cè)量正確度高

解答：

(1)因?yàn)槎喟氲碾姽x表、熱工儀表和部份無線電測(cè)量?jī)x器是按引用偏差分級(jí)的(比如，精度等級(jí)為

級(jí)的電表，其引用偏差為％),而

引用偏差=絕對(duì)偏差/引用值

此中的引用值普通是儀表的滿度值(或者量程)，所以用電表測(cè)量的結(jié)果的絕對(duì)偏差大小與量程有關(guān)。量程

越

大，惹起的絕對(duì)偏差越大，所以在采用電表時(shí)，不只要考慮它的正確度，并且要考慮它的量程。

(2)從(1)中可知，電表測(cè)量所帶來的絕對(duì)偏差=精度等級(jí)X量程Z100,即電表所帶來的絕對(duì)偏差是必然的，

這樣，當(dāng)被測(cè)量值越大，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)偏差就越小，測(cè)量正確度就越高，所以用電表時(shí)應(yīng)盡可能

地在電表量程上限的三分之二以上使用。

⑶150V的級(jí)電壓表所帶來的絕對(duì)偏差=X150/100=：30V的級(jí)電壓表所帶來的絕對(duì)偏差=x30/100=?

所以30V的級(jí)電壓表測(cè)量精度高。

0-7如何表達(dá)測(cè)量結(jié)果對(duì)某量進(jìn)行8次測(cè)量，測(cè)得值分別為:求其測(cè)量結(jié)果.

解答：

(1)測(cè)量結(jié)果=樣本均勻值土不確立度

或者一？一_S

Xx0一x而

8

Xi

0.014268

所以測(cè)量結(jié)果=+

0-8用米尺逐段測(cè)量一段10m的距離，設(shè)測(cè)量1m距離的標(biāo)準(zhǔn)差為。如何表示此項(xiàng)間接測(cè)量的函數(shù)式

求測(cè)此10m距離的標(biāo)準(zhǔn)差。

解答：(1)L

⑵%0.6mm

0-9直圓柱體的直徑及高的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均為％，求其體枳的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為多少

解答：設(shè)直徑的均勻值為d,高的均勻值為斤，體積的均勻值為V,則

第一章信號(hào)的分類與描繪

1-1求周期方波（L4）的傅里葉數(shù)（復(fù)指數(shù)函數(shù)形式）,劃出|C1-3和（pn-3,并與表

1-1比。

解答：在一個(gè)周期的表達(dá)式

A(bt0)

x(t)2T

A(0t_.)

2

分區(qū)取(-172,T/2)

l

cn—卦x(t)em°’出JAemodt+_L身Aejnodt

91To1T0o

=j_(cosn-1)(n=0,1,2,3,L)

n

所以復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉數(shù)

A1

x(t)。例/j——(1COSn)ejnotfn=o,1,2,3,Lo

n0

CA

一(1cosn)

n(n=0,1,2,3,L)

_____A

q%—(1cosn)

n0n0,2,4,6,L

1,3,5,L

C

(Parctan」開n1,3,5,L

c

11nR2

0n0,2,4,6,L

沒有偶次波。其以下所示。

iqi

2A/TT2A/TT

n/

2A/3n2u)3(A)5co

2A/3TT200

2A/5I3

MI-TT

-5u)-33。o)3u)5w°U)

000/2

幅頻圖相頻圖

周期方波復(fù)指數(shù)函數(shù)形式頻譜圖

1-2求正弦信號(hào)x（t）x°sin3t的絕對(duì)均值均方根值

Xg

1xsincotdt

10T4X0

T_r一

解答：P_Txti

|oVF0oTw

UTT0Teon

0

x

g晨(t)dt71COS23to

nnsT2sin2u)tdtdt

2

00

1-3求指數(shù)函數(shù)x（t）Aeat（ao.t0）的頻譜。

解答:

2f\

Al/J

x(f)x(t)ej2ftjtAe制ej2ftdtA2

0a2X

0(aj2f)aj2I

k

|X⑴Ja2(2f)2

ImX(f)2f

(f)arctan-----------------arctan----

ReX(f)a

l()l<P(

Xf

f)

n/2

1-4求符號(hào)函數(shù)（見圖1-25a）和單位階躍函數(shù)（見圖1-25b）的頻譜。

sgn(t)u(t)

11

0t0

1

a）符號(hào)函數(shù)b）階躍函數(shù)

圖1-25題14圖

a）符號(hào)函數(shù)的頻譜

10

x(t)sgn(t)

10

t=o處可不予定義,或者規(guī)定sgn（O）=O。

該信號(hào)不知足絕對(duì)可積條件，不可以直接求解，但傅里葉變換存在。

能夠借助于雙邊指數(shù)衰減信號(hào)與符號(hào)函數(shù)相乘，這樣便知足傅里葉變換的條件。先求此乘積信號(hào)X?⑴

的頻譜，而后取極限得出符號(hào)函數(shù)X。）的頻譜。

xjt)eatsgn(t)e

al0

Kt0

x(t)sgn(t)limx1(t)

a0

o

⑴ej2ftdteedteedti24\2

%⑴alj2fla.j2n

0a(2f)

1

X(f)Fsgn(t)limX[(f)

a0

1

X(f)

f0

⑴2

f0

2

b)階躍函數(shù)頻譜

1t0

u(t)

0t0

在跳變點(diǎn)t=0處函數(shù)值不決義，或者規(guī)定u(0)=1/2o

階躍信號(hào)不知足絕對(duì)可積條件，但卻存在傅里葉變換。因?yàn)椴恢憬^對(duì)可積條件,不可以直接求其傅里

葉變換，可采用以下方法求解。

解法1：利用符號(hào)函數(shù)

11

叩)——sgn(t)

22

1111111

U(f)Fu(t)F_—Fsgn(t)-⑴一j—(f)J—

2222f2

|J(f)|」I2(f)—1

結(jié)果表示，單位階躍信號(hào)u(t)的頻潛在f=0處存在一個(gè)沖激分量，這是因?yàn)閡(t)含有直流分量，在

料想之中。同時(shí)，因?yàn)閡(t)不是純直流信號(hào)，在t=0處有跳變，所以在頻譜中還包含其余頻次分量。

解法2：利用沖激函數(shù)

1t時(shí)

u(t)t()d

0t0

依據(jù)傅里葉變換的積分特征

1f

U(f)F()d()1(0)⑴1

j2r22

1-5求被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)COSUJot（見圖1-26）的傅里葉變換。

X(t)8s30tqiT

0NT

解：x(t)w(t)cos(2fot)

w(t)為矩形脈沖信號(hào)

W(f)2Tsinc(2Tf)

2f

cos(2f01)Leiotej2卬

所以2

X(t)lw(t)ej2foij2H

22

依據(jù)頻移特征和疊加性得：

11

X(f)W(ffo)-w(ffo)

22

Tsinc[2T(ff0)]Tsinc[2T(ff0)]

可見被截?cái)嘤嘞液瘮?shù)的頻譜等于將矩形脈沖的頻

同時(shí)譜線高度減小一半。

譜一分為二，各向擺布挪動(dòng)f0也說明，單調(diào)頻次的簡(jiǎn)諧信號(hào)因?yàn)榻財(cái)鄬?dǎo)致頻譜變

得無窮寬。

X(f)

被截?cái)嗟挠嘞液瘮?shù)頻譜

指數(shù)衰減信號(hào)

解答:

f

sin(ot)_j_ejG???

2j

e

所以x(t)at1ejteiot

---------0

2j

單邊指數(shù)衰減信號(hào)X1⑴eat(a0,t0)的頻譜密度函數(shù)為

⑴x(t)iejtdteatejtdt____1__ad___

°aja22

依據(jù)頻移特衽和疊加性得：

1))

X()_XUo)X[(0)JL_O______aK_________

2j2ja2(0)2a2(0)2

COSo0m

系中，函數(shù)f(t)叫做調(diào)制信號(hào)，余弦振蕩COS叫做載波。試求調(diào)幅信號(hào)f(t)COS30t的傅里葉變換,

表示畫出調(diào)幅信號(hào)及其頻譜。又問：3防3m時(shí)將會(huì)浮現(xiàn)什么狀況

圖1-27題1-7圖

解：x(t)f(t)cos(ot)

F()F[f(t)]

1

cos(0。_ej『ejj

2

所以X(t)Jf⑴ejotIf(t)elot

22

依據(jù)頻移特平和疊加性j：1)

X(f)_F(0_F(°

22

可見調(diào)幅信號(hào)的頻譜等于將調(diào)制信號(hào)的頻譜一分為二，各向擺布挪動(dòng)載頻30,同時(shí)譜線高度減小一

半。

矩形調(diào)幅信號(hào)頻譜

若33將發(fā)生混疊。

0m

1-8求正弦信號(hào)x(t)Xosin(wt<p)的均值px:、均方值和概率密度函數(shù)p(X)°

解答：

lim2Tx(t)dt_Toxsin(wt(p)dt2n

oT

⑴Px0,式中o一—正弦信號(hào)周期

TToTooU)

12122x21C0S2(3t9x2

2

的一

01.1s-T..12

*TO-------Bt-4?

ToTT22

TUo0o0

(3)在一個(gè)周期內(nèi)

Lotit22t

T

P[xx(t)xx]limTy-xe-2-4-

TT%T°

..P[xx(t)xx]2t2dt1

P(x)lim------------------lim-----

T°dx

xoXX0T0XX2

正弦信號(hào)

第二章測(cè)試裝置的基本特征

2-1進(jìn)行某動(dòng)向壓力測(cè)量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的敏捷度為MPa,將它與增益為nC的電荷放

大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上，記錄儀的敏捷度為20mm/V。試計(jì)算這個(gè)測(cè)量系

統(tǒng)的息敏捷度。當(dāng)壓力變化為時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少

解：若不考慮負(fù)載效應(yīng)，則各裝置串聯(lián)后總的敏捷度等于各裝置敏捷度相乘，即

s=(nC/MPa)(V/nC)20(mm/V)=MPa0

偏移量：y=S==(,

2-2用一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的一階裝置去測(cè)量周期分別為1s、2s和5s的正弦信號(hào)，問穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值偏差

將是多少

1

解：設(shè)一階系統(tǒng)H(S)------,HI

S1

|A()H(f.T是輸入的止弦信號(hào)的周期

(產(chǎn)

稔態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值偏差I(lǐng)A1100%,將已知周期代入得

58.6%T1s

32.7%T2s

8.5%T5s

2-3求周期信號(hào)()=+(100-45)經(jīng)過傳達(dá)函數(shù)為()=1/+1)的裝置后獲得的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

XttHs

解：H()——j——,A()[,()arctan(0.005)

V1(0.005)2

1j0.005

該裝置是?線性定常系統(tǒng)，設(shè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為y(t),依據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻次保持性、比率性和疊加性

獲得

y(t)=ycos(10t+)+ycos(100t-45+

01102

此中y0[A(10)XQI/1二0.50.499,(10)arctan(0.00510)2.86

V1(0.00510)2

1

y02A(100)x020.20.179.2(100)arctan(0.005100)26.57

1(0.005100)2

所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為y(t)0.499cos(10t2.86)0.179cos(100t71.57)

2-4氣象氣球攜帶一種時(shí)間常數(shù)為15s的一階溫度計(jì)，以5m/s的上漲速度經(jīng)過大氣層。設(shè)溫度按每

高升30m降落C的規(guī)律而變化，氣球?qū)囟群透叨鹊臄?shù)據(jù)用無線電送回地面。在3000m地方記錄的溫度為

-rc0試問實(shí)質(zhì)浮現(xiàn)-ic的真切高度是多少

解：該溫度計(jì)為一階系統(tǒng)，其傳達(dá)函數(shù)設(shè)為H(s)1。溫度隨高度線性變化，對(duì)溫度計(jì)來說相

15s1

當(dāng)于輸入了一個(gè)斜坡信號(hào)，而這樣的一階系統(tǒng)對(duì)斜坡信號(hào)的卷態(tài)響應(yīng)滯后時(shí)間為時(shí)間常數(shù)=15s,假如不

計(jì)無線電波傳遞時(shí)間，則溫度計(jì)的輸出其實(shí)是15s從前的溫度，所以實(shí)質(zhì)浮現(xiàn)?的真切高度是

HZ=H-V=3000-515=2925m

2-5想用一個(gè)一階系統(tǒng)做100Hz正弦信號(hào)的測(cè)量，如要求限制振幅偏差在5%之內(nèi)，那末時(shí)間常數(shù)應(yīng)

取多少若用該系統(tǒng)測(cè)量50Hz正弦信號(hào)，問此時(shí)的振幅偏差和相角差是多少

解：設(shè)該一階系統(tǒng)的頻響函數(shù)為

H(是時(shí)間常數(shù)

1

則A()1

1()2

1

桎態(tài)響應(yīng)相對(duì)幅值偏差A(yù)()1103%1100%

1(2孑

令W5%,f=100Hz,解得W523S6

假如f=50Hz，則

11

相對(duì)幅值偏差:1100%1100%1.3%

1(2*1(252310050)2

相角差:0arctan(2f)arctan(252310650)9.33

2-6試說明二階裝置阻尼比多采用~的原由。

解答：從不失真條件出發(fā)剖析。在擺布時(shí),幅頻特征近似常數(shù)的頻次范圍最寬，而相頻特征曲線最

挨近直線。

2-7將信號(hào)cost輸入一個(gè)傳達(dá)函數(shù)為()=M+1)的一階裝置后，試求其包含瞬態(tài)過程在內(nèi)的

輸出y(t)的表達(dá)式。

s

解答：令x(t)=COSt,則x⑸，所以

522

Y(s)H(s)X(s)1s

S1S22

利用部份分式法可獲得

Y(s)111111

1()21s2(1j)sj2(1j)sj

利用逆拉伊拉斯變換荻得

y(t)L1[Y(S)]---------/--------------]—?,---------]——ejt

1()2(1j)2(1j)

1」i,j(ejte)

eeteit

1(?2[1()2]

16

costsintt/

1()2

——「"Ecos(tarctan)3

1()2Y

2-8求頻次響應(yīng)函數(shù)為3155072/(1+)(1577536+1760j的穩(wěn)態(tài)響-2)的系統(tǒng)對(duì)正弦輸入X(t)=10sin

應(yīng)的均值顯示。

解：該系統(tǒng)能夠當(dāng)做是一個(gè)一?階線性定常系統(tǒng)和一個(gè)二階線性定常系統(tǒng)的串聯(lián)，串聯(lián)后仍舊為線性定

常系統(tǒng)。依據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻次保持性可知，當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍舊為同頻次的正弦信

號(hào)，而正弦信號(hào)的均勻值為0,所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示為0o

2-9試求傳達(dá)函數(shù)分別為+和412/(s2+ns+n2)的兩環(huán)節(jié)串聯(lián)后溝成的系統(tǒng)的總敏捷度(不

考慮負(fù)載效應(yīng))。

愀K

H1(S)153]，即靜態(tài)敏捷度K=3

3.5s0.57s17s1

H2(S)41n222K2tl22，即靜態(tài)敏捷度K=41

~7S1.4nS~~2

因?yàn)槎叽?lián)無負(fù)載效應(yīng)，所以

息靜態(tài)敏捷度K=KK=341=123

2-10設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)辦理。已知傳感器的固有頻次為800Hz,阻尼比=，問使用

該傳感器作頻次為400Hz的正弦力測(cè)試時(shí)，其幅值比A()和相角差()各為多少若該裝置的阻尼比改

為=，問A()和()又將如何變化

輝：設(shè)H()二,則

2

2—

A()()arctan------------n-_,即

A(f)arctan

2f

將

fn=800Hz,f=400Hz，代入上邊的式子獲得

A(400),(400)

假如=，則(400)(400)-

A

2-11對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單位階躍函數(shù)后,測(cè)得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為，振蕩

周期為。設(shè)己知該裝置的靜態(tài)增益為3,求該裝置的傳達(dá)函數(shù)和該裝置在無阻尼固有頻次處的版次響應(yīng)。

11

解:0.215

[F)1________

ln(1.5/3)

因?yàn)?所以

=21rad/s

1

1.024rad/s

Vl0.2152

3n23.15

所以H(s)

S220X4s1.05

nn2

33.15

H()n2

22

j21.G52j0.44

A()

2

2

10.44_

2

()arctan

1

當(dāng)=仲

3

A(n)6.82

10.44

(n)90

第三章常用傳感器與敏感元件

3-1在機(jī)械式傳感器中，影響線性度的主要要素是什么可舉例說明。

解答：生要要素是彈性敏感元件的端變、彈性后效等。

3-2試舉出你所熟習(xí)的五種機(jī)械式傳感器，并說明它們的變換原理。

解答：氣壓表、彈簧秤、雙金屬片溫度傳感器、液體溫度傳感器、毛發(fā)濕度計(jì)等。

3-3電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何差別各有何優(yōu)弊端應(yīng)如何針對(duì)詳細(xì)狀況來采用

解答：電阻絲應(yīng)變片主要利用形變效應(yīng)，而半導(dǎo)體應(yīng)變片主要利用壓阻效應(yīng)。

電阻絲應(yīng)變片主要長(zhǎng)處是性能穩(wěn)固，現(xiàn)行較好；主要弊端是敏捷度低，橫向效應(yīng)大。

半導(dǎo)體應(yīng)變片主要長(zhǎng)處是敏捷度高、機(jī)械滯后小、橫向效應(yīng)?。褐饕锥耸菧囟确€(wěn)固性差、敏捷度失

散度大、非線性大。

梟用時(shí)要依據(jù)測(cè)量精度要求、現(xiàn)場(chǎng)條件、敏捷度要求等來選擇。

3-4有電阻應(yīng)變片（見圖3-84）,其敏捷度S=2,R=120。設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變成1000，問R—設(shè)

將此應(yīng)變片接成以下圖的電路，試求：1）無應(yīng)變時(shí)電流表示值：2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值：3）電流表

指示值相對(duì)變化量：4）試剖析這個(gè)變量可否從表中讀出

圖3-84題3-4圖

解：依據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式/=得

R\g

R=SR=21000106120=

1）I=R=120==

1

2）12=（R+R）=（120+=

3）100%=%

4）電流變化量太小，很難從電流表中讀出。假如采用高敏捷度小量程的微安表，則量程不夠，沒法

測(cè)量的電流：假如采用毫安表，沒法分辨的電流變化。普通需要電橋來測(cè)量，將無應(yīng)變時(shí)的靈位電流均衡

掉，只取有應(yīng)變時(shí)的細(xì)小輸出量，并可依據(jù)需要采用放大器放大。

3-5也感傳感器（自感型）的敏捷度與哪些要素有關(guān)要提升敏捷度可采用哪些舉措采用這些舉措會(huì)帶來什

么樣結(jié)果

解答：以氣隙變化式為例進(jìn)行剖析。

A

dLN2。0

s----

d

又因?yàn)榫€圈阻抗Z,L,所以敏捷度又可寫成

-A

dZN2。。

$—

d22

史上式可見，敏捷度與磁路橫截面積A.線圈匝數(shù)N、電源嵬頻達(dá)、鐵芯磁導(dǎo)率，。，氣隙等有關(guān)。

假如加大磁路橫裁面積A、線圈匝數(shù)N、°電源角頻次、鐵或磁導(dǎo)率減吝嗇隙。，都可提升敏捷

00

度。

加大磁路橫截面積A。、線圈匝數(shù)N會(huì)增大傳感器尺寸，分量增添，并影響到動(dòng)向特征；減吝嗇隙會(huì)

增大非線性。

3-6電容式、電感式、電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)星電路rr何異同舉例說明。

解答：電容式傳感器的測(cè)量電路

諧振式調(diào)幅電路

調(diào)幅電路

電橋電路

直放式

調(diào)頻電路

外差式

運(yùn)竟放大器電路

二極管T型網(wǎng)絡(luò)

差動(dòng)脈寬調(diào)制電路

極化電路等

芻感型變磁阻式電感傳感器的測(cè)量電路:

諧振式調(diào)幅電路

惠斯登電橋

調(diào)幅電路變壓器電橋

電橋電路

緊耦合電感臂電橋

帶相敏檢波的電橋等

調(diào)頻電路

調(diào)相電路等

電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路：電橋電路（直流電橋和溝通電橋）。

同樣點(diǎn)：都可使用電橋電路，都可輸出調(diào)幅波。電容、電感式傳感器都可使用調(diào)幅電路、調(diào)頻電路等。

不一樣點(diǎn)：電阻應(yīng)變式傳感器能夠使用直流電橋電路，而電容式、電感式則不可以。此外電容式、電感式

傳感器測(cè)量電路種類眾多。

3-7一個(gè)電容測(cè)微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm,工作初始空隙=，問：1）工作時(shí)，假如傳感

器與工件的空隙變化量=1m時(shí)，電容變化量是多少2）假如測(cè)量電路的敏捷度『100mV/pF,讀

數(shù)儀表的敏捷度S『5格/mV,在=1m時(shí)，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格

解：1）

AA

8.8510121(4103)2(1106)

(0.3103)2

4.941015F4.94103pF

2）B=S,S2C=1005（103）格

答：

3-8把一個(gè)變阻器式傳感器按圖3-85接線。它的輸人量是什么輸出量是什么在什么樣條件下它的輸出量

與輸人量之間有較好的線性關(guān)系

u

解答：輸入量是電刷相對(duì)電阻元件的位移X,輸出量為電刷到端點(diǎn)電阻R.假如接入分壓式測(cè)量電路，則

輸出量能夠以為是電壓u0?

X

H

x——Rpk|Xx,輸出電阻與輸入位移成線性關(guān)系。

xp

u0______

?*（131KpX

----------(11)

XRLxpRLXp

由上式可見，惟獨(dú)當(dāng)RJR0時(shí)，才有U02L

-G■.Reu*.

xp

于變阻器式傳感器的電阻R,惟獨(dú)這樣才干使輸出電壓和輸入位移有較好的線性關(guān)系。

3-9試按接觸式與非接觸式劃分傳感器，列出它們的名稱、變換原理，用在哪處

解答：接觸式：變阻器式、電阻應(yīng)變式、電感式（渦流式除外）、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、廣線式、

熱敏電阻、氣敏、濕敏等傳感器。

手接觸式：渦電流式、光電式、熱釋電式、霍爾式、固態(tài)圖象傳感器等。

能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸測(cè)量的是：電容式、光纖式等傳感器。

3-10欲測(cè)量液體壓力，擬采用電容式、電感式、電阻應(yīng)變式和壓電式傳感器，請(qǐng)繪出可行方案原理圖，

并作比較。

3-11一壓電式壓力傳感器的敏捷度S=90pC/MPa,把它和一臺(tái)敏捷度調(diào)到pC的電荷放大器連結(jié)，放大器

的輸出又接到一敏捷度已調(diào)到20mm/V的光芒示波器上記錄，試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總的敏

捷度。

解：框圖以下

各裝置串聯(lián)，假如忽視負(fù)載效應(yīng)，則總敏捷度S等丁各裝置敏捷度相乘，即

S=x/P=9020=9mm/MPa。

3-12光電傳感器包含哪兒種種類各有何特色用光電式傳感器能夠測(cè)量哪些物理量

解答：包含利用外光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用光生伏殊效應(yīng)工

作的光電傳感器三種。

外光電效應(yīng)（亦稱光電子發(fā)射效應(yīng)）一光芒照射物體，使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象，包含光電管和

光電倍增管。

內(nèi)光電效應(yīng)（亦稱光導(dǎo)效應(yīng)）一物體遇到光芒照射時(shí)，物體的電子吸收光能是其導(dǎo)電性增添，電阻率

降落的現(xiàn)象，有光敏電阻和由其制成的光導(dǎo)管，

光生伏殊效應(yīng)一光芒使物體產(chǎn)生必然方向的電動(dòng)勢(shì)。

如遙控器，自動(dòng)門（熱釋電紅外探測(cè)器），光電鼠標(biāo)器，照像機(jī)自動(dòng)測(cè)光計(jì)，光度計(jì)，光電耦合器，光電

開關(guān)（計(jì)數(shù)、地點(diǎn)、行程開關(guān)等），濁度檢洌，火災(zāi)報(bào)警，光電閱讀器（如紙帶閱讀機(jī)、條形碼讀出器、考卷

自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等），光纖通訊，光纖傳感，CCD,色差，顏色標(biāo)志，防盜報(bào)警，電視機(jī)中亮度自動(dòng)調(diào)

節(jié)，路燈、航標(biāo)燈控制，光控?zé)糇魳肥㈢娍刂疲ㄒ雇聿蛔鄻罚?，紅外遙感、干手器、沖水機(jī)等。

在CCD圖象傳感器、紅外成像儀、光纖傳感器、激光傳感器等中都獲得了寬泛應(yīng)用。

3-13何謂霍爾效應(yīng)其物理實(shí)質(zhì)是什么用霍爾元件可測(cè)哪些物理量請(qǐng)舉出三個(gè)例子說明。

解答：

霍爾（Hall）效應(yīng)：金屬或者半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過薄片刻，則在垂直于電流和磁

場(chǎng)方向的雙側(cè)面大將產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電位差稱為霍爾「Il勢(shì)”

霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理（物理實(shí)質(zhì)）：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷遇到磁場(chǎng)力FL（稱為洛侖茲力）作用，而向垂直

于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向的方向挪動(dòng)，在雙側(cè)面產(chǎn)生正、負(fù)電荷積累。

應(yīng)用舉例：電流的測(cè)量，位移測(cè)量，磁感覺強(qiáng)度測(cè)量，力測(cè)量；計(jì)數(shù)裝置，轉(zhuǎn)速測(cè)量（如計(jì)程表等），流量測(cè)量,

地點(diǎn)檢測(cè)與控制，電子點(diǎn)火器，制做霍爾機(jī)電一無刷機(jī)電等。

3-14試說明壓電式加快度計(jì)、超聲換能器、聲發(fā)射傳感器之間的異同點(diǎn)。

解答：同樣點(diǎn)：都是利用資料的壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)或者逆壓電效應(yīng)）。

不一樣點(diǎn)：壓電式加快度計(jì)利用正壓電效應(yīng)，經(jīng)過慣性質(zhì)量快將振動(dòng)加快度變換成力作用于壓電元件，

產(chǎn)生電荷。

超聲波換能器用于電能和機(jī)械能的相百變換c利用F、逆壓電效應(yīng)C利用逆壓電效應(yīng)可用干沖洗、焊

接等。

聲發(fā)射傳感器是鑒于晶體組件的壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波所惹起的被檢件表面振動(dòng)變換成電壓信號(hào)的換能

設(shè)施，全部又常被人們稱為聲發(fā)射換能器興許聲發(fā)射探頭。

資料構(gòu)造受外力或者內(nèi)力作用產(chǎn)生位錯(cuò)-滑移-微裂紋形成-裂紋擴(kuò)展-斷裂，以彈性波的形式開釋出應(yīng)變能

的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。

聲發(fā)射傳感器不一樣于加快度傳感器，它受應(yīng)力波作用時(shí)髡壓電晶片自己的諧振變形把被檢試件表面振

動(dòng)物理量轉(zhuǎn)變成電量輸出。

3-15有一批渦輪機(jī)葉片，需要檢測(cè)能否有裂紋，請(qǐng)舉出兩種以上方法，并說明所用傳感器的工作原理。

渦電流傳感耀，紅外輻射溫度測(cè)量，聲發(fā)射傳感器（壓電式）等。

3-16說明用光纖傳感器測(cè)量壓力和位移的工作原理，指出其不一樣點(diǎn)。

解答：

微彎測(cè)壓力原理：力微彎板光纖變形光纖傳達(dá)的光強(qiáng)變化。

微彎測(cè)位移原理：位移微彎板光纖變形光纖傳達(dá)的光強(qiáng)變化。

不一樣點(diǎn)：壓力需要彈性敏感元件變換成位移。

3-17說明紅外遙感器的檢測(cè)原理。為何在空間技術(shù)中有寬泛應(yīng)用舉出實(shí)例說明。

解答：紅外遙感就是遠(yuǎn)距離檢測(cè)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量?？臻g技術(shù)中利用飛船、航天飛機(jī)、衛(wèi)星等攜帶

的紅外遙感儀器能夠?qū)崿F(xiàn)好多對(duì)地、對(duì)空觀察任務(wù)。如觀察星系，利用衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)研究地殼斷層擴(kuò)散、商討地震

先兆，衛(wèi)星大海觀察等。

3-18試說明固態(tài)圖象傳感器（CCD器件）的成像原理，如何實(shí)現(xiàn)光信息的變換、儲(chǔ)存和傳輸過程，在工程

測(cè)試中有何應(yīng)用

CCD固態(tài)圖象傳感器的成像原理：MOS光敏元件或者光敏二極管等將光信息變奧成電荷儲(chǔ)存在CCDMOS

的

電容中，而后再控制信號(hào)的控制下將MOS電容中的光生電荷轉(zhuǎn)移出