机械工程测试技术课后习题答案

第一章习题

1.测试技术的静态特性是什么?其用哪些性能指标来描述?它们一般用哪些公式表示?

①测试技术的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时，测试技术的输入与输出之间的关系。

②衡量测试技术静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、稳定性、漂移和静态误差。

③线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、稳定性、漂移和静态误差。

2.测试技术的动态特性是什么?其分析方法有哪几种

①测试技术的动态特性是指测试技术的输出对随时间变化的输入量的响应特性，它反映了输出值真实再现变化着的输入量的能力。

②阶跃响应、频率响应

3.测试技术数学模型的一般描述方法有哪些?

传感器数学模型可分为静态和动态数学模型。其中传感器静态数学模型一般多用多项式来描述，而动态数学模型通常采用微分方程和传递函数等来描述。

4.测试技术系统有哪些典型环节?写出不同环节的微分方程。

输入，输出方程、传递函数、频率响应和单位阶跃

5.为什么说零阶测试技术的动态特性是最理想的?

因为零阶没有滞后

6.简述系统误差和随机误差出现的原因及特点。

系统误差：系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素所造成的。

系统误差的特征是：在同一条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变；或当条件改变时，按一定规律变化。系统误差在某些情况下对测量结果的影响还比较大，因此，研究系统误差产生的原因，发现、减小或消除系统误差，使测量结果更加趋于正确和可靠，是误差理论的重要课题之一，是数据处理中的一个重要的内容。

随机误差：随机误差是由于感官灵敏度和仪器精密程度的限制、周围环境的干扰及伴随着测量而来的不可预料的随机因素的影响而造成的。

它的特点是大小无定值，一切都是随机发生的，因而又把它称为偶然误差

7.标准误差的意义是什么?

标准误越小，抽样误差越小，样本对总体的代表性越好

8.有效数字的运算原则和规则是什么?有效数字的确定方法是什么? 一般规定，数值中的可靠数字与所保留的1位(或2位)可疑数字统称为有效数字。

加减运算、乘除运算、

第二章习题

1.简述传感器的定义及主要分类。

传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件或装置，在有些国家或科学领域，也将传感器称为变换器、检测器或探测器等。

机械类、电阻类、电感类、电容类、压电类、光电类、磁电类、霍尔效应类、辐射类、流体类。

2.试绘出典型传感器的构成框图。

3.应从哪些方面评价或选用传感器？

（1）传感器要有足够的容量：传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力。

（2）传感器要与系统匹配性好：灵敏度高。输出量与被测量之间具有确定的线性关系。

（3）传感器的实用性和适应性强：对被测对象影响小，内部噪声小且不受干扰。

（4）传感器的反应速度快，工作可靠性好。

（5）传感器的精度适当，稳定性好：静态响应和动态响应要满足要求。

4.在选用传感器时应该遵循什么原则？

1.测量对象与测量环境

2.灵敏度

3.频率响应特性

4.线性范围

5.稳定性

5.传感器的技术性能包括哪些？

①差动技术

②平均技术

③补偿与修正技术

④屏蔽、隔离与干扰技术

⑤稳定性处理

第三章

1.什么是电阻应变效应？

一根金属导线受拉时电阻增大受压时电阻减小，这种现象称为金属材料的电阻应变效应

2.什么是金属丝材料的应变灵敏系数?金属丝的应变灵敏系数的物理意义是什么？

金属应变片的灵敏系数就是指输出电压变化与应力变化的比值。

应变片的灵敏系数K是指在应变片灵敏轴线方向的单一应力作用下，应变片的电阻相对变化dR/R与应变片试件表面上的轴向应变εx 的比值。

3.什么是半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？

所谓半导体的压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。

从原理上讲，应变式压力传感器，是外界的压力（或拉力）引起应变材料的几何形状（长度或宽度）发生改变，进而导致材料的电阻发生变化。检测这个电阻变化量可以测得外力的大小。

压阻式压力传感器通常是半导体压敏材料。半导体压阻式传感器在受到外力后，自身的几何形状几乎没有什么改变，而是其晶格参数发生改变，影响到禁带宽度。禁带宽度哪怕是非常微小的改变，都会引起载流子密度很大的改变，这最终引起材料的电阻率发生改变。

4.电阻应变片的基本测量电路有哪些？它们各有何特点？

桥式电路，调频电路，运算放大器式电路

桥式电路是将电容式传感器接入交流电桥作为电桥的一个臂或两个相邻臂，另两个臂可以是电阻、电容或电感，也可以是变压器的两个二次线圈

在调频电路中，电容式传感器被接在谐振回路中，当传感器电容Cx发生改变时，其振荡频率f也发生相应变化，实现由电路到频率的转换。由于振荡器的频率受电容式传感器电容的调制，这样就实现了C—f的转换，因而被称为调频电路。

将电容式传感器接入运算放大器式电路中作为电路的反馈元件。该电路的最大特点是能够克服变极距式电容传感器的非线性。

5.电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?它们各有何特点?

电阻应变片的工作原理是利用导体形变引起阻值的变化；

而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

金属应变片的优点包括：制作方便，温度稳定性和可重复性好等；主要缺点：灵敏度低，横向效应等；

半导体应变片的优点包括：灵敏度高，机械滞后小，横向效应小和体积小等；主要缺点：温度稳定性差、灵敏度系数非线性大。

6.某截面积为5 cm2的试件，已知材料的弹性模量为2.0×1011 N/m2，