转速与功率测量机械工程测试技术
机械工程测试技术_课后习题及答案
机械工程测试技术课后习题及答案第一章传感器及检测系统的基本概念1、检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用2、怎样选择仪表的量程大小？3、测量误差可以分为哪几类？引起各类误差的原因是什么？4、传感器按照被测物理量来分，可以分为哪几种？5、某电路中的电流为10A，用甲乙两块电流表同时测量，甲表读数为10.8A，乙表读数为9.5A，请计算两次测量的绝对误差和相对误差。
6、用1.0级量限100V的电压表甲，0.5级量限250V的电压表乙分别测量某电压，读数皆为80V，试比较两次测量结果的准确度。
7、有三台测温仪表，量程均为0～800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？解答：1、一个完整的工程检测系统包括：传感器、信号调理电路、信号处理电路和显示记录部分。
各部分作用：传感器——感受被测量，并将其转换为电信号；信号调理电路——将传感器输出信号进行放大和转换；信号处理电路——对电信号进行计算和分析；显示记录部分——显示记录测试结果。
2、应根据被测量的大小，兼顾仪表的准确度等级和量程，使其工作在不小于满度值2/3以上的区域。
3、测量误差可以分为：系统误差、随机误差和疏失误差三类。
引起的原因如下:系统误差——仪器误差、零位误差、理论误差、环境误差和观察者误差等随机误差——温度、磁场，零件摩擦、间隙，气压和湿度的变化，测量人员分辨本领的限制等疏失误差——操作、读数、记录和计算等方面的人为误差等4、传感器按被测物理量可以分为：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
5、绝对误差：△I= I﹣I=10.8-10=+0.8A；△I= I﹣I=9.5-10=﹣0.5A相对误差：γ甲=△I甲/ I0=+0.8/10=8%；γ乙=△I乙/ I0=﹣0.5/10=﹣5%6、最大绝对误差：△V m甲=±K%·V m甲=±1.0%×100=±1.0V；△V m乙=±K%·V m乙=±0.5%×250=±1.25V最大相对误差：γm甲=△V m甲/ V=±1.0/80=±1.25%；γm乙=△V m乙/ V=±1.25/80=±1.56%故：甲表测量结果的准确度高于乙表。
机械工程_实验报告
实验名称：机械传动系统效率测试实验日期：2023年3月15日实验地点：机械工程实验室实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 了解机械传动系统效率的概念和测试方法。
2. 掌握机械传动系统效率测试仪器的使用方法。
3. 通过实验验证机械传动系统效率的计算公式。
二、实验原理机械传动系统效率是指输出功率与输入功率的比值，即：η = P_out / P_in其中，P_out 为输出功率，P_in 为输入功率。
实验中，通过测量输入功率和输出功率，可以计算出机械传动系统的效率。
三、实验仪器与设备1. 机械传动系统效率测试仪2. 电机3. 减速器4. 力传感器5. 数据采集器6. 计算机四、实验步骤1. 连接实验装置，确保电机、减速器、力传感器等部件连接正确。
2. 启动电机，使系统达到稳定运行状态。
3. 使用力传感器测量输入轴的扭矩。
4. 使用力传感器测量输出轴的扭矩。
5. 使用数据采集器采集输入轴和输出轴的转速。
6. 计算输入功率和输出功率。
7. 根据输入功率和输出功率计算机械传动系统效率。
五、实验数据1. 输入轴扭矩：T_in = 10 N·m2. 输出轴扭矩：T_out = 5 N·m3. 输入轴转速：n_in = 1500 r/min4. 输出轴转速：n_out = 300 r/min六、实验结果与分析1. 输入功率：P_in = T_in ω_in = 10 N·m 2π (1500/60) rad/s ≈ 7854 W2. 输出功率：P_out = T_out ω_out = 5 N·m 2π (300/60) rad/s ≈ 3141 W3. 机械传动系统效率：η = P_out / P_in ≈ 3141 W / 7854 W ≈ 0.398根据实验结果，该机械传动系统的效率约为39.8%。
与理论计算值相比，实验结果略低，可能是由于实验过程中存在一定的误差。
转速测量原理
转速测量原理转速测量是工程领域中非常重要的一项技术，它在机械制造、汽车工业、航空航天等领域都有着广泛的应用。
在实际生产和工程应用中，我们需要对各种旋转机械设备的转速进行准确的测量，以确保设备的正常运行和安全性。
本文将介绍转速测量的原理及常见的测量方法。
转速测量的原理主要是利用旋转机械设备产生的旋转运动来进行测量。
旋转机械设备通常会带有旋转的轴或者齿轮，我们可以通过测量轴或者齿轮的旋转运动来确定设备的转速。
在实际应用中，我们可以利用各种传感器和测量仪器来实现转速的准确测量。
常见的转速测量方法包括机械测量、光电测量、电磁感应测量等。
机械测量是利用机械传感器来实现转速的测量，例如通过机械齿轮的传动关系来确定设备的转速。
光电测量则是利用光电传感器来实现转速的测量，例如通过测量旋转齿轮的光电信号来确定转速。
电磁感应测量则是利用电磁感应原理来实现转速的测量，例如通过测量旋转磁铁产生的感应电流来确定转速。
除了以上介绍的常见测量方法，还有一些先进的转速测量技术，例如激光测量、声波测量等。
激光测量是利用激光测距仪来实现转速的测量，通过测量旋转物体的位移来确定转速。
声波测量则是利用声波传感器来实现转速的测量，通过测量旋转物体产生的声波频率来确定转速。
在进行转速测量时，我们需要注意一些影响测量准确性的因素，例如测量环境的温度、湿度、振动等因素都会对测量结果产生影响。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体的测量要求选择合适的测量方法，并采取相应的措施来保证测量的准确性和可靠性。
总之，转速测量是工程领域中非常重要的一项技术，它在各种机械设备的运行和维护中都起着至关重要的作用。
通过本文的介绍，相信读者对转速测量的原理和常见的测量方法有了更深入的了解，希望能对相关领域的工程技术人员有所帮助。
机械工程测试技术复习题(有答案)
一,简答题1。
什么叫测试系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？答：测试装置输出信号的傅里叶变换和输入信号的傅里叶变换之比称为装置的频率响应函数,若在系统中的传递函数H （s)已知的情况下，令H （s ）中的s=jw 便可求得频率响应函数。
2. 测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？答：静态特性：(1）线性度，(2）灵敏度，（3）回程误差，(4）分辨率，（5）零点漂移和灵敏度漂移.动态特性：（1）传递函数,（2）频率响应函数，（3）脉冲响应函数，（4）环节的串联和并联。
3. 在什么信号作用下，系统输出的拉斯变换就是系统的传递函数。
答：在单位脉冲信号作用下,（单位脉冲函数δ（t)=1)。
4. 为什么电感式传感器一般都采用差动形式？答：差动式电感器具有高精度、线性范围大、稳定性好和使用方便的特点。
5。
测试装置实现不失真测试的条件是什么？答：幅频和相频分别满足A(w ）=A 0=常数，Φ（w)=—t 0w ；6. 对于有时延t 0的δ函数）（0t -t =δ ，它与连续函数f （t ）乘积的积分dt )(0⎰∞∞--t f t t ）（δ将是什么？答： 对于有时延t 0的δ函数）（0t -t =δ ，它与连续函数f （t ）乘积只有在t=t 0时刻不等于零，而等于强度为f （t 0）的δ函数,在（-∞，+∞）区间中积分则dt )(0⎰∞∞--t f t t ）（δ=dt )(0⎰∞∞--t f t t ）（δ=f （t 0) 8。
巴塞伐尔定即 的物理意义是什么？在时域中计算总的信息量等于在频域中计算总的信息量。
9. 试说明动态电阻应变仪除需电阻平衡外，还需电容平衡的原因？答:由于纯电阻交流电桥即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容,相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了有电阻平衡外，必须有电容平衡。
10.说明测量装置的幅频特性A （ω）和相频特性φ(ω)的物理意义。
答：测量装置的幅频特性A （ω)是指定常线性系统在简谐信号的激励下,其稳态输出信号和输入信号的幅值比。
机械工程测试技术考试题及答案
机械工程测试技术考试题及答案一、选择题1.机床主轴的主要用途是： A. 固定工件 B. 固定刀具 C. 固定主轴箱 D.转动刀具和工件答案：D2.齿轮传动的优点是： A. 传动效率高 B. 传动平稳 C. 转速范围广 D. 传动比可调答案：A、B、C、D3.测量中一个刻度最小的量值称为： A. 分度 B. 标准量 C. 刻度 D. 分度带答案：A二、填空题1.若要进行精密测量，需要使用________测量工具进行测量。
答案：微型2.热处理是通过对材料进行加热和________控制来改变其组织和性能。
答案：冷却3.润滑油的主要作用是减少________和________之间的摩擦。
答案：金属、金属三、简答题1.请简要描述传动结构中的平面副和柱面副的区别与应用领域。
答：平面副是一个简单的副，由于平面的所有点只有两个不受约束的旋转自由度，因此平面副的应用广泛。
常见的平面副有滑动副、齿轮副等。
柱面副是由一个圆柱面接触和约束的副，它具有更高的刚度和承载能力，因此适用于承受大载荷和高速旋转的场合。
柱面副常用于轴承、齿轮传动等。
2.请简要介绍机械工程中常用的热处理方法，并说明其作用。
答：机械工程中常用的热处理方法包括淬火、回火、退火等。
淬火是将材料加热至临界温度以上，然后迅速冷却，以使材料获得高硬度和韧性。
回火是将经过淬火的材料加热至较低的温度，然后冷却，在一定程度上降低材料的硬度和提高韧性。
退火是将材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改变材料的组织结构，提高材料的可加工性和塑性。
四、论述题请论述机械工程测试技术在产品质量控制中的应用。
答：机械工程测试技术在产品质量控制中起着重要作用。
通过对产品进行各种性能指标的测试和检测，可以实时监测产品的质量状况，并对产品进行调整和改进。
测试技术可以通过检测产品的尺寸、形状、力学性能等方面的指标，来评估产品的质量水平。
通过合理选择和应用测试技术，可以有效地提高产品的质量控制水平，避免不合格品的出现，提高产品的竞争力和市场占有率。
机械工程测试技术基础教学大纲
机械工程测试技术基础教学大纲一、课程简介本课程旨在为机械工程专业学生提供测试技术基础知识与技能培养，使其掌握机械工程测试技术的基本理论和实际应用能力。
通过理论和实践相结合的方式，学生将学习机械系统测试的基本原理、常用测试方法和测试过程中的数据处理与分析技术。
二、教学目标本课程主要目标如下： 1. 熟悉机械工程测试领域的基本概念、原理和方法； 2. 学习机械系统测试的常用仪器设备和测试技术； 3. 掌握测试过程中的数据采集、数据分析与结果处理方法； 4. 培养学生的问题解决能力和创新意识； 5. 培养学生的实验操作和数据分析的能力。
三、教学内容本课程的教学内容包括以下几个方面： 1. 机械工程测试的基本概念和原理 - 测试的定义和分类 -测试的基本原理 - 测试的误差和精度控制 2. 机械系统测试的常用仪器设备 - 传感器和测量仪器的选择和应用 - 信号调理和放大技术 - 数据采集与处理系统 3. 机械工程测试的常用方法和技术 - 静态测试方法和技术 - 动态测试方法和技术 - 频率响应测试方法和技术 - 振动测试方法和技术 4. 机械系统测试的数据采集与处理 - 数据采集系统的构建和配置 - 数据采集方法和技术 - 数据处理与分析方法 5. 实验设计与实施 - 实验设计的基本原则和方法 - 实验方案的制定和实施 - 实验数据的收集和分析 - 实验结果的评估和总结四、教学方法本课程采用理论教学与实践教学相结合的方式进行教学，重点注重学生实际操作能力的培养。
具体教学方法包括：1. 理论讲授：通过课堂讲解、案例分析等形式，讲解机械工程测试技术的基本概念、原理和方法。
2. 实验操作：通过实验室实践，使用仪器设备进行数据采集和测试操作，培养学生的实验操作能力。
3. 讨论和研讨：组织学生进行课程相关问题的讨论和研讨，促进学生的学习交流和思维能力的培养。
4. 课程设计：组织学生进行实验方案设计和实施，通过自主学习和合作学习，培养学生的问题解决和创新能力。
功率、转速、扭矩、扭振
n，Me，Ne间的关系
Me n Ne 9550
Ne：有效功率（kw，输出的净功率） Me —— 有效扭矩（N· m） n —— 发动机转速（r/min）
一、有效功率的测量：采用测功机 测功机的组成：
制动器； 测力机构； 测速装置。
测功机的分类：
水力测功机； 电力测功机； 磁粉测功机等。
Me = M水环内 = M水环外 = M壳
2、（直流）电力测功机
构造：与一般直流电机相似，不同之处有两点
（1）定子外壳由轴承支承，可绕轴线摆动； （2）定子外壳固定一个力臂，并与测力机构连接。
工作原理：
内燃机主轴 转子1转动，转子带动电枢绕组4转动， 切割定子绕组磁场的磁力线，产生感生电动势 电 磁力产生制动力矩M制动=
m 1
B 0 xj B1 xj B 2 xj Bm xj B 0 xj m B1 xj
m 1
tj xj
m m
B 2 xj
m 2
Bm xj
Hale Waihona Puke tj xj mt B0 B1x B2 x 2 Bmx m
常用扭振测量虚拟仪器工作原理
目前最先进的扭转振动测量虚拟仪器由传感器 部分、信号调理（采集）卡和软件包3个基本部分 组成。仪器的核心部分为插入计算机中的专用信号 调理卡，其参数设计决定了扭转振动的测量精度。
目前扭转振动测量的传感器一般采用非接触式 传感器，最常用的是磁电式传感器。传感器交装在 轴系上测量齿盘旁，其作用是将轴系的转速变化转 变成电信号周期的变化，每转过一个齿，传感器输 出的电压信号就变化一次输出一个电压脉冲信号。
Me
定子外壳同样受到
华北理工大学《机械工程测试技术》重点
性能特点 [1] 金属应变片的电阻变化主要是基于金属材料的应变效应：
， 在~之间）
（多
15
11
[2] 半导体应变片的电阻变化主要是基于半导体材料的压阻效应：
之间）
，
（多在 60~170
[3] 半导体应变片的灵敏度高、体积小、动态特性好，但温度稳定性和重复 性不如金属应变片，非线性误差大。
时，必有
。
[5] 二阶系统还有“高通”、“带通”的形式。
26 一般的机械系统在一定条件下大多可近似看成是二阶的“质量-弹簧-阻尼” 系统。
27 高阶系统可以看成是由若干个一、二阶系统经过串联、并联或反馈组成的。
多 个 环 节 串 联
多 个 环 节 并 联
存 在 反 馈 环 节
28 算子阻抗法
29 不失真测试的涵义 实时测控： 一般测试：
19 非周期信号频谱的特点：
[1] 非周期信号的频谱是连续的，其频谱中包含所有频率的谐波成分。
[2]
具有“单位频率宽度上的幅值、相位”的含义，故非周
期信号的频谱严格上应称为频谱密度函数（简称频谱）。
[3] 非周期信号的幅值谱密度
为有限值，但各次谐
波分量的幅值
为无穷小——能量有限。
20 傅立叶变换的性质：线性叠加性质，对称性质，时间尺度改变性质，频移性 质，卷积分性质，微分性质，积分性质。
[1] 抽样性质（筛选性质）： 时的函数值
函数可以把信号
在脉冲发生时刻
抽取出来。
[2] 卷 积 （ 分 ） 性 质 ： 任 一 信 号
与单位脉冲函数
15
11
卷积分的结果，相当于把信号 x(t)搬移到脉冲
发生处（将信号延时了
）。
机械工程测试技术基础试题A及答案[1]1
![机械工程测试技术基础试题A及答案[1]1](https://img.taocdn.com/s3/m/43d2eb0ea26925c52cc5bfe5.png)
一、填空题(每空1分，共10分) 1.信号可分为 两大类。
2.在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时间平均统计特性等于该过程的集合平均统计特性，则该过程叫。
3.对于线性系统，若输入为x(t)0ωt ，则其稳态输出y(t)=y e j t 00()ωϕ+，这个性质称为。
4.已知滤波器的带宽为B ，它对阶跃响应的建立时间为，则B 和的关系为。
5.若测试系统由两个环节并联而成，且各个环节的传递函数分别为H 1(S)和H 2(S)，则该系统的传递函数为。
6.若采样频率过低，不满足采样定理，则被采样的离散信号的频谱会发生现象。
7.频率不同的两个正弦信号，其互相关函数(τ)。
8.若信号满足y(t)(t)关系，式中k 为常数，则互相关系数ρ(τ)。
9.两个时域函数乘积的傅里叶变换等于这两个函数。
10.图1-10所示电桥的输出为。
图1-10二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
每小题1分，共15分) 1.描述非周期信号的数学工具是( ) A.三角函数 B.拉氏变换 C.傅氏级数 D.傅氏变换 2.时域信号x(t)二阶导数的傅里叶变换是( ) A.122()()j f X f π B.122()()πf X fC. (j2πf)2X(f)D. (2πf)2X(f)3.概率密度函数是在什么域上描述随机信号的分布规律( ) A.时间域 B.频率域 C.幅值域 D.复数域4.测试装置的传递函数H(S)的分母与( )有关。
A.输入量x(t) B.输出量y(t) C.输入点的位置 D.装置的结构5.无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统的位移响应与激振力之间的相位差必为( ) A. 0° B. 90° C. 180° D.不定值6.差动式电感传感器和差动式电容传感器具有( )的特点。
A.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了一倍 B.灵敏度和非线性度都降低了C.灵敏度提高了一倍，非线性度降低了若干D.灵敏度提高了若干，非线性度降低了一倍7.欲进行旋转齿轮的转速测量，宜选用( )传感器。
机械工程测试技术
名词解释1.测量:以确定被测物属性量值为目的的全部操作；测试则是具有实验性质的测量，或者可理解为测量和实验的结合。
2.测试:是具有试验性质的测量,或者可理解为测量和试验的结合。
3.测试技术:是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试设备等.4.测试方法：是指在实施测试中所涉及的理论运算方法和实际操作方法。
5.直接测量法:指被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或测试设备进行测量,而不需要对所获取数值进行运算的测量方法。
6.间接测量法：指被测量的数值不能直接由测试设备来获取,而是通过所测量到的数值同被测量间的某种函数关系运算而获得的被测值的测量方法。
7.静态测量:被测值被认为恒定不随时间变化的测量称为静态测量．8.测量系统的静态特性:是指被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢是测量系统的输入、输出及其关系的特性或技术指标．9.动态测量：被测量值随时间变化的这种测量称为动态测量。
10.测量系统的动态特性:是指测量系统的输出对于快速变化的输入信号的动态响应特性。
11.系统的动态测量误差：测量系统低于动态量的测量过程中，若测量系统的动态响应特性不够理想,则输出信号的波形与输入信号的波形相比就会产生畸变，这种畸变造成的测量误差称为测量系统的动态测量误差.12.确定性信号：能够用明确的数学关系式描述的信号,或者可以用实验的方法以足够的精度重复产生的信号。
13.非确定性信号：又称随机信号。
如果描述随机信号的各种统计特征(如平均值、均方根值、概率密度函数等)不随时间推移而变化，这种信号成为平稳随机信号；反之，如果在不同采样时间内测得的统计参数不能看作常数,则这种信号就称为非平稳随机信号. 14.传感器：是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
15.参数式传感器:将输入的工程参数变化转变为电参数变化的传感器。
机械工程测试技术基础习题解答
符号函数 t x1(t) 0 1 -1 符号函数频谱 f φ(f) 0 π/2 0 f |X(f)| -π/2
b)阶跃函数频谱 在跳变点t=0处函数值未定义，或规定u(0)=1/2。 阶跃信号不满足绝对可积条件，但却存在傅里叶变换。由于不满足绝对 可积条件，不能直接求其傅里叶变换，可采用如下方法求解。 解法1：利用符号函数 结果表明，单位阶跃信号u(t)的频谱在f=0处存在一个冲激分量，这是 因为u(t)含有直流分量，在预料之中。同时，由于u(t)不是纯直流信 号，在t=0处有跳变，因此在频谱中还包含其它频率分量。
802.43。求其测量结果。
解答：
(1)测量结果=样本平均值±不确定度
或
(2)
所以 测量结果=802.44+0.014268
0-8
用米尺逐段丈量一段10m的距离，设丈量1m距离的标准差为
0.2mm。如何表示此项间接测量的函数式？求测此10m距离的标准差。
解答：(1)
(2)
0-9 直圆柱体的直径及高的相对标准差均为0.5%，求其体积的相对
不同点：压电式加速度计利用正压电效应，通过惯性质量快将振动 加速度转换成力作用于压电元件，产生电荷。
超声波换能器用于电能和机械能的相互转换。利用正、逆压电效 应。利用逆压电效应可用于清洗、焊接等。
声发射传感器是基于晶体组件的压电效应，将声发射波所引起的被 检件表面振动转换成电压信号的换能设备，所有又常被人们称为声发射 换能器或者声发射探头。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度 低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主 要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。 3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度Sg＝2，R＝120。设工作 时其应变为1000，问R＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求： 1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值 相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？
（机械制造行业）机械工程测试技术基础课后试题及答案
（机械制造⾏业）机械⼯程测试技术基础课后试题及答案《机械⼯程测试技术基础》课后答案章节测试题第⼀章信号及其描述（⼀）填空题1、测试的基本任务是获取有⽤的信息，⽽信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是，其中⽬前应⽤最⼴泛的是电信号。
2、信号的时域描述，以为独⽴变量；⽽信号的频域描述，以为独⽴变量。
3、周期信号的频谱具有三个特点：，，。
4、⾮周期信号包括信号和信号。
5、描述随机信号的时域特征参数有、、。
6、对信号的双边谱⽽⾔，实频谱（幅频谱）总是对称，虚频谱（相频谱）总是对称。
（⼆）判断对错题（⽤√或×表⽰）1、各态历经随机过程⼀定是平稳随机过程。
（）2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（）3、⾮周期信号的频谱⼀定是连续的。
（）4、⾮周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲⼀样。
（）5、随机信号的频域描述为功率谱。
（）（三）简答和计算题1、求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值µ|x|和均⽅根值x rms 。
2、求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x µ，均⽅值2x ψ，和概率密度函数p(x)。
3、求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、求被截断的余弦函数≥<=T t T t tt x ||0||cos )(0ω的傅⽴叶变换。
5、求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。
第⼆章测试装置的基本特性（⼀）填空题1、某⼀阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输⼊信号2sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω，幅值=y ，相位=φ。
2、试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
3、为了获得测试信号的频谱，常⽤的信号分析⽅法有、和。
机械工程测试技术测试习题答案
习题1第3章1、 传感器的定义及主要分类有哪些？2、 试绘出典型传感器的构成框图？3、从哪些方面评价或选用传感器？4、在选用传感器时，应该遵循什么原则？5、应该采取什么方法来提高传感器的性能？第4章1 什么叫金属的电阻应变效应？金属丝的应变灵敏度系数的物理意义是什么？2 什么叫金属丝的应变灵敏度系数?它与金属丝的灵敏度系数有何区别？为什么？3 何谓半导体的压阻效应？它与金属的电阻应变效应有什么本质区别？4 电阻应变计的基本测量电路有哪些？试比较它们各自的特点。
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?6 某截面积为52cm 的试件，已知材料的弹性模量为2.0×10112m /N ，沿轴向受到105N的拉力，若沿受力方向粘贴一阻值为120Ω、灵敏系数为2的应变片，试求出其R ∆。
7 试说明差动式电感传感器与差动变压器式电感传感器工作原理的区别。
8 差动变压器和普通变压器的工作原理有何区别？如何提高差动变压器的灵敏度？ 9 试说明电涡流式传感器的工作原理和特点。
10 根据电容式传感器的工作原理分为几种类型？各有什么特点？适用于什么场合？ 11 如何改善单极式变极距型传感器的非线性？12 什么是压电效应？压电材料有哪些？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？13 为什么压电传感器通常用来测量动态或瞬态参量？14 用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为 70pC/ g （g 为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC ，试确定输入3g （平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压Uo （平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容C f 。
15．用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为200×10 -12C/N ，电荷放大器的反馈电容 C f =2000pF ，测得输出电压u o =5sin wt （V ）。
各种转速测试方案
各种转速测试方案转速测试是一种非常重要的测试方法，用于测量物体或系统旋转的速度。
它在各种领域中广泛应用，包括机械工程、汽车工业、电子设备和航空工业等。
下面将介绍几种常见的转速测试方案。
1.光电转速计：光电转速计是一种常用的转速测试仪器。
它利用探头上的光电传感器或磁电传感器来测量物体的旋转速度。
光电转速计的优点是测试结果准确，对不同形状和尺寸的物体适用，且测量范围广泛。
它适用于各种转速测试场景，包括机械轴承、电机驱动系统等。
2.振动传感器：振动传感器是一种通过测量物体的振动来推断旋转速度的测试方法。
它通常与特定的分析仪器配合使用，如频谱分析仪。
通过分析物体振动的频率和幅度，可以计算出物体的转速。
振动传感器适用于一些无法直接接触到物体表面进行测量的场景，如高速转子、大型机械设备等。
3.光栅尺：光栅尺是一种基于光学原理的转速测试方法。
它利用光栅片的周期性结构，通过测量光栅尺上的位移来计算出物体的旋转速度。
光栅尺的优点是测量精度高，适用于高速转动的物体。
它常用于机床、加工中心等工业领域。
4.频率计：频率计是一种将物体的旋转周期转换为频率的转速测试方法。
它通过计算单位时间内物体通过的旋转周期数来测量其转速。
频率计常用于电子设备和通信系统中，用于测量电机、发动机、电子时钟等的转速。
5.惯性测量装置：惯性测量装置是一种通过测量物体在转动过程中的惯性力来计算出转速的方法。
它通常由加速度传感器和陀螺仪等组成。
利用加速度传感器可以测量出物体在转动过程中的加速度变化，进而计算出物体的转速。
惯性测量装置广泛应用于航空航天领域，如导航系统、卫星定位等。
除了上述方法，还有一些其他的转速测试方案，如激光测距仪、旋涡流测试等。
这些方法根据不同的测试需求和场景选择使用。
例如，激光测距仪可以测量物体任意一个部位的移动距离，从而计算出转速；旋涡流测试则适用于大型涡轮机械设备的转速测量。
总之，转速测试是一项重要且广泛应用的测试方法。
选择合适的转速测试方案对于确保物体运行的安全性和稳定性至关重要。
功率转矩转速的公式计算关系
功率转矩转速的公式计算关系功率、转矩和转速是机械运动中常见的三个物理量，它们之间有着密切的计算关系。
在机械工程领域中，很多工程师都需要根据功率、转矩和转速之间的公式进行计算，以便更好的设计和制造机械设备。
本文将介绍这三个物理量的概念及其计算关系。
首先，我们需要了解功率的概念。
功率是一个物体在单位时间内所完成的功或能量的转移率。
单位为瓦特（W），通常用符号P表示。
它可以表示为功P=力F x 速度v。
在机械工程中，功率通常用来量化机械设备的输出能力，例如汽车引擎或电动机的驱动功率。
其次，我们需要了解转矩的概念。
转矩是物体受到作用力而产生的旋转力矩，通常用符号T表示。
它可以表示为转矩T=力F × 半径r。
在机械工程中，转矩通常用来表示机械设备的扭矩，例如汽车轮胎发生的扭矩。
最后，我们需要了解转速的概念。
转速是物体旋转的速度，通常用单位时间内旋转的圈数来表示，例如每分钟（rpm）或每秒钟（rps）。
在机械工程中，转速通常用来描述机械设备的运行速度，例如电动机的转速。
有了功率、转矩和转速的概念，我们就可以通过它们之间的公式进行计算。
在机械工程中，常用的公式是：功率P=转矩T ×转速n转速n=功率P ÷ 转矩T转矩T=功率P ÷ 转速n这些公式可以帮助我们计算机械设备的输出能力，例如电动机的转速和功率。
例如，假设我们有一个电动机输出功率为1千瓦特（kW），转速为1750转每分钟（rpm），我们可以使用公式转矩T=功率P ÷ 转速n计算出它的转矩，结果为5.68牛顿·米（Nm）。
总之，功率、转矩和转速是机械工程中常见的三个物理量，它们之间有着密切的计算关系。
对于机械工程师来说，掌握这些公式和概念对于更好的设计和制造机械设备至关重要。
但是，需要提醒的是，在实际工程中，还需要考虑许多其他因素，例如摩擦、损耗和效率等，因此需要根据具体情况进行综合分析和计算。
机械产品的性能测试与验证方法
机械产品的性能测试与验证方法一、引言机械工程是一门研究机械设备设计、制造、运行和维护的学科，涉及广泛的领域。
在机械工程中，性能测试与验证是确保机械产品质量和可靠性的重要环节。
本文将探讨机械产品性能测试与验证的方法和技术。
二、性能测试的意义机械产品的性能测试是为了验证其设计和制造是否符合预期要求，确保产品能够在实际使用中达到预期的性能指标。
通过性能测试，可以评估产品的可靠性、安全性、耐久性等关键性能指标，为产品的改进和优化提供依据。
三、性能测试方法1. 静态测试静态测试是指在静止状态下对机械产品的性能进行测试。
例如，通过测量产品的尺寸、重量、硬度等物理性能指标来评估其制造质量。
此外，还可以使用光学显微镜、扫描电子显微镜等设备对产品的表面质量进行检测。
2. 动态测试动态测试是指对机械产品在运行状态下的性能进行测试。
例如，对发动机的功率、转速、燃油消耗等进行测试，以评估其性能和燃油经济性。
此外，还可以使用振动测试、冲击测试等方法来评估产品的耐久性和可靠性。
3. 环境测试环境测试是指将机械产品放置在特定的环境条件下进行测试。
例如，将产品暴露在高温、低温、高湿度、低湿度等条件下，以评估其在不同环境下的性能表现。
此外，还可以进行盐雾测试、震动测试等，模拟产品在恶劣环境下的使用情况。
四、性能验证方法1. 标准测试标准测试是指使用国际或行业标准的测试方法对机械产品进行验证。
例如，使用ISO、ASTM等标准进行材料力学性能测试，以评估产品的强度和刚度。
通过与标准测试结果的对比，可以验证产品是否符合相应的标准要求。
2. 仿真验证仿真验证是指使用计算机模拟技术对机械产品进行验证。
例如，使用有限元分析方法对产品的结构强度进行预测和分析。
通过仿真验证，可以在产品制造前发现潜在的问题，并进行相应的改进和优化。
3. 实验验证实验验证是指通过实际测试和观测对机械产品进行验证。
例如，对产品进行负荷测试、振动测试、冲击测试等，以评估其在实际使用条件下的性能表现。
机械工程测试技术答案
第1章 绪论1 计量、测试、测量的概念。
2 测试系统的组成及各环节的作用，并举例说明。
第2章 传感器1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？ 解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
4 有一电阻应变片，其灵敏度S g ＝2，R ＝120。
设工作时其应变为1000，问R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式R /R =S g 得 R =S g R =2100010-6120= 1）I 1=R =120=0.0125A=2）I 2=(R +R )=(120+0.012475A= 3）=(I 2-I 1)/I 1100%=%4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量的电流；如果采用毫安表，无法分辨的电流变化。
一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？ 解答：以气隙变化式为例进行分析。
20022N A dLS d μδδ==-又因为线圈阻抗Z =L ，所以灵敏度又可写成20022N A dZ S d μωδδ==-由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A 0、线圈匝数N 、电源角频率、铁芯磁导率0，气隙等有关。
机械工程测试技术课后习题及答案熊诗波第四版
机械工程测试技术课后习题及答案熊诗波第四版引言《机械工程测试技术》是机械工程专业的一门基础课程，对于培养学生的实际操作能力和问题解决能力具有重要意义。
本文档整理了该课程的课后习题及答案，供学生参考和复习使用。
第一章传感器基础习题11.什么是传感器？2.传感器的工作原理有哪些？3.传感器分类及其应用领域。
4.请简要说明接触和非接触式传感器的区别。
习题21.并联电阻电桥是如何工作的？2.串联电阻电桥是如何工作的？3.请简述电桥测量中的三种电感器速敏电桥的特点。
习题31.请简述压力传感器的原理及其应用领域。
2.温度传感器有哪些工作原理？请分别说明。
3.光电传感器在机械工程中的应用有哪些？第二章机械测量习题11.弹簧测力计的测量原理是什么？2.请简述测力计的容量和灵敏度的概念。
3.注意事项：在何种情况下应避免在静荷载工作？习题21.请说明磁电测量的优点和缺点。
2.用什么方法可以准确地测量温度？3.请列举机械测量中常见的温度测量方法。
习题31.请简述力矩传感器的原理及其应用。
2.什么是浮子液位计？它的测量原理是什么？3.请简要说明测量转速的常见方法。
第三章自动控制检测技术习题11.请简要说明PID控制器的工作原理。
2.请列举几种常见的控制阀。
3.什么是传感器偏差？如何进行校准？习题21.对于机械手，什么是位姿？2.请简述闭环控制的基本原理。
3.请说明比例控制的特点。
习题31.请简单介绍气动传感器的工作原理。
2.什么是静态特性曲线？3.数据采集系统的组成有哪些？结语本文档总结了《机械工程测试技术》课后习题及答案，涵盖了传感器基础、机械测量和自动控制检测技术等内容。
对于学习该课程的学生来说，希望本文档可以起到辅助和复习的作用。
但仍然建议学生在解答习题时充分理解知识点，并多做实践操作，以提升自己的实际能力。
转速与功率关系
转速与功率关系在机械工程领域，转速与功率之间的关系一直是一个重要的研究课题。
转速是指旋转物体单位时间内所转过的角度，通常以每分钟转数表示。
功率则是描述对物体进行工作的能力，它表示单位时间内所做的功。
理解转速与功率之间的关系对于优化机械设计、提高效率等方面具有重要意义。
1. 转速对功率的影响转速是机械系统中一个重要的参数，它直接影响到机械系统的工作性能和功率输出。
一般而言，转速越高，功率输出越大。
这是因为在旋转过程中，随着转速的增加，旋转物体所受的负载也相应增加，从而需要更多的能量来维持旋转。
因此，当转速增加时，为了保持恒定的功率输出，需要提供更大的能量。
2. 转速与功率关系的数学模型转速与功率之间的关系可以用数学模型来描述。
在机械系统中，常用的数学模型有转矩乘以角速度等于功率的公式：P = Tω。
其中，P表示功率，T表示转矩，ω表示角速度。
根据这个数学模型，可以得出以下结论：- 当转矩不变时，功率与转速成正比。
即转速越高，功率越大；- 当功率不变时，转速与转矩成反比。
即转速越高，转矩越小。
这个数学模型为机械系统的设计和优化提供了理论基础。
在实际应用中，制造商可以根据具体的需求和要求，根据转速与功率的关系进行设计和调整，以达到期望的性能和效率。
3. 实际应用案例转速与功率关系在各种机械设备和系统中都有实际应用。
以下是一些常见的案例：3.1 发动机在汽车和其他交通工具中，发动机是一个重要的机械部件。
转速与功率关系直接影响到发动机的性能和效率。
提高发动机的转速可以增加功率输出，从而提高车辆的加速性能和行驶速度。
然而，过高的转速也可能导致引擎过热和耗油增加。
因此，在发动机设计和调整中，需要平衡转速与功率之间的关系，以达到最佳的性能和效率。
3.2 风力发电机风力发电机是利用风能进行发电的设备。
在风力发电机中，转速与功率关系对于发电效率有重要影响。
当风速增大时，风力发电机的转速也会增加，从而提高功率输出。
然而，过高的转速可能导致叶片破裂或机械故障。
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• 输出信号:0～20V矩形脉冲
• 使用温度范围:-40～＋125℃
转盘
• 工作电源:12V～
24VDC/20mA
• 推荐安装间隙0.8～1.2 mm
脉冲 计数器
霍尔传感器
小磁钢
1、转速测量
➢ 闪光测速仪 测量原理——视觉暂留现象
✓ 在短时间内（1/15~1/20s），人眼有保持已经从视野中消失的 物体形象的能力
±(0.05%+1位)
1秒(≥60 RPM)，晶振
50～150mm,最大300 mm由环境光线而定
LSI专用单片微机集成电路
1.5V AA 电池,4节
0°～50℃
当前值、最大值、最小值
190×72×37 mm
250克
1、转速测量
➢ 霍尔式测速 角速度ω测量
开关型霍尔传感器（OCH41）
• 输入频率:0～20KHz
2、功率测量
➢ 一般方法
➢ 发电装置功率(W)
电压V与电流I的乘积
Ne K.I.V
➢ 加工机械切削功率(kW)
切削力Fz和切削速度v的乘积
Ne FZ .v 103
V—切削速度（m/s） ，Fz—切削力（N）
➢ 动力机械的轴功率(kW)
转速n与输出扭矩Me的乘积 Me—扭矩（m.N）
Ne
M e.
✓ 利用一个频率可调的闪光，照射转轴/盘上标记，当转速n与闪光 频率f相等或成一个倍数时，转轴/盘上标记在视觉中就会呈现静 止不动的状态，由此可测出被测转速
n 60 1 mNT0
原标记图样 n＝f单定象 n＝Nf单定象 n＝f/N重定象 n>f同向转 n<f反向转
使用特点：不接触测量物体、测量精度高、量程范围宽(几十万转)
传感器
➢ 磁电式测速
磁电式传感器优点
• 能直接测量角速度 • 输出功率较大，并可用于远距离测量 • 结构简单，工作可靠
传感器
钢片 非磁性轴 钢片
非磁性轴
磁电式传感器缺点
• 不宜在高温及强磁场环境下工作
非磁性材料上感生信号的方法
• 低速时信号弱，故不宜测低转速
• 对转轴有一定阻力矩，不宜测小扭矩 轴。为什么？
2、功率测量
➢ 扭矩测量
相位差式扭矩传感器
✓ 原理 在弹性变形范围内，中间轴上相隔一定长度的两截面上所产 生扭转角的相位差△θ与扭矩△Me成正比
• 在受扭轴的两端各安上一个齿轮，对着齿面再各装一个磁电传感器 • 传感器上感应出两个与动力轴非接触的交流信号 • 求出其信号的相位差
2、功率测量
➢ 扭矩测量
1、转速测量
多孔圆盘 转轴
光电元件
➢ 光电式测速 测量原理
光源
支架
• 通过敏感元件来控制照于光电元件光通量的强弱，从而产生与被 测轴转速成比例的电脉冲信号，再转化成相应的转速值
实际应用
• 反射式光电传感器
半透反光膜 透镜
• 透射式光电传感器
反光面
优点
• 测速范围可达每分钟几十万转
光电元件 透镜
• 量程：0.2、0.5、1、2、5、10、20、50 Nm 100、200、500、1000、2000、
5000 Nm • 精度：0.1％ （满量程）（0.05％可选） • 安装方式：轴 • 扭矩信号：±5Vdc • 信号传输：非接触式 • 最高转速：50,000 RPM • 转速/转角信号：60/360 脉冲/转
✓ 端面刷式集流环：滑环——电刷 大直径轴、转速较高轴的测扭
扭力轴 应变片 内运动环 水银层
水银槽式集流环
旋转轴 滑环 电刷
绝缘层 固定套
端面刷式集流环
2、功率测量 ➢ 扭矩测量
应变式扭矩传感器
弹性轴、测量电桥、信号处理、数字发射、接收解调、接口电路
2、功率测量
➢ 扭矩测量
应变式扭矩传感器
0260动态扭矩传感器
R1、R2变化相反 R1、R3变化相同、R2、R4变化相同 电桥测量 ✓ 关键技术：旋转体上电信号的传递 ✓ 集流环传递 ✓ 无线传递
2、功率测量
绝缘层
引线
外固定环
➢ 扭矩测量
应变式扭矩传感器
✓ 水银槽式集流环：水银 适用于高速转轴的扭矩测量
✓ 径向刷式集流环：滑环——电刷 一般低速应变式扭矩传感器
1、转速测量
➢ 磁电式测速
电磁学原理：磁通变化产生感应电动势
e N d dt
实际应用
测旋转轴的转速——单位时间内的脉冲数除以齿数
N
S
• 磁阻周期性变化，改变磁通量，感应电 动势
• 感应电压取决于
Δ 转速/齿数 Δ 探头端面距齿顶间隙（成反比）
• 齿轮或转轴为非导磁材料时可否测量？
1、转速测量
2M en
60 103
2、功率测量
➢ 扭矩测量
扭矩：使物体/轴发生转动的力——力x力矩 单位：牛.米(N.m)、公斤.米(kg.m) 敏感元件
扭矩作用下敏感元件扭转变形 • 测量轴 • 特制的联轴节 • 传动轴
测量扭矩方法
• 测量扭转角 • 测量轴表面切应力
2、功率测量
➢ 扭矩测量
应变式扭矩传感器 ✓ 原理：应变原理
透镜
转轴
• 对被测轴无干扰
光源
转速较低时是否存在信号弱问题？
1、转速测量
➢ 光电式测 采样时间 探测距离 电路 电池 工作温度 记忆 尺寸 重量
5～99,999RPM
RPM
0.1RPM 1RPM
＜1,000RPM ≥1,000RPM
5位，LCD，字高10mm
1、转速测量
➢ 磁性转速表 利用磁力原理的机械式转速表
利用转轴上的永磁体，产生旋转磁场，在外边的金属罩上产生 涡流，继而产生电磁旋转力，于游丝的反作用力矩相平衡，并 带动指针指示出相应的被测转速
1、转速测量
➢ 发电式转速表
ZYS型永磁直流测速发电机 ➢ 测量旋转体的转速，亦可用作转速反馈测速元件 ➢ 输出电压与转速成线性，正反方向的输出特性对称 ➢ 精度高，重量轻，尺寸小
第十章
机械工程测试技术—— 转速与功率测量（2）
内容
1、转速测量 2、功率测量 3、测功器的应用
重点：掌握各种转速与功率测量方法的原理、特
点及应用场合
1、转速测量
接触式测量：直接接触被测轴
• 离心式转速表 • 磁性转速表 • 测速发电机
非接触测量：不必接触被测轴
• 磁电式 • 光电式 • 霍尔式
相位差式扭矩传感器
光源
光敏 传感器
弹性转轴 圆盘 光栅
• 在不承受扭矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，光源的 光线没有透过光栅照射到光敏元件上，无输出信号。
• 当转轴受扭矩后，转轴变形将使两光栅出现相对转角，部 份光线透过光栅照射到光敏元件上产生输出信号。扭矩愈 大，扭转角愈大，穿过光栅的光通量愈大，输出信号愈大。