现代测试技术课后习题详解答案-申忠如-西安交通大学出版社

（4）考虑到若避免自热效应，可取I0＝0.1mA则U0＝3.9×10-2mV
∵分辨率为1℃，测温范围0-200℃总共200个点
∴应选8为A/D转换器
设满量程为5V
则量化值为
设放大器的放大倍数为K
则1×3.9×10-2×K＝19.5mv
得K＝500
Umax＝Tm×3.9×10-2×500＝3900mv<5V
所以，
可以看出测量值28.40为粗大误差，剔除，重新计算值如上所示。
(3)剔除粗大误差后，生于测量值中不再含粗大误差，被测平均值的标准差为：
(4)当置信概率为0.99时，K=2.58，则
由于测量有效位数影响，测量结果表示为
4.解：
(1)
(2)最大绝对误差Um=0.4，则最大相对误差=0.4%<0.5%
设计题
1. (1)
1）传感器：将温度信号经传感器转换为电阻值变化
2）调理电路：经调理电路将阻值变化转换为电压信号，并放大、滤波。
3）数据采集系统：对信号采集
4)计算机：控制测量过程，完成测量功能
（2）图
I0=0.1mA R0=100Ω RT铂热电偶。
（3）采用衡流源法
U0=I0Rt－I0R0＝I0At
Umax＝Tm×0.04×500＝4000mv<5V
满足要求
故：放大倍数K1＝500
A/D转换器8位满量程5V
（4）考虑到若避免自热效应，可取I0＝0.1mA则灵敏度为4.3源自文库10-2mV
则量化值为
设放大器的放大倍数为K
则1×4.3×10-2×K＝19.5mv
得K＝453.5
取K2=500
Umax＝Tm×4.3×10-2×500＝860mv<5V
现测课后习题答案
第1章
1.直接的间接的
2.测量对象测量方法测量设备
3.直接测量间接测量组合测量直读测量法比较测量法时域测量频域测量数据域测量
4.维持单位的统一，保证量值准确地传递基准量具标准量具工作用量具
5.接触电阻引线电阻
6.在对测量对象的性质、特点、测量条件（环境）认真分析、全面了解的前提下，根据对测量结果的准确度要求选择恰当的测量方法（方式）和测量设备，进而拟定出测量过程及测量步骤。
9.三步测量法
10.(1)效零输入标准值x=0测得 =
(2)标定输入标准值x1测得y1= +Ax1
(3)测量输入x测得y
则
不能消除该干扰影响，因为三步测量法要求在三步测量的时间段之内 ，A均得恒不变。在三步之外可以有变化。但 为工频干扰量。时刻都在变化。故该法不能消除其影响。
计算题
1.1.解：(1) q=5000/28=19.5mv
(4)
(5)
所以基波分量是：
2.(2)
(3)
(4)
测量误差分析：由于阻值较小，只有10毫欧左右，故导线在回路中产生的电阻应考虑在内，同时触点的接触电压可能随着压力、振动而有所改变，引入误差；同时，放大器在进行测量时也会由于输入阻抗不是无穷大而导致误差；采集卡采点的准确度也会带来误差。
消除：在设计放大器时设计成输入阻抗较大的，在接线时避免接线过长。
3.解：
(1)该系统为一阶系统，对比一阶系统传递函数
有
得时间常数
直流增益K=5。
(2)转折频率
(3)当测量信号的频率为转折频率的0.5倍时，系统产生的动态幅值误差
欲将动态幅值误差限制在5%，经过计算， ，即要想该一阶系统满足动态误差要求，则系统的转折频率应比信号的最高频率大至少3倍。我们可以通过扩展系统的频带来改善其动态性能，主要采用两种形式：数字滤波和频域校正法。
被校表的准确度等级为0.5
(3)Ux=75.4，测量值的绝对误差:Ux=0.5%×100=0.5mV
相对误差：r=0.5/75.4=0.63%
(4)此误差属于系统误差，消除系统误差可以通过：1、选择过高准确度等级的仪器设备；2、严格按照仪器工作要求操作；3、选择合理的测量方法；4、提高测量人员的测量水平等几个方面来消除系统误差。
8.测量装置的误差不影响测量结果，但测量装置必须有一定的稳定性和灵敏度
9.±6Ω
10. [79.78V，79.88V]
计算题
2.解:
(1)该电阻的平均值计算如下：
该电阻的标准差计算如下：
(2)用拉依达准则有，测量值28.40属于粗大误差，剔除，重新计算有以下结果：
用格罗布斯准则，置信概率取0.99时有，n=15，a=0.01，查表得
相差角：φ=-arctan(ωτ)=-9.33
第4章
填空题
1.量程转换时间分辨力
2.传感器调理电路数字采集卡计算机
3.避免自热效应产生影响
4.高频分布电容
5.灵敏度非线性误差
6捕获模拟输入量在采样时刻的数值，且将该数值维持不变送入A/D转换器入口，维持时间至少大于A/D转换器的转换时间
7转换时间
8采用一种专用补偿导线来延长热电偶，使冷端移到不受热端温度影响的远处，从而获得一个虽不为0℃但却是一个较为稳定的冷端温度T0
b)标定如测试原理的
c)用最小二称法求出系数a0，a1，a2的值
d)将a0，a1，a2存入内存
e)按T＝u（a2u＋a1）＋a0计算即可。
2. (1)
1）热电阻传感器：将温度信号经传感器转换为电阻值变化
2）热电偶传感器：将温度信号经传感器转换为电压的变化
3）调理电路1：经调理电路将阻值变化转换为电压信号，并放大、滤波。
第8章
1.直接测量频率直接测量周期
2.门限电平平移
3.比例运算器法四探针法积分运算法四探针法积分运算法
第9章
1.顺磁物质反磁物质铁磁物质略大于略小于》相对磁导率
2.磁性材料或强磁材料非磁性材料或弱磁性材料
3.两软磁材料狭窄高硬磁较宽矩磁材料
4.退磁
5.热退磁交流退磁超低频退磁
6.冲击电流计法磁通表法基本磁化曲线磁滞回线
满足要求
故主要环节参数如下：
调理电路R0＝100Ω I0＝0.1mA
放大器K＝50
A/D转换器8位满量程5V
（5）非线性修正
a．可采用查表法
设反非线性特性曲线如图1.所示，用几条直线段来逼近这条曲线如图2.所示，修正时先判断U在哪一段内，然后用这一段的直线方程求出T值，即可。
b．可用非线性拟合法
a)设非线性方程为T＝a0＋a1u＋a2u2
4）调理电路2：经调理电路将电压信号放大、滤波。
5）数据采集系统：对信号采集
6)计算机：控制测量过程，完成测量功能
(2)
热电偶输出调理电路
双恒流源热电阻输出调理电路
（3）∵分辨率为1℃，测温范围0-200℃总共200个点
∴应选8为A/D转换器
设满量程为5V
则量化值为
设放大器的放大倍数为K1
则：
得
得K1＝500
6.解：
1300V、0.5级电压表的相对误差
2100V、1.0级电压表的相对误差
，所以选100V、0.1级的表较好。
12.解：
第3章
填空题
1．1.测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力/能分辨出最小的分辨量
2.微分方程频率特性测量动态信号
3.
4.零位点灵敏度分辨力量程迟滞重复性线性度准确度可靠性
计算题
7.米(m)秒(s)千克(kg)安培(A)
8.准备测量数据处理
9.标准电池标准电阻标准电感标准电容
第2章
填空题
1.系统随机粗大系统
2.有界性单峰性对称性抵偿性
3.置信区间置信概率
4.最大引用0.6%
5. 0.5×10-1[100.1Ω，100.3Ω]
6.±7.9670×10-4±0.04%
7.测量列的算术平均值
4.解：
(1)对二阶系统，有：
对一阶系统，有：
则有：
(2)
得：
5.解：
（1）
（2）
6.解：
9.解：
(1)T=1s，
(2)T=2s，
(3)T=3s，
10.解：
13.解：
，而ω=2πf=200π
可得：τ≤5.2×10-4（s）,系统带宽fτ≥1923Hz
同理，当ω=2πf=100π时，此时动态幅值误差：
满足要求
（5）连接好实验装置；接通电源调整调理电路；软件模块设计；将热电偶放入被测温度的环境中，通过软件可计算出被测温度。
第6章
填空题
1.抗混低通滤波器
2. fs<2 fmax信号周期的整数倍
3 TS≥0.78125ms
4. fs≥2 fm采样长度为T的整数倍
设计题
1.
(2)
(3)电压传感器输出信号为 ，电流传感器的输出信号为
3.解：
（1）设 ，则 ， ，
（2） ； ；
（3） ， ， ，
（4） ， 当 ， ， 时，
有最大测量误差为
4、5、6、
7.解：
(1) ，可取n=10；即A/D转换器位数为10；
(2)
当 ，
量化值 ，则
测温范围为 ，大于200C，满足设计要求。
(3)设 为满量程输出，K为放大器放大倍数， 为0或1表示第i位的数字量。则 ，于是：
(2)
得
(3)
得
(4)由中间温度定律
E(T,0)=E(T,T1)+E(T1,0)
=6.1+0.8
=6.9mv
查表∴ T=170℃
2.解：
（1）依题意得
系统最大量化值 ，故至少选择10位的A/D
其量化值
（2）采用3mV恒流源调理电路时
当输入0.01MPa时，
放大器的增益
(3) 因为 的误差为0.5%
得 在测量时，认为该误差由压力引起
1.解：
已知一阶系统的频率特性为
由题知 ， ，则所给系统的频率特性为 ，其
幅频特性为
相频特性
（1）当输入频率 时，有 ，
（2）当输入频率 时，有
，
（3）当输入频率 时，有
，
综上，该热电偶的输出表达式为
2.解：
(1)转折频率 rad/s
时间常数
(2)测量系统的频率特性
幅频特性
相频特性
(3)依题意有
即转折频率 Hz。