现代测试技术学习指导书
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现代测试技术学习指导书
编写:马德贵
安徽农业大学工学院
二○○八年三月
第1章绪论
(一)学习的基本内容:
机械工程测试工作的重要性、主要内容、测试系统的组成框图意义。
(二) 学习的基本要求:
1.理解测试的基本概念,了解测试工作的重要性与必要性。
2.掌握测试系统的组成及功能。
(三) 学习的重点难点:
重点:电测法测试系统的组成及作用。
(四) 思考题:
1.测试技术的基本含义是什么?它包含哪些方面的工作?试举例说明。
2.测试技术中测量参量的基本内容是什么?机械工程专业研究的主要测量对象是哪些?
3.非电量电测系统的基本组成有哪些?各部分的功能如何?
4.测试技术的手段和方法有哪些?试举例说明。
5.现代测试技术的发展趋势是什么?
6.非电量电测系统的基本类型有哪些?
第2章测试系统分析
(一) 学习的基本内容:
测试信号的基本概念、类型、分析方法、测试系统的基本特性。
(二) 学习的基本要求:
1.掌握系统静态特性和动态特性概念、明确测试系统通常要同时满足这两种特性。
2.掌握确定性信号的分析方法。
3.掌握二阶系统的频率特性。
(三) 学习的重点难点:
重点:静、动态特性的概念,信号的分析方法。
难点:二阶系统的频率特性。
(四) 思考题:
1.测试系统的静态特性和动态特性的主要描述指标有哪些?这些指标的定义及其含义各是什么?
2.测试系统不失真传输信号的时域和频域条件分别是什么?
3.试说明二阶系统常使阻尼比ξ= 0.7~0.8的原因。
4.求周期信号x(t)= 0.5cos10 t + 0.2cos(100t – 45°)通过传递函数为
1
H(S)
0.05S1
=
+
的
装置后所得到的稳态响应。
5.某加速度传感器可作为一个二阶振荡系统考虑。已知传感器的固有频率为10kHz,阻尼比ξ= 0.12,当用此传感器测试5kHz正弦加速度时,幅值失真和相位滞后各是多少?若阻尼比ξ= 0.7,幅值失真和相位滞后又各是多少?
6.描述测试系统的基本特性所用的传递函数和频响函数的意义是什么?两者的区别如何?7.进行某次动态压力测量时,所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa,将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连,而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上,记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。又当压力变化为3.5MPa时,记录笔在记录纸上的偏移量是多少?
8.用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s和5s的正弦信号,问幅值误差将是多少?
9.设一力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为800H Z,阻尼比ξ= 0.14,问使用该传感器作频率为400H Z正弦变化的外力测试时,其振幅比A(ω)和相位角差φ(ω)各为多少?又若该装置的阻尼比可改为ξ= 0.7,则A(ω)和φ(ω)又将作何种变化?
10.想用一个一阶系统作100H Z正弦信号的测量,如要求限制振幅误差在5%以内,则时间常数应取多少?若用具有该时间常数的同一系统作50H Z正弦信号的测试,问此时的振幅误差和相位角差是多少?
第3章传感器原理
(一) 学习的基本内容:
电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热电式、磁电式传感器的基本原理,结构与类型,及测量电路。
(二) 学习的基本要求
1.理解传感器的概念、组成。
2.掌握电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、光电式、热电式传感器的工作原理、种类。
3.了解磁电式传感器的工作原理、类型。
4.了解新型传感器的类型、用途。
(三) 学习的重点难点:
重点:电阻应变片式、电感式、电容式、压电式、光电式传感器的工作原理。
难点:压电式、光电式传感器的测量电路。
(四) 思考题:
1.何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义。
3.什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?
4.为什么要对传感器进行标定和校准?举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。
5.今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理,其中一只固有频率为25kHz,另一只为35kHz ,阻尼比ξ均为0.3。若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度,应选用哪一只?试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。
6.简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。
7.试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
8.如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求?
9.现有栅长为3mm和5mm两种丝式应变计,其横向效应系数分别为5%和3%,欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问:应选用哪一种应变计?为什么?
10.现选用丝栅长10mm的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m2、密度ρ=7.8g/cm3的钢构件承受谐振力作用下的应变,要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。
11.为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件?现用一等强度梁:有效长l=150mm,固支处宽b=18mm,厚h=5mm,弹性模量E=2×105N/mm2,贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计,并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问:
(1)悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么?
(2)当输入电压为3V,有输出电压为2mV时的称重量为多少?
12.何谓压阻效应?扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点,有什么缺点?如何克服?
13.何谓霍尔效应?利用霍尔效应可进行哪些参数测量?
14.霍尔元件的不等位电势和温度影响是如何产生的?可采取哪些方法来减小之。
15.一应变片的电阻R=120Ω,k=2.05,用作应变片为800μm/m的传感元件。a.求ΔR/R 和ΔR;b.若电源电压U=3V,惠斯登电桥初始平衡,求输出电压U0。
16.在材料为钢的实心圆柱形试件上,沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的应变片R1和R2,把着两片应变片接入差动电桥,若钢的泊松系数μ=0.285,应变片的灵敏度系数k=2,电桥电源电压U=2V,当试件受轴向拉伸时,测得应变片的电阻变化ΔR1=0.48Ω,求电桥的输出电压U0为多少?
17.变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于什么场合?它们各有什么优缺点?
18.试述电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
19.试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
第4章非电量基本参数的测试方法
(一) 学习的内容:
机械力参量、转矩的测量、位移、速度、加速度、压力、温度的测量方法。
(二) 学习的基本要求:.