测试技术复习题.docx
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测试技术复习题
复习题
1绪论
选择题:
1.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为(A)
A.物理型传感器B结构型传感器
C.电桥D.A/D转换器
2.一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较,从而获得被测对象的数值结果过程称为
(B)
A.测试B.测量C.试验D.传感
3.电测法具有测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点,特别适合于(C)
A.静态测试B.线性测试C.动态测试D.非线性测试
填空题:
1.测试泛指测量和试验两个方面的技术,是具有试验性质的测量,是测量和试验的综合。
2.测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较,从而获得被测对象的数值结果,即以确定被测对象的量值为目的的全部操作,可分为直接比较法和间接比较法。
3.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为物理型传感噩
4.随着新材料的开发,传感器正经历着从机构型为主向物性型为主的转变。
名词解释:
1.电测法
答:
电测法是将非电量先转换为电量,然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行
处理和分析的方法。
2.间接比较法
答:
间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物
理量的变化。
3.直接比较法
答:
直接比较法无须经过函数关系的计算,直接通过测量仪器得到被测量值。
简答题:
1.试述测量与测试的概念及其区别。
答:
测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较,从而获得被测对象的数值结果,
即以确定被测对象的量值为目的的全部操作。
测试是对信号的获取、加工、处理、显示记录
及分析的过程。
测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作,其重要性在于它提供了系统所要求的和实际所取得的结果之间的一种比较;测试是主动地、涉及过程动态的、系统的记
录与分析的操作,通过试验得到的试验数据成为研究对象的重要依据。
2.简述电测法概念及其优点。
答:
电测法是将非电量先转换为电量,然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行
处理和分析的方法。
电测法具有测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点,特别适合于动态测试。
2测试系统的基本特性
选择题:
1.为完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换特性的物理装置构成的总体称为
(B)
A.传感器B.测试系统
C.电桥D.A/D转换器
2.传感器在不考虑退滞蠕变等因素的影响下,其静态特性方程
yaoaixa2x2anxn中,定义为理论灵敏度的量为(B)
Aa0Ba1Ca2Dan
3.一阶系统的动态特性参数是(C)
A固有频率B阻尼比C时间常数D灵敏度
4.
线性时不变系统当输入增加时,其输出也以输入增加的同样比例增加的特性是(
A迭加特性B微分特性C积分特性D齐次性
5.系统在全量程内,输入量由小到大及由大到小时,对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为(A)
A回程误差B绝对误差C相对误差D非线性误差
6.
(D)
B存在,但<1
D不存在
一阶系统的阶跃响应中,超调量
A存在,但<5%
C在时间常数很小时存在
7.在测试系统的静态特性中,误差按照表示方法分为绝对误差、引用误差和(B)
A回程误差B相对误差C随机误差D非线性误差
8.在测试系统的静态特性中,误差按照性质和特点分为系统误差、随机误差和粗大误差
A回程误差B绝对误差C相对误差D粗大误差
9.测试系统所能检测输入信号的最小变化能力,称为(D)
10.多次重复测量中,测量值彼此之间的重复性或分散性大小的程度的是(C)
A精确度B准确度C精密度D正确度
11.测试系统的输入未发生变化时其输出产生变化的现象称为(B)
A分辨率B漂移C死区D回程误差
12.不失真测量条件除要求测量装置幅频特性是常值外,其相频特性要求满足(A)
A相移与频率成正比B常值相移
C任意相移D无特殊要求
13.二阶线性测试系统的阻尼率越小,贝U其对阶跃响应的超调量(A)
A越大B越小C略有关系但可忽略不计D不好确定
14.一阶系统的阶跃响应达到输入的63.2%寸,所对应的时间为(B)
A1.5tBtC63.2%cD2t
15.二阶系统中引入合适的阻尼率的目的是(C)
A使得系统输出值稳定B使系统不共振
C获得较好的幅频、相频特性D获得好的灵敏度
16.传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性,动态特性好的传感器
(B)
A其测量的绝对误差与仪表的满量程之比小
B其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者相近
C其输出量中与被测输入量无关的不需要的变化小
D其动态数学模型可以用线性常系数微分方程来表示
17.按照误差的特点和性质进行分类,可分为随机误差、系统误差和(D)
A理论误差B工具误差C人员误差D粗大误差
18.选择二阶装置的阻尼比I=0.707,其目的是(D)
A阻抗匹配B增大输出量
C减小输出量D接近不失真条件
19.在典型二阶测试系统中比较合适的阻尼比是(A)
A0.707左右B远大于1C远小于1D等于1
20.对压力传感器进行静态标定时,常采用活塞式压力计作为标准静态压力发生装置,其工
作原理称为(A)
A静重比较法B绝对比较法C相对比较法D直接比较法
21.线性系统的迭加原理表明(C)
A加于线性系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响
B系统输出响应的频率等于输入激励的频率
C一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应,等于原信号的响应乘以该倍数
D一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应,等于原信号的响应除以该倍数
填空题:
1.线性时不变系统的输入为某一频率的谐波信号,则系统稳态输出将为同一频率的谐波信号,这是线性系统的频率不变性。
2.传感器在不考虑退滞蠕变等因素的影响下,其静态特性方程
ya。
a〔xa?
*2anxn中,定义为理论灵敏度的量为。
3.在测试系统的静态特性中,误差按照表示方法分为绝对误差、相对误差和引用误差。
4.在测试系统的静态特性中,误差按照性质和特点分为系统误差、随机误差和粗大误差
5.漂移是指测试系统的输入未发生变化时其输出产生变化的现象。
通常存在零度漂移和灵敏度漂移两种情况。
6.一个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有线性关空最佳。
7.一阶系统的动态参数时间常数c一般要求越小越好。
8.幅频特性表示在稳态时,系统输出信号与输入信号的幅值之比,即描述了系统对不同频率的正弦输入信号在稳态情况下的放大特性。
9.测试系统灵敏度越高,越容易受外界干扰的影响,测量范围也越窄。
_
10.线性定常系统的频率特性是指零初始条件下稳态输出正弦信号与输入正弦信号的复数比。
11.不失真测试条件要求测试系统静态放大倍数为常数,且不存在相位差。
12.一台仪器的重复性很好,但测得的结果并不准确,这是由于存在误差的缘故。
P10
13.当测试系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系为y(t)Aox(tto)时,该系统能实现
不失真测试,此时系统的频率特性为H(j)。
P22
名词解释:
1.灵敏度
答:
灵敏度是指测试系统在静态条件下,响应量变化和与之相对应的输入量变化的比值。
2.非线性度
答:
非线性度是指测试系统实际输入-输出特性曲线与理想的输入-输出特性曲线接近或偏离
的程度。
4.系统频率特性
答:
线性定常系统的频率特性是指零初始条件下稳态输出正弦信号与输入正弦信号的复数比。
5.回程误差
答:
回程误差为同一输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值的最大值与全程输出范围的比值。
6.粗大误差
答:
粗大误差是一种明显歪曲实验结果的误差。
7.随机误差
答:
随机误差是指在相同条件下,多次重复测量同一量时,其绝对值和符号变化无常,但随
着测量次数的增加又符号统计规律的误差。
8.测试系统的静态特性
答:
测试系统的静态特性是指当输入信号为不变或缓变信号时,输出与输入之间的关系。
9.测试系统的动态特性
答:
测试系统的动态特性是指输入量随时间作快速变化时,系统的输出随输入而变化的关系。
10.漂移
答:
漂移是指测试系统的输入未发生变化时其输出产生变化的现象。
11.幅频特性
答:
幅频特性表示在稳态时,系统输出信号与输入信号的幅值之比,即描述了系统对不同频
率的正弦输入信号在稳态情况下的放大特性。
12.相频特性
答:
相频特性表示在稳态时,输出信号与输入信号的相位差,即描述了系统对不同频率的正弦输入信号在相位上产生的相角滞后或超前的特性。
幅频特性和相频特性总称为系统的频率
特性。
13.死区
答:
略。
简答题:
1.简述随机误差和粗大误差的概念和区别。
答:
随机误差是指在相同条件下,多次重复测量同一量时,其绝对值和符号变化无常,但随
着测量次数的增加又符号统计规律的误差。
2.简述频率特性函数的物理意义。
答:
频率特性函数的物理意义:
频率特性反映了系统的内在性质,与外界因素无关,即当系
统结构参数给定,频率特性随3变换的规律也随之确定。
频率特性描述了在不同频率下系统
传递正弦信号的能力。
在测量系统频率响应函数时,必须在系统响应达到稳态时才能测量。
3.简述静态特性和动态特性的定义。
答:
测试系统的静态特性是指当输入信号为不变或缓变信号时,输出与输入之间的关系。
测
试系统的动态特性是指输入量随时间作快速变化时,系统的输出随输入而变化的关系。
4.简述测试系统静态特性的主要定量指标。
答:
表征测试系统静态特性的主要定量指标有:
精确度、灵敏度、非线性度、回程误差、重
复性、分辨率、漂移和死区等。
5.简述测试系统静态特性定义并写出静态传递方程。
答:
试系统的静态特性是指当输入信号为不变或缓变信号时,输出与输入之间的关系。
(
静态传递方程:
y(t)b0x(t)
6.试述精密度和准确度的概念和区别。
答:
精密度表示多次重复测量中,测量值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。
准确度表
示多次重复测量中,测量平均值与真值接近的程度。
精密度反映随机误差的大小,随机误差愈小,精密度愈高;准确度反映系统误差的大小,系统误差愈小,准确度愈高。
7.试述测试系统传递函数主要特点及适用范围。
答:
传递函数具有如下主要特点:
(1)传递函数与微分方程有直接联系;
(2)传递函数对
于物理性质截然不同的系统(元件),可以具有相同形式;(3)传递函数是复变量的有力真
分式函数;(4)传递函数只表征系统(元件)本身的特性。
传递函数只适合于描述线性定常系统,且不能反映非零初始条件下系统的自由响应运动规律。
计算题:
1.某温度传感器特性方程为20dy/dt+5y=0.15x,其中y为输出电压(mV),x为输入温度(C),
求该传感器的时间常数c和静态灵敏度k。
解:
屁0.15OC
k一0.03mv/C
a。
5
a20』
——4sa05
2.用时间常数为0.5的一阶装置进行测量,若被测参数按正弦规律变化,若要求装置指示值
2s和5s,
的幅值误差小于2%问被测参数变化的最高频率是多少?
如果被测参数的周期是问幅值误差是多少?
解:
一阶装置,有H(s)
A(f)
[1(2f)2]12
幅值误差小于2%,应A(f)0.98求出f0.06Hz
对被测信号:
周期是2s,f10.5Hz,A(f1)0.537,幅值误差为46.3%
周期是5s,f20.2Hz,A(f2)0.847,幅值误差为15.3%
3.求周期信号x(t)=1.8cos200t+1.6cos(50t-技4)通过传递函数为H(S)
0.01S1
的测量系统所得的稳态响应y(t)。
答:
略。
1
H(s)的测量系统后的稳态响网。
0.005s1
答:
由系统的传递函数H(S)得其幅、相频特性函数分别为:
A()1,()arctan(0.005)
..1(0.005)2
由于输入信号是周期简谐信号的叠加,根据线性系统的叠加原理和频率不变性。
设:
x(t)x〔(t)X2(t),其中x1(t)0.5cos10t,x2(t)0.2cos(100t45)
⑴对xi(t),其稳态输出yi(t)的幅值和相角分别为:
1
(1)0x1
(1)0arctan(0.00510)2.8624
yi(t)0.5cos(10t2.8624)
⑵对X2(t),其稳态输出y2(t)的幅值和相角分别为:
、1
Y2
(2)A
(2)Z2
(2)0.20.89440.20.179
1(0.005100)2
2
(2)45arctan(0.005100)71.565
y2(t)Y2
(2)cos(100t2
(2))0.179cos(100t71.565)
由叠加原理,系统总的稳态输出:
yty1ty2(t)0.5cos(10t2.8624)0.179cos(100t71.565)
5.将120Q的一个应变计粘贴在低碳钢制的拉伸试件上,若试件的等效截面积为0.5X10-
4m2,低碳钢的弹性模量E=200X109N/m2,由50KN的拉力所引起的应变计电阻变化为1.2
Q,试求该应变计的灵敏系数。
答:
应变片电阻的相对变化为
1
0.01
100
0.005
6.设一时间常数为3.5s的温度传感器,从150C水中突然取出,并插入1000C沸水中,在
插入15s后,此时温度计的指示值为多少?
答:
一阶系统阶跃响应
15
指示值:
T85(1e3.5)1583.83+15=98.83C
3传感器及其应用
选择题:
1.光电池的工作原理是基于(B)
A外光电效应B光生伏特效应C光电导效应D热电效应
2.光敏电阻传感器的工作原理是基于(A)
A内光电效应B外光电效应C压阻效应D应变效应
3.能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或者装置称为(A)
A传感器B滤波器C转换器D电桥
4.有关传感器定义描述正确的是(A)
A传感器是测量装置,能完成检测任务
B传感器的被测量只能是电量
C传感器输出不含待测的原始信号
D传感器转换过程是不可复现的
5.下面属于电参量式传感器的是(D)
A磁电式传感器B压电式传感器C热电式传感器D电容传感器
6.下面属于发点式传感器的是(D)
A电阻传感器B电感传感器C电容传感器D压电传感器
7.金属导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为(D)
A光电效应B压电效应C压阻效应D应变效应
8.单晶半导体材料在沿某一轴向收到外力作用时,其电阻率随之发生变化的现象称为()
A光电效应B压电效应C压阻效应D应变效应
9.下面对热电阻式传感器描述正确的是(C)
A金属丝热电阻传感器适用于高温测量
B热敏电阻是线性元件
C通过热敏电阻的电流及其两端的电压不服从欧姆定律
D在一些测量精度要求不高且温度较低的场合,多采用伯电阻进行测温
10.下面对湿敏电阻传感器描述正确的是(D)
A湿敏电阻线性度好
B湿敏电阻互换性好
C湿敏电阻灵敏度低
D目前主要有氧化锂湿敏电阻和有机高分子膜湿敏电阻
11.下面对涡流式传感器描述正确的是(B)
A涡流式传感器频率范围小
B低频投射式涡流传感器利用互感原理工作
C涡流传感器为接触式测量
D涡流传感器线性范围小
12.
计量光栅按照形状和用途不同分为长光栅和(C)
D振幅光栅
A透射光栅B反射光栅C圆光栅
13.光电编码器按其结构形式分为直线式编码器和(A)
A旋转式编码器B绝对式编码器
C增量式编码式D电磁式编码器
14.光电编码器按其检测原理分为电磁式编码器、光电式编码器和(D)
A旋转式编码器B绝对式编码器
C增量式编码式D接触式编码器
15.压电式传感器与一般电压放大器连接使用时,中间要加一级前置放大器,该放大器主要
用来(B)
A提高传感器灵敏度B实现高阻抗输入,低阻抗输出的变换
C实现低阻抗输入,高阻抗输出的变换D实现高阻抗输入,高阻抗输出的变换
16.欲测1000C以上钢管的温度,可选的测温传感器为(D)
A热敏电阻B伯电阻C铜电阻D热电偶
17.金属丝应变片在测量某一构件的应变时,弓I起电阻的相对变化主要由(C)
A贴片位置的温度变化B电阻丝几何尺寸的变化
C电阻材料的电阻率的变化D电阻截面积
18.在光作用下,使电子逸出物体表面的现象称(B)
A内光电效应B外光电效应C热电效应D压电效应
19.电容式传感器属于(C)
B发电式传感器
D物性型传感器
A能量转换型传感器
C结构型传感器
20.半导体应变片主要是利用半导体材料的(B)
A形变B电阻率的变化C弹性模量的变化D泊松比的变化
21.压电式传感器的工作原理是(C)
A应变效应B压阻效应C压电效应D涡流效应
22.为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度,应选用(B)
A.电压放大器B.电荷放大器
C.微分放大器D.积分放大器
23.在测量位移的传感器中,符合非接触测量而且不受油污等介质影响的是传感器(D)
24.不能用涡流式传感器进行测量的是(D)
A.
D.非金属材料
材质鉴别B.探伤C.位移
25.变极距型电容式传感器,其灵敏度与极距(D
A.成正比B.平方成正比
C.成反比D.平方成反比
26.下列传感器中不能做成差动结构的是(D)
A.电阻应变式B.自感式
C.电容式D.电涡流式
27.
对于电涡流传感器的谐振测位移电路,当无金属导体靠近时,其输出电压(
28.霍尔效应中,霍尔电势与(C
B.激磁电流平方成反比
D.磁感应强度成反比
A.激磁电流成反比
C.磁感应强度成正比
29.热电偶中产生热电势的条件分别为(B)
A.两热电极材料相同
B.两热电板材料不同
C.两热电极的两端点湿度不同
D.两热电极的两端点温度相同
30.下面关于磁阻效应描述正确的是(C)
A.磁阻效应是垂直于电流方向的横向电压
B.磁阻效应与材料性质无关
C.元件长宽比愈小,磁阻效应愈大
D.磁阻效应与几何形状无关
填空题:
1.金属导体或半导体在外力作用下产生机械变形而引起导体或半导体的电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。
2.根据热敏电阻温度特性的不同,可将热敏电阻分为负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻和突变型温度系数热敏电阻。
3.电感传感器按其转换方式的不同分为自感式、互感式和涡流式
4,当金属平面置于交变磁场中时,就会产生感应电流,这种电流在金属平面内式闭合的,称为涡流。
5.光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,是以光电效应为基础,将光信号转换成电信号的传感器。
6.压电传感器主要利用纵向压电效应。
名词解释:
1.热电效应
答:
将两种不同的导体组成一个闭合回路,若两个结合点的温度不同,则在回路中就有电流
产生,这种现象称为热电效应。
2.霍尔效应
答:
所谓霍尔效应是指当半导体中流过电流时,若在与该电流垂直的方向上外加一个磁场,
则在于电流及磁场分别成直角的方向上会产生一个电压。
这种现象称为霍尔效应。
3.压阻效应
答:
所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向收到外力作用时,其电阻率随之发生变
化的现象。
4.正压电效应
答:
某些物质,沿一定方向对其施加外力,不仅几何尺寸发生变化,而且内部极化,表面有电荷出现,形成电场;当外力去除后,又重新回复到原不带电状态,这种现象称为正压电效应。
简答题:
1.画出压电传感器与电荷放大器相连的等效电路图,并说明电荷放大器的输出电压Uo与传
感器产生的电荷量Q及反馈电容Cf之间的关系。
答:
略。
P59
2.何为电涡流效应?
电蜗流的形成范围与哪些因素有关?
被测体对涡流传感器的灵敏度有
何影响?
答:
略。
P47
3.简述电容式传感器的原理及分类。
答:
略。
P39
4.简述半导体应变片的优缺点。
答:
半导体应变片的优点是体积小,灵敏度高,较金属应变片大数十倍,频率响应范围宽。
其缺点是应变灵敏度随温度变化较大,大应变下的非线性以及安装不方便等,因此其使用范
围受到一定限制。
计算题:
1.某电容传感器(平行极板电容器)的圆形极板半径r4(mm),工作初始极板间距离
00.3(mm),介质为空气。
问:
(1)如果极板间距离变化量1(m),电容的变化量C是多少?
(2)如果测量电路的灵敏度ki100(mV/pF),读数仪表的灵敏度k25(格/mV)在
1(m)时,读数仪表的变化量为多少?
答:
略。
2.
某加速度传感器的动态特性可用如下的微分方程来描述:
式中y输出电荷量(pC)
2
x——输入加速度值(m/s)
试确定该传感器的30、E和k的大小。
3.有一个温度传感器,其微分方程为
k。
其中y为输出电压(mV),x为输入温度(°C),试求该传感器的时间常数c和静态灵敏度
a1
a°
12
试求其静态灵敏度。
(08.8510F/m)
答:
对变极距电容传感器
0A
2~0
答:
变面积型平面线位移电容传感器的静态灵敏度为
荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器最大加速度值为
加速度)答:
由题意知,振动测量系统(压电式加速度计加上电荷放大器)的总灵敏度
K=Kq?
Ku=8pC/gX50mV/pC=400mV/g
则当加速度值为2g时,电压幅值为
Uo=K?
a=400mV/gx5g=2V
应用题:
1.根据你所学知识,设计几种工作原理不同的压力测量传感器(三种以上),并组建相应的
检测系统,说明各组成环节的作用或目的。
答:
1)金属应变式传感器:
将电阻应变片粘贴在各种弹性敏感软件上,当传感器承受压力作用时,传感器的阻值也发生相应的变化。
恒压源提供传感器的工作电压,电桥电路为传感器的转换电路,使机械变化量转变为电压信
号,放大电路对信号进行放大,最后为采集显示部分。
2)半导体压阻式传感器
当半导体在某一方向上受力时,它的电阻率发生显著变化,这种现象称为半导体压阻现象,
利用这一现象制作的半导体压阻式传感器可以用来检测压力。
3)压电式传感器
原理:
压电式传感器是基于某些物质的压电效应原理而工作的。
这些物质在沿一定方向受到
压力或拉力作用而发生变形时,其表面会产生电荷,;弱将外力去掉时,它们又重新回到不
带电的状态。
电荷放大器具有两个作用,一是将电压式传感器的微弱信号放大;二是将传感器
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