1、完整word版工程测试技术基础习题集word文档良心出品工程测试技术基础 习题集第一部分 绪论1-1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。1-2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？1-3非电量电测系统的基本组成有哪些？各部分的功能如何？1-4测试技术的手段和方法有哪些？试举例说明。1-5通过网络查询现代测试技术的发展趋势有哪些？试举例说明。1-6非电量电测系统的基本类型有哪些？1-7 生活中工程测试技术的例子有哪些？1-8 通过上网查询如何学习工程测试技术这门课程。第二部分 信号分析基础2-1 低通、高通、带通及带阻滤波器各有什么特点
2、？它们的频率特性函数的关系是什么？2-2何为周期信号?周期信号的变化规律可由哪几个参数完全确定?2-3信号可采用几个域描述？各域描述信号的物理意义是什么?2-4周期信号和非周期信号的频域描述有何区别?两者的频谱特点是什么？2-5试述自相关函数和互相关函数的定义及其应用。2-6试述谱密度函数的定义及其在振动测试中的应用。2-7何为激振器，激振器的作用是什么?2-8简述电动式、电磁式激振器的工作原理及结构。2-9 调幅波是否可以看成是载波与调制信号的叠加？为什么？2-10 已知RC低通滤波器R = 1k，C = 1F，试求：(1) 确定各函数式H（S），H（），A（）；(2) 当输入信号ux =
3、10sin100t时，求输出信号uy，并比较其幅值及相位的关系。2-11 为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？2-12 下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3倍频程滤波器的多少倍？2-13 倍频程选择性为 -60dB的滤波器和倍频程选择性为 -40dB的滤波器相比，哪一台好？为什么？2-14 检波电路图请参见教材，已知ur、ux的波形如图5.1所示，画出图中uf的波形图。2-15 用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为：（t）= Acos10 t + Bcos100 t。如果电桥激励电压为：e0 = Esin10000t，试求此电桥的
4、输出信号频谱。2-16 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？ 半桥双臂各串联一片； 半桥双臂各串联一片。2-17 以阻值R=120，灵敏度S=2的电阻丝应变片与阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2和2000时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度（注：微应变，即10-6）2-18 设一带通滤波器的下截止频率为fc1，上截止频率为fc2，中心频率为fc3，试指出下列记述中的正确与错误。(1) 倍频程滤波器fc2= fc
5、1；(2) 滤波器的截止频率就是此通频带的幅值衰减3dB处的频率；(3) 下限频率相同时，倍频程滤波器的中心频率是1/3倍频程滤波器的中心频率的3倍。2-19什么是调制和解调，调制和解调9-14设有一组合复杂信号，系由频率分别为362Hz, 22Hz, 250Hz, 300Hz的同向正弦波叠加而成，求该信号的周期。2-20如图2-1所示信号，求周期性三角波的表达式，并绘制出其频谱图。2-21求图2-2所示三角脉冲信号的频谱。图2-1 图2-2 2-22 求图2-3所示正弦信号x(t)=Xsint的均值、均方值和概率密度函数p(x)。图2-3第三部分 传感器原理与应用3-1 传感器一般由哪几部分
6、组成?试说明各部分的作用。3-2内部传感器与外部传感器的作用有何区别? 3-3按被测的基本物理量可将传感器分为哪些类? 3-4为何标定时必须用上一级标定装置标定下一级传感器? 3-5静态标定与动态标定的标定指标有哪些?3-6何谓传感器的定度与校准? 3-7按传感器输出信号的性质可将传感器分为哪几类? 3-8何谓传感器的静特性和动特性? 3-9传感器的主要性能指标有哪些? 3-10为什么说技术革新的主角之一就是传感器? 3-11差动式电容位移传感器和差动电感位移传感器的特点是什么?3-12哪些传感器有可能被选作小位移测量传感器?为什么?3-13金属电阻丝应变片与半导体应变片的工作原理是什么?各有
7、何优缺点?3-14应变片布桥方式有几种，各有什么特点?3-15什么是正压电效应和逆压电效应?利用压电效应可制成哪几种传感器?3-16压电式力传感器的工作原理是什么?压电式力传感器与电压放大器配套使用应注意什么问题？3-17试述压磁式力传感器的结构及工作特点。3-18简述光电式扭矩传感器测量扭矩的原理3-19为什么压电式加速度传感器要使用高输人阻抗电荷放大器?3-20温度测量的方法有哪些?它们的原理有何不同?各适于什么场合?3-21为什么对热电偶的参考端温度要采用一定的方法进行处理?一般有哪些处理方法?3-22为什么金属热电阻式传感器要采用双线无感绕制法?3-23什么叫热敏电阻的正温度系数与负温
8、度系数?3-24全辐射式温度传感器依据的是什么机理?3-25亮度式温度传感器主要有几种形式?各有什么特点?3-26半导体温度传感器根据什么原理测温?3-27半导磁气敏传感器为何都附有加热器?3-28试说明氧化型和还原型气敏元件的工作原理及其输出特性3-29电桥的零测法与偏差测量法有什么不同?它们各适于在什么场合下应用? 3-30请叙述比色温度传感器的工作过程。3-31电桥的灵敏度与非线性误差如何定义?3-32在用电桥测量前，为什么要将电桥调零?3-33公路交通检测汽车流动状态多采用哪些传感器?3-34请说明湿度传感器、气体传感器对电子灶控制的工作原理。3-35何谓外光电效应、光电导效应和光生伏
9、特效应?3-36红外探测器与光电传感器、热敏电阻器有什么异同?3-37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？3-38电容式、电感式、电阻应变片传感器的测量电路有何异同？举例说明。3-39何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应?3-40材料的主要特性参数有哪些?试比较三类压电材料的应用特点。3-41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。3-42传感器静态特性的主要指标有哪些?说明它们的含义3-43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?3-44何谓霍尔效应
10、?利用霍尔效应可进行哪些参数测量? 3-45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?3-46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。3-47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。 3-48从电涡流式传感器的基本原理简要说明它的各种应用。 3-49为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要?设计和应用中如何解决这些问题?3-50电容式传感器的测量电路主要有哪几种?各自的目的及特点是什么?使用这些测量电路时应注意哪些问题?3-51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。3-52测温系统由铂
11、电阻温度传感器、电桥、放大器和记录仪四个环节组成，各自的灵敏度分别为: , 0.02V/, 100(放大倍数)、0. 2cm/V .(1)求该测温系统的总灵敏度; (2)已知记录仪笔尖位移8cm时，求所对应的温度变化值。 3-53一传感器，其实测的输人/输出特性曲线(校准曲线)与拟合直线的最大偏差为I,mex = 40C，而论满量程测量范围为(-40120)，试求该传感器的线性度。 3-54一加速度传感器，出厂时标出的电压灵敏度为100m V /g，由于测试需要，需要加长导线，因需要重新对加速度传感器的灵敏度进行标定，如果在能作50Hz:和1g的振动标定台上进行标定，选用电压大器的放大倍数为1
12、00，标定用晶体管毫伏表上指示电压为9V，试计算加速度传感器的电压灵敏度K，并与原灵敏度比较。 3-55压力传感器的校准数据如表格所示，试用最小二乘法求非线性误差并计算迟滞误差和重复性误差?压 力 (Mpa)输 出 值(mV)第一次循环第二次循环第三次循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程 00.00200.00300.00250.00350.00350.0040 0.020.20150.20200.20200.20300.20200.2030 0.040.40050.40200.40100.40200.40100.4020 0.060.60000.60100.60000.60150.600
13、00.6010 0.080.79950.80050.79950.80050.79950.8005 0.101.0001.0000.99950.99950.99900.99903-56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。 3-57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。3-58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。 3-59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
14、。3-60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?3-61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=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?3-62 现选用丝栅长10mm的应变计检测弹性模量E=21011N/m2、密度=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。 3-63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=
15、2105N/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?3-64 一应变片的电阻R=120，k=2.05，用作应变片为800m/m的传感元件。a.求R/R和R；b.若电源电压U=3V，惠斯登电桥初始平衡，求输出电压U0。3-65 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120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=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
16、阻变化R1=0.48 ，求电桥的输出电压U0。为 多少你？3-66 有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙=03mm，试求： (1) 若极板与工件的间隙变化量=10m时，电容变化量为多少? (2) 若测量电路的灵敏度K=100mV/pF，则在=1m时的输出电压为多少?3-67 什么是零点残余电压？减小零残电压的有效措施有哪些？3-68 为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？3-69何谓“驱动电缆技术”？采用的目的是什么3-70 在压力比指示系统中采用差动式变极距型电容传感器，已知原始极距1=2=0.25mm，极距直径D=38.2mm，采用电桥
17、电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接R=5.1k的电阻后作为电桥的两臂，并接有效值为U1=60V的电源电压，其频率为f=400Hz，电桥的另两臂为相同的固定电容C=0.001f，试求电容传感器的电压灵敏度？若=10m时，求输出电压的有效值？3-71 何谓机械阻抗？试说明它在分析双向传感器的动态特性中的作用？3-72 试分析应变片传感器工作在低频、高频和固有频率三种情况下的机械阻抗并指出哪种情况下机械阻抗为最小？3-73试选择合适的传感器：1)现有激磁频率为2.5kHz的差动变压器式测振传感器和固有频率为50Hz的磁电式测振传感器各一只，欲测频率为400500Hz的振动，应选哪一种?为
18、什么?(2)有两只压电式加速度传感器，固有频率分别为30kHz和50kHz，阻尼比均为0.5，欲测频率为15kHz的振动，应选哪一只?为什么?3-74为什么磁电感应试传感器的灵敏度在工作频率较高时将随频率增加而下降？3-75压电试传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度无关？3-76某压电晶体的电容为1000pF,Kq=2.5C/cm，Cc=3000pF，示波器的输入阻抗为1M和并联电容为50F，求：压电晶体的电压灵敏度；测量系统的高频响应；若系统允许的测量值误差为5%，可测最低频率为多少？若频率为10HZ，允许的误差为5%，用并联方式，电容值为多少？ 3-
19、77用镍铬-镍硅热电偶测得介质温度为800，若参考端温度为25，问介质的实际温度为多少? 3-78一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r = 4mm，工作初始间隙0=0.3mm，问：（1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量=1m时，电容变化量是多少？（2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S 2= 5格/mV，在=1m时，读数仪表的指示值变化多少格？3-78光电式传感器包含哪几种类型？各有何特点？用光电式传感器可以测量哪些物理量？3-79一压电式压力传感器的灵敏度S = 9105pC/Pa（微微库仑/帕），把它和一台灵敏度调到0.005V/pC的电荷放大器连接，放大
20、器的输出又接到一灵敏度已调到20mm/V的光线示波器上记录，试给出这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。3-80电阻应变片常用的测量电路是什么？3-81 交流电桥可作为哪些传感器的测量电路？3-82电荷放大器是哪种传感器的测量电路？3-83三坐标测量机由哪几部分组成?其测量系统有哪几种?各有何特点?3-84汽车机电一体化的中心内容是什么?其目的是什么?3-85汽车行驶控制的重点内容是什么?3-86汽车用压力传感器有哪些功能?3-87爆震产生的主要原因是什么?3-88公路交通检测汽车流动状态多采用哪些传感器?3-89请说明湿度传感器、气体传感器对电子灶控制的工作原理。3-90选用传感器的基本原
21、则是什么？在实际中如何运用这些原则？试举一例说明。第四部分 测试系统特性4-1 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？4-2 测试系统不失真传输信号的时域和频域条件分别是什么？4-3 试说明二阶系统常使阻尼比= 0.70.8的原因。4-4 求周期信号x（t）= 0.5cos10 t + 0.2cos(100t45)通过传递函数为 的装置后所得到的稳态响应。4-5 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= 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= 0.7，幅值失真
22、和相位滞后又各是多少？4-6 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？4-7 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？4-8 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？4-9 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800HZ，阻尼比= 0
23、.14，问使用该传感器作频率为400HZ正弦变化的外力测试时，其振幅比A（）和相位角差（）各为多少？又若该装置的阻尼比可改为= 0.7，则A（）和（）又将作何种变化？4-10 想用一个一阶系统作100HZ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50HZ正弦信号的测试，问此时的振幅误差和相位角差是多少？4-11什么叫误差？误差的表示法有哪些？根据误差的分布规律，可将其归为几类？各有什么特点？4-12等精密度测量的含义是什么？4-13若测量序列中仅含有随机误差，当测量次数为无穷大时，测量的结果如何表达？为什么？4-14系统误差的类型有哪些？如
24、何发现？如何消除？4-15静态直接测量数据的处理步骤有哪些？4-16动态测量数据的类型有哪些？随机数据的统计特征量有哪些？自相关函数与功率谱密度函数的关系是什么？各有什么应用？4-17滤波方式有几种?各有何特点?4-18什么叫低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器及带阻滤波器?分别画出它们的理想幅频特性。4-19设计一个固有频率f0= 2kHz、等效品质因数Q=2的如图8-26a所示的低通滤波器(设C=0.1 )。4-20设计一个中心频率为50Hz，阻带宽度为4Hz的带阻滤波器(设C=0. 05)。第五部分 基于计算机的测试系统原理5-1传感器与微机接口的作用是什么?5-2传感器与微机的基本接口方
25、式有哪些5-3简述A/D转换器的数据转换与传送中，CPU的控制方式。5-4 LED与LCD的功能原理有何区别?5-5采用计算机软件进行温度补偿时，常用的方法有哪两种?说明其步骤。5-6说明采用计算机软件进行线性化处理的方法及步骤。5-7试说明光栅式传感器四倍细分原理及其辨向原理。5-8测量放大器有什么特点?5-9某数/模转换器，要求其十位二进制数能代表05V，试问此二进制数最低位代表几伏?5-10影响多路模拟开关对信号传递精度的因素是什么?如何加以改善?5-11试分析采样保持器的工作原理。5-12系统中干扰与噪声的主要来源有哪些?5-13抑制干扰主要有哪些方法?5-14在检测系统中，为什么通常
26、要加人调制与解调环节?5-15有一八位T形电阻网络数/模转换器，设RF=3R，若d7 d0为00000001时，U0 =-0.04V,试计算d7 d0为00010110和11111111时的U。各为多少伏?5-16采用光电编码器为什么能同时进行位置反馈和速度反馈?5-17 SC16型光线示波器的振动子输入i（t）为单位阶跃，输出（t）如图6.1所示，试求振动子的阻尼比及固有频率n，并写出其频率特性表达式。5-18 现用FC6-30型振动子记录10HZ正弦信号，信号幅值为2V，要求在记录纸上偏转50mm，试求需串、并联的电阻值。（设信号源内阻为200）。5-19 现用固有频率为1200HZ的振动
27、子记录基频为600HZ的方波信号，试分析记录结果，并绘出记录波形的示意图。5-20 工程测试中干扰源有哪些？干扰有哪些类型？5-21 工程测试中干扰通过何种方式进入测试系统中的？第六部分 典型工程测量方案设计6-1选用位移传感器应考虑哪些问题?6-2举例说明什么是发电型传感器，什么是参数型传感器?6-3简述光栅式位移传感器的工作原理及其工作特点。6-4容栅式位移传感器和电容式位移传感器有何区别?6-5为防止电容传感器击穿，在两极之间加人厚度为a的两片云母片，如图2-38所示，其相对介电常数为r，空气介电常数为0，(空气介电常数近似于真空介电常数)，求传感器总电容(设圆形极板直径为D,两云母片之
28、间距离为0).6-6某感应同步器及数显表测量最大位移量为9999m，求仪器的分辨力(绝对值和相对值)及动态线性范围(dB).6-7用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为,如果电桥激励电压Ui=Usin10000t，试求此电桥的输出信号频谱。6-8设图中电感位移传感器的铁心相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1。已知真空中的磁导率o=。试对下述情况计算该传感器的输出电感: (1)气隙为0; (2)气隙为2mm。6-9把一个变阻式位移传感器按图2-40接线，其输人量、输出量各是什么?当Rl =lOk， Rp=100, ab=lmm, Ui=3V, Uo=500mV时，求被测线
29、位移.x=ob是多少？6-10有一钢板，原长L=lm，钢板弹性模量E=2. 05910Pa，使用BP-箔式应变片的阻值R=120,，灵敏度K=2，测出拉伸应变为300。求钢板伸长l，应力, R /R及R。如果要出l，则相应的R /R是多少(注: 表示相对变形为)。6-11某一铅试件受拉力作用，试分析能否用在试件上粘贴应变片的方法实现拉力的测量。6-12构件及其受力如图6.1所示，请设计测量力P时的贴片和接桥方法并导出P 关系式。6-13构件的受力及布片情况如图6.2所示，请说明如何完成拉力P的测量并画出接桥图。6-14当补偿板和待测试件的材料不同时，产生的虚假应变值f为多大？6-15接桥如图4
30、.3所示，其中R = R1 = R2 = 120，r =3，请计算由引线电阻r引起的相对误差为多少？若R1为工作片，R2为补偿片，当仪器的读数值为100时，实际应变值为多少？6-16接桥如图4.3和图4.4所示，其中R = R1 = R2 = 120，r =3，环境温度引起的引线电阻r的变化量均为r = 0.3，请计算两种情况下由r引起的测量误差分别为多少？并根据计算评价三线制接法在动态测量中的应用效果。6-17 设计一个用压电式加速度传感器测量线加速度的测量系统。画出系统框图并重点说明对前置放大器的要求和该系统适用的频率范围。6-18 某加速度计的标准振动台，振动的频率是50HZ，量值是1g。现有一压电式加速度计出厂时标出的电压灵敏度是S=100mV/g，由于现场测试中需要加长导线要重新标定其灵敏度。假定电压（前置）放大器的放大倍数为1，后续放大器的增益为40dB，标定时毫伏表的示值为9.13V，要求画出标定系统框图并计算出电压灵敏度SV。6-19 某压力表的指示压力（表压力）为1.3kPa，当时当地的大气压力正好为0.1MPa，求该被测压力的绝对压力。6-20 列出你所知道的压力表的名称，指出它们用在什么地方？6-21 何为热电效应？回路中热电势恒等于零的充分必要条件有哪些？6-22 用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，热电偶冷端温度t1为
