《电气测试技术》(第4版)课后答案

第1章1答：应具有变换、选择、比较和选择4种功能。2答：精密度 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示指示值的分散程度，用δ表示。δ越小，精密度越高；反之，δ越大，精密度越低。准确度是指仪表指示值偏离真值得程度，用ε表示。ε越小，准确度越高；反之，ε越大，准确度越低。精确度是精密度和准确度的综合反映，用τ表示。再简单场合，精密度、准确度和精确度三者的关系可表示为：τ=δ+ε。1-5答：零位测量是一种用被测量与标准量进行比较的测量方法。其中典型的零位测量是用电位差及测量电源电动势。其简化电路如右下图所示。图中，E为工作电源，EN为标准电源，RN为标准电阻，Ex为被测电源。ExENExRxENRxRNRN测量时，先将S置于N位置，调节RP1，使电流计P读书为零，则I1ENRN。然后将S置于x位置，调节RP2，使电流计P读书为零，则I2ExRx。由于两次测量均使电流计P读书为零，因此有I1I2零位测量有以下特点：被测电源电动势用标准量元件来表示，若采用高精度的标准元件，可有效提高测量精度。读数时，流经EN、Ex的电流等于零，不会因为仪表的输入电阻不高而引起误差。只适用于测量缓慢变化的信号。因为在测量过程中要进行平衡操作。1-6答：将被测量x与已知的标准量N进行比较，获得微差△x，然后用高灵敏度的直读史仪表测量△x，从而求得被测量x=△x+N称为微差式测量。由于△x＜N，△x＜＜x,故测量微差△x的精度可能不高，但被测量x的测量精度仍然很高。第2章1答：服从正态分布规律的随机误差具有下列特点：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大，在误差处，出现的概率最大。绝对值大于某一数值的误差几乎不出现，故可认为随机误差有一定的界限。3解：采用式(2-9)计算。用表①测量时，最大示值相对误差为：用表②测量时，最大示值相对误差为：前者的示值相对误差大于后者，故应选择后者。题2-4解：五位数字电压表2个字相当于0.0002V。1)U10.01%Ux0.00026104V0.01%40.0002U16104r11100%100%0.015%U142)U20.01%Ux0.00020.01%0.10.00024r1U2100%1Ux2.11040.1100%0.21%题2-5解：已知sN0.1%，s=0.1级UN9V,Ux10V,UxUN1V根据式（2-34）Qrs%xmxs%114.5%可选择Um=1V，s=2.5级电压表。题2-6解：（1）x112xi501.07HZ12i1（2）求剩余误差vixix，则v10.22；v20.25；v30.28；v40.1；v50.03；v60.961；v70.13；v80.43；v90.53；v100.37；v110.27；v120.51；12求vi0.020，说明计算x是正确的。4.5%ri13）求标准差估计值?，根据贝塞尔 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 4）求系统不确定度，P=99%，n＝12，查表2-3，及tata?3.170.441.395）判断是否含有变值系差①马列科夫判据612vivi0.14（-0.25）＝0.35i1i7URoo35704m.0V5Ω625.05Ω，故数据中无线性系差。②阿卑-赫梅特判据n1?2n1vivi1i1可以认为无周期性系差。6）求算术平均值标准差?x?0.44n120.127）P＝99％，n＝12，ta3.17则x3.170.120.388）写出表达式f＝501.070.38HZmrAnrBprC由于rA、rB、rC为系统不确定度，从最大误差出发得prC）122.0％31.0％2.5％）2题2-9解：伏安法测得的电阻为：由图2-14可见，电流档内阻压降为因此Rx的实际值为：Rx0UIxx044.990.1k100Rx两端的实际电压为Ux0UxUA9.84.94.9VRxRx0100%200100100%100%Rx0100该方法由于电流档的内阻压降大（电流档内阻大），误差比较大。为了减小误差，应将电压表由B接至C点。题2-10解：依图2-10用伏安法测得的电阻为R0kKUm20501MΩ由于Rx0//R0即Rx0R0Rx010.5MΩRx0R0Rx01Rx01MΩ测量误差为rxRxRx0100%0.51100%50%xRx01由于Rx0较大，所用电压档内阻R0有限，引起误差较大。为了减小误差，应将电压表由C点改接至B点。题2-11解：（1）串联总电阻RR1R25.15.110.2KΩ根据式(2-48)可得串联电阻相对误差为rx(R1rR1R2rR2)(5.15.0%xR1R2R1R1R2R210.2=(2.5%0.5%)=3.0%2）两电阻并联总电阻RR1R2R1R25.12.55KΩ10.2根据式（2-50）得rx(R1R22rRR1R2R10.5%2.5%)=3.0%R1R2rR2)150..121.0%5.110.25.0%)3）若两电阻的误差rR1rR22.5%，得①串联总电阻为R=10.2KΩR1R1R22.5%R2R1R22.5%1.25%1.25%2.5%②并联总电阻R=1/2×5.1=2.55KΩR2R1R22.5%R1R1R22.5%1.25%1.25%2.5%题2-12解：参考P38例2-21PP1P2350034006900W1m2ms%UI1.0%3801038WPm1m2m38+38)=76WrpmpmP100%76100%69001.10%题2-13解：依题意WUt为幂函数，R则根据式（2-45）得2rUrRrt)(21.5％1.0％0.1％)4.1％题2-14解：该电子仪表 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 指出了六项误差，分别为：41.5%2.0%x3①基本误差r1s%xm②温度附加误差r20.1%(3020)1.0%③电压附加误差r30.06%22010％1.32%④频率附加误差r41.0％⑥换集成块附加误差r60.2％由于误差项较多，用方和根合成法比较合理，总的误差为：0.0132)2(0.01)2(0.002)2(0.002)22.8%第3章1解：（1）图3-161a为自动平衡位移测量仪表。设左边电位器传感器的输出电压为U1，则U1设右边电位器传感器的输出为U2，则UxxUxxxmxUxx2xmxmU2则U2Ui即2UiUxx2位移x与偏置电压Ui和输入电压Ux之比的开平方成正比。2）图b可见，U0为两个电压Ua和Ub经x1和x2分压后相加，即U0Uax1xmUbx2xm（Uax1xmUbx2）3）图c中，QU1Ux1xmU0Uxmx2则U0Ux1xmx2xmx1xmx2Ux1x2xm4）图d中，r上的压降为UxUarUar（QRr，忽略分母中的r）RxRx1U0Uxx2UarRx1x2Uargx2，Rx1输出与x2之比成正比。x13-2解：电位器的电阻变化量R为RRmxxm5001025001065Ω因此可得右图3-2a由此图求开路电压UO为R1500ΩUO2.5V2455O5000.05V50mV5VR2500ΩR3255ΩR4245Ω根据戴维南定理求右图3-2a，电源短路内阻RO图3-2aROR1//R2R3//R4500500255245500500255245374.05Ω因此可将电路等效为右图3-2b，RoUOIRO625.0550374.05625.0550uAUo374.05Ω625.05Ω由此可求得Px为图3-2bPx10000x10001div/uA50uA=500kPa3-3解：根据式（3-43）可计算R1~R4所受应变6l2F2Ebh232.01053103（1103）2＝2000（微应变）200010612000106651210331032＝12002.01053103(1103)21200101200102UmaxRUmax4PmaxR425010310010VU106UOk12342200020001200120010632mV44R1ROROk110010022000106100.40ΩR2ROROk21001002200010699.6ΩR3ROROk310010021200106100.24ΩR4ROROk41001002120010699.76Ω题3-4解：（1）根据式（3-55）可得简单自感传感器三次方非线性误差为：2L0[()2()3]L000300100%[()2]100%1.01%L0000（2）根据式（3-63）可得差动自感传感器三次方非线性误差为：2L0[()3]2L0'003022100%()2100%(0.01)2100%0.01%2L0003-4答：变气隙式自感传感器的工作特性式（3-45）中，保持S不变，空气隙厚度变化，此时传感器工作特性为：N20SL0(3-46)2(0)当0时，电感变化量为：LLL0L00式中，L0N20S/（20）。上式可改写成：LL0()010当/01时，可将上式展开成麦克劳林级数：LL0[1()2]000L0[()2()3](3-47)000当0时，电感量减小，即：LL0LL00把上式展开为级数：LL0[()2()3()4](3-48)0000由式（3-47）和式（3-48）可见，式中第一项为线性的，其灵敏度为：kLL0(3-49)0而第二项以后是非线性项，含有n次方的非线性。若仅考虑二次方非线性，其非线性误差为：上式中第一项是线性项，其灵敏度为：3-54)上式与式（3-49）比较可见，差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。由式（3-53）可见，差动自感传感器仅含奇次方非线性项，其三次方非线性误差为：l3()2100%03-5答：差动变压器零点残余电压产生的原因：1）由于二次线圈结构上的不对称，故引起线圈感应电动势幅值不等，相位不同。2）铁心材料B-H曲线的非线性造成输出电压含有高次谐波（主要是三次谐波）。3）励磁电压含有高次谐波。零点残余电压的消除方法：1）尽可能保证传感器的几何尺寸，线圈电气参数和磁路的对称。2）采用适当的测量电路，例如相敏整流电路，使其特性曲线1变成特性曲线2（见图3-36b）这样不仅使输出能反映铁心移动的方向，而且可以减小零点残余电压。3）采用适当的补偿电路减小零点残余电压。在差动变压器的二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电压减小。一些典型的补偿电路见图3-37。6解：（1）波纹管将被测压力Px转换成力Fx，使杠杆绕支点作顺时针方向偏转，衔铁靠近电感L，经放大器转成电压V，再经KI转换成输出电流Io。另一方面Io经KfI和KI转换成反馈力Ff作用于杠杆，使杠杆绕支点作逆时针方向偏转。当作用力矩Mx与反馈力矩Mf相等时，系统处于动态平衡状态。输出电流Io稳定于某一数值。Io与Px成比例。（2）根据上述工作原理可画框图如下：3）由上图可见，该系统是平衡变换型结构。可得输入与输出关系为：IKPl1KVKIoo1KVKIKfIKfl2当KVKIKfIKfl21时，忽略上式分母中的1，则1.0%i0.2%n53-7解：简单变气隙式电容传感器三次方非线性误差为EEC1CxEC1k1h由图可见，减速器进动指针偏转的同时，也带动电位器动触点位移，改变E，使电桥重新平衡，因此E与角成正比。即k2E则EC1k1k2hSK40℃25℃3-10解：依题意热电偶测温电路见右图。此图配错热电偶补偿导线的型号。若不配错，S热电偶修正到0℃的热电1000℃偶可查分度表求得：ES(1000,0)=9.556mV引起的测量误差为=2.821环境为30℃，t=400℃，接成两线桥路输出电压为Uo'为114.7222.821114.7722.82154575.65(mV)接成二线制引起的误差为图3-98压电传感器的频率响应曲线a）直流或静态被测量b）低频被测量c）高频被测量由压电传感器的等效电路可见，其时间常数为RC，压电元件的电荷或电压要通过RC放电。当被测量为直流或极其缓变的静态物理量时，经过时间后压电元件表面的电荷或电压将会下降至零，见图3-98a。若被测量是交变物理量，压电元件表面的电荷或电压得到不断的补充，因此在一个周期内的平均电荷或电压不为零，见图3-98b和c。其中，图b为被测量的频率较低的情况，其平均电荷或电压较小；图c为高频被测量，其平均电荷或电压较大。而且被测量的频率愈高，压电元件的平均电荷或电压的幅值愈大。由此可见，压电传感器不能测量直流或静态的物理量，只能测量具有一定频率的物理量，这说明压电传感器的低频响应较差，而高频响应相当好，适用于测量高频物理量。3-14解：根据式（3-125）传感器的灵敏度为：KVd33CaCcCi2001012CN1001012C2N已知导线KC=25pF/m，则2m电缆的分布电容为Cc'KV2m25pF/m2m50pFCaCcCi100pFCc25pF∴CaCi75pF则CaCiCc7550125pF可求得灵敏度为KV'CaCiCc'2001251012CN1012C1.6N设传感器的输入信号为x，依题意xKV80g80g280Ng40gN用2m电缆时的显示值为xKV'40gN1.6N64g则引起的测量误差为648080题3-15解：已知qVM1000m3h,vM35.3ms，100%20%仪表常数K=10m3Hz/h，f0=3.5MHz，C=1500m/s。管道截面积S为：S=qVM10007.87103m2。vM35.47.871032∵SπR2∴R3.140.05m5cm∵KSLf0210m3MHzh∴SLf020m3MHzh则L20m3MHzhSf0320m3MHzh36007.871033.510620cmtg1S102R2070.5t1L0.21.45104(s)Csinv1500sin70.535.3t2L0.21.53104(s)Csinv1500sin70.535.3N1f0t13.5MHzs1.45104s508N2f0t23.5MHzs1.53104s536N2N153650828N1N2508536272288mKPPm2kHzMPa0.5MPa1.0kHz膜片受力变化量FmSPm10cm25kgfcm250kgf根据式3-142）得：1m82F21.0%1.0%0.28取F0.25∵F050kgf0.25200kgf弦长L一般在12mm~20m之m间，Ld300~500之间。若取L=20mm，Ld20400400则0.05mm102mLF0∴mF024f02L200kgf324(1103)2202.5(g)最后 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 参数：F0200kgf，L=20mm，d0.05mm，2.5g3-17答：1.透射式恒光源发出的光通量为0，经被测物质后衰减为，见图3-117a，其关系为：0e3-135)式中，为被测对象的吸收系数；d为被测对象的厚度。光电元件将光通量转换成光电流。此法可用于检测流体和固体的透明度、混浊度、厚度及吸收系数等。反射式恒光源的光通量0经被测对象后损失了部分光通量，到达光电元件的光通量为见图3-117b。此法可用于测量物体表面的粗糙度、反射率及转速等。辐射式见图3-117c。被测对象辐射的光通量0投射到光电元件上，转换成光电流。此法可用于测量温度及与温度有关的参数。例如光电高温计和光电比色高温计等是根据该原理测温的。遮挡式恒光源的光通量0被被测对象遮挡了一部分，到达光电元件的光通量为，见图3-117d。此法可用于测量物体的几何尺寸、振动、位移和膨胀系数等。开关式原理与遮挡式相似。光源的连续光被被测物体调制为脉冲光投射到光电元件上，转换成电流或电压脉冲。例如，计算机的光电输入、产品计量、转速和开关量等均用此法。-24题3-18解：已知S=10cm=10×10-2m，f0=4MH，zN=1×1043-19答：常用的光调制有强度调制、相位调制、频率调制和偏振态调制等几种。强度调制强度调制的原理是以被测参数所引起的光强度的变化来实现对被测参数的检测的。把一根多模光纤夹持在两块具有周期性波纹的微弯板（变形器）之间。由于位移、应变、温度和压力等变化的作用，施加在光纤上垂直于轴线方向上的应力，会使光纤微弯曲变形，使一部分光从纤芯进入包层，从而改变了光纤弯曲处的光的幅值，实现了强度调制。在光纤的输出端面采用适当的光电检测元件检出光强度的变化，就可以制作温度、压力、振动、位移、应变等光纤功能型传感器。相位调制相位调制的基本原理是通过被测量场的作用，使置于被测量场中的一段单模光纤的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化变换为光强度的变化，从而求得被测物理量。频率调制频率调制主要应用于非功能型光纤传感器中，调制环节在光纤的外面，光纤仅起传输光波的作用。频率调制的原理是利用光学多普勒效应，即由于观察者和目标的相对移动，观察者接受到的光波频率要发生改变。偏振调制偏振调制的基本原理是利用某些物质的电光效应、磁致旋光效应和光弹性效应等，使经过这些物质的光的偏振态发生变化，从而反映出作用在这些物质上的电、磁及作用力等的大小，实现对各种物理量的测量。这里仅介绍利用光弹性效应对光的偏振态进行调制检测振动、速度、加速度等的原理。题3-20解：由图3-210可见，当压力为0～2MPa时，霍尔片位移为0～10μm，磁感应强度为0～10KGS（千高斯）∵VHKHBI∴BKVHHI816045(KGS)压力灵敏度为：KP0~10KGS5KGSMPa0~2KGS则PxBKP5KGS5KGSMPa1MPa