现代测试技术课程习题库

一、

1．量具的作用是：___________________________________________________,根据准确度的高低，又可分为___________、_____________和________________。 2．标准电阻常采用四端接线法，目的是为了消除___________和_________的影响。 3．测量准备阶段的任务是????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????。

4．国际单位制（SI制）的基本单位是?????????????、????????????? 、???????????????、?????????????、开尔文（K）、摩尔（mol）和坎德拉(cd)。 5．一个完整的测量过程包括 阶段、 阶段和 阶段。 二、 填空：

1. 测量误差按性质分为_____误差、_____误差和_____误差、其中_____误差是可预知可修正的。

2. 随即误差的统计特性为________、________、________和________。 3．置信度是表征测量数据或结果可信赖程度的一个参数，可用_________和_________来表示。

4．指针式仪表的准确度等级是根据_______误差划分的，若用0.5级150V电压表测量某电压，读书为120.4V，被测电压的相对误差是_________。

5．对某电阻进行无系差等精度重复测量，所得测量列的平均值为100.2Ω,标准偏差为0.2Ω，测量次数15次，平均值的标准差为_______Ω，当置信因子K＝3时，测量结果的置信区间为_______________。

6．某4位半数字电压表的允许误差为+（0.025% Ux+3个字），用该表测量某电压读数为1.9867V，被测电压的绝对误差为______V，相对误差为_________%； 7．在等精度重复测量中，测量列的最佳可信赖值是 。 8．替代法的特点是

9．用安法测量电阻，已知U = 100 V ，?U = ?1 V ；I = 0.5 A ，?I = ?0.01A ，则电阻R?U/I的绝对误差? R为???????????。

10.对某电压做无系统误差等精度独立测量，测量值服从正态分布。已知被测电压的真值U0＝79.83，标准差σ（U）＝ 0.02V，按99%（置信因子k = 2.58）可能性估计测量值出现的范围： ___________________________________。

11．R1＝150?，?R1＝?0.75?；R2＝100?，?R2＝?0.4?，则两电阻并联后总电阻的绝对误差为_________________。

计算题：

1．已知R1＝150?，?R1＝?0.75?；R2＝100?，?R2＝?0.4?，试求 （1）两电阻串连后的总电阻的绝对误差?1和相对误差?1?

1

（2）两电阻并连后的总电阻的绝对误差?2和相对误差?2?

2．已知x?2.0?0.1,y?3.0?0.2,求z?x3y1/2的绝对误差和相对误差。

3．对某电阻进行15次无系差等精度重复测量，测得数据为28.53、28.52、28.50、28.52、28.53、28.53、28.50、28.49、28.49、28.51、28.53、28.52、28.49、28.40、28.50，单位为?，试求： (1)平均值和标准差；

(2)用拉依达准则判别该测量列中是否含有粗大误差的测量值，若有重新计算平均值和标准差；

(3)平均值的标准差；

(4)在置信概率为0.99时，写出测量结果的表达式。

4．负载两端的电压，当用内阻为R1=50k?的电压表测量，读数为U1=100V，当用内阻为R2=100k?的电压表测量，读数为U2=109V，试求： ①．被测电压的开路电压U0；

②．测量读数U1、U2的方法误差?U1 和?U2（相对误差）；

③．若电压表量程为150V，等级指数为0.5，U2的测量误差?2。

5．现校准为量程100mV，表盘刻度为100等份毫伏表，数据如下： 被校表示值 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 UX（mV） 标准表示值 9.9 20.0 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 79.9 89.7 99.9 U0（mV） 绝对误差 ?U（mV） 修正值 c（mV） 试求：

①．计算各校准点的绝对误差和修正值，并填入表中； ②．确定被校表的准确度等级；

③．若用该表测量某电压，读数为75.4 mV，测量值的绝对误差和相对误差；

④．③中的误差属于什么误差？可以消除吗？如何消除？（引用误差，选用准确程度更高的仪表测量）

6．某四位半数字电压表，量程为2V，工作误差为?= ? （0.025%?UX+2个字） 用该表测量时，读数分别为0.0345V和1.8567V，试求两种情况下的测量误

差。从计算结果中可得到什么启示？（在选用仪表时，要兼顾仪表的量程和准确度等级）

7．检定一台Am＝5A，s＝1.5的电流表，在Ax＝2.0A处，其⊿Am＝0.1A，问此电流表精度是否合格？ 8．有五位数字电压表一台，基本量程5V档的基本误差为±0.006％Ux ± 0.004％Um，求满度误差相当于几个字？

2

9．测量一个约80V的电压。现有两块电压表，一块量程为300V，0.5级，另一块量程100V，1.0级。问选哪一块好？

10．被测电压约10V，现有：①150V，0.5级和 ②15V，2.5级电压表两块，选择哪一块表测量误差较小？

11．用一台4位数字电压表的5V量程分别测量5V和0.1V电压，已知该仪表的基本误差为±0.01％Ux±1个字，求由于该表的基本误差引起的测量误差。

12．已知电阻上的电压和电流的误差分别为±2.0％和±1.5％，求电阻耗散功率的相对误差。

13．已知放大电路晶体管集电极电阻Rc。利用测量Rc上的压降UR，然后间接测得集电极电流Ic＝UR/Rc。已知测量电压的误差是±1.5％，电阻的误差是±2.0％。求测量电流的误差。

14．有五个1000Ω电阻串联，若各电阻的系统误差分别为：ε1＝－1Ω，ε2＝3Ω， ε3＝2Ω，ε4＝－2Ω，ε5＝1Ω。求总电阻的绝对误差和相对误差。

15．电桥测电阻Rx，关系式为Rx=R1R2/R3；若已知：R2=500?0.5%?，R1=615?1%?，

R3=100?0.5%?，试计算所得Rx的绝对误差和相对误差。

16．测电阻Rx，电路图如图所示：若电桥中R3为标准可调电阻，利用交换Rx与R3位置的方法进行两次测量。试证明Rx的测量值与R1及R2的误差?R1和?R2无关。

R1 Rx R2 E R3

17．方法测某电压：第一种方法测得U1=10.3V，测量值的标准偏差?(U1)=0.2V；第二种方法测得U2=10.1V，测量值的标准差?(U2)=0.1V。求该电压的估计值及其标准差。 18．对三个电容进行无系差、等精度、独立测量。首先，分别测量C1和C2,得C1 = 0.2071μF , C2=0.2056μF；然后测C1 和C3 的并联值，读数为0.4llμF；最后测C2和C3的并联值，读数为0.4035μF。试求各电容的估计值及其标准差。

19．一块0.1级的电流表，量程为1A，经检定最大绝对误差为0.8mA，问该表准确度是否合格？

20． 被测电压实际值为10V左右，现有量程为100V，0.5级；15V，2.5级的电压表各一块，问选哪一块为好？

21． 测量某电压，测量数据Ui属正态分布，抑制其数学期望M(U)=50V，标准偏差

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?(U)=0.2V，若要求置信概率为90%，求置信区间。

22．用图(a)和(b)所示两种电路测电阻Rx。若电压表内阻为RV，电流表内阻为RA，求测量值Rx(?作出评价。

A V A U)受电表内阻影响所产生的绝对误差和相对误差，并对两种测量电路IRx V Rx

(a) (b)

23．用1.0级，3V量程的直流电流表测得如图所示a点及b点对地电压分别为如根据对Ua和Ub的测量结果来求R2上的电压，其误差多大？ Ua=2.54V，Ub=2.38V。

a b R1 E R2 R3 Rx

24. 用一台测量精度为±0.25%的压力变送器与一台模拟显示仪表组成压力测量系统，要求测量精度不低于±1.0%,问应选用哪一精度等级的显示仪表? 25． 电阻的发热量

Q，关系式为Q?0.24I2Rt，若已知

?I?R?t??0.200,??0.100,??0.500,求Q的测量标准不确定度。 IRt26． 电阻的测量值中仅有随机误差，且属于正态分布，电阻的真值R0?10?，测量值的标准差?(R)?0.2，试求出现在9.5?10.5?之间的置信概率。

27． 对某电阻进行15次无系差等精度重复测量，测得数据为28.53、28.52、28.50、28.52、28.53、28.53、28.50、28.49、28.49、28.51、28.53、28.52、28.49、28.40、28.50，单位为?，试求： ①．平均值和标准差；

②．用莱以特准则、格罗布斯准则分别判别该测量列中是否含有粗大误差的测量值，若有重新计算平均值和标准差；

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③．平均值的标准差；

④．在置信概率为099时，写出测量结果的表达式。

28．均匀分布的测量数据，置信区间表达式为[M(x)?c?(x),M(x)?c?(x)]；试求： （1）当置信概率为100%时，c为何值？ （2）若c?2,置信概率是多少？

29．在相同的条件下，对某一热电偶所产生的电压进行等精密度测量，所得三组数据为：第一组测量为5次，平均值为1.90V；第二组测量4次，平均值为1.95V；第三组测量6次，平均值为1.86V。求测量结果的最可信赖值。

30．对某电感进行12次等精密度测量，所得数据（单位为mH）为2.56，2.52，2.59，2.53，2.57，2.55，2.56，2.58，2.60，2.54，2.68，2.55。试判断其中有无粗大误差。

三、 填空：

1．测量系统的分辨力指的是 。 2．测量系统的特性在时域内用????????????????描述，在频域内用????????????????描述，测量系统的动态特性是反映系统???????????????????????????????????????的能力。

3．已知某二阶系统的固有角频率为10－4rad/s，阻尼系数为0.75，直流增益为1，则系统的频率特性表达式为 计算题：

1.测量系统的静态特性常用哪些指标来表示。

2．已知一热电偶的时间常数??10s，其数学模型近似为一阶系统，静态灵敏度k=1。如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度变化规律为T = 500+20sin (2πf1t )+ 10sin (2πf2t )，其中，f1 = 1/80Hz，f2 = 1/160Hz，试求该热电偶输出的最大值和最小值。

3.已知某一阶测量环节的转折频率fτ＝100Hz，K0＝10,试求 1) 测量系统的时间常熟τ和转折角频率ωτ 2) 测量系统的频率特性W（jw）；

3) 被测信号的频率范围式5Hz－200Hz，该测量系统产生的最大动态幅值误差γ； 若使最大动态幅值误差γ的绝对值不超过1％，转折频率应为多少？ 4．系统的传递函数为：

10 W(s)??4

10s?2试求：

（1）系统的时间常数?和直流增益K; （2）系统的转折频率f?；

（3）求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%，应采取什么措施？简述实现步骤。

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5．已知某测量系统的传递函数为W?s??为Wz?s??1，试问： ?410s?210，传感器的传递函数

10?10s2?0.2?10?5s?1①．当被测信号的频率为0.2f?(传感器的转折频率）时，将会产生多大的动态幅值误

差？

②．只考虑传感器的动态特性时，动态幅值误差小于5%的最高信号频率是多少？

6．一个测压记录系统框图如下：

ΔP 压力传感器 X-Y 记录仪 ΔL 放大器 S1 S2 K

已知：S1=10-4mv·[Pa]-1, S2=10, 分度值K=50mv·cm-1,记录仪最大记录幅度Lm=5cm ,最小可分辨幅度ΔL=0.5mm, 求系统可测量最大压力与分辨率。

7.对一称重进行标定，得到重量与弹簧长度关系如下： 重量x(g) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 长度y(mm) 123.0 127.8 132.2 136.6 140.9 145.5 149.0 153.6 157.5 161.9 165.8 请确定输出与输入关系的实验模型及弹簧的灵敏度。 8.测量系统的灵敏度与分辨率有什么区别？灵敏度高的测量系统是否分辨率也高？为什么?

9.常用哪些指标来衡量测量系统的动态特性? 10．某测量环节的微分方程为：

试问：

（1） 是几阶测量系统？ （2） 时间常数?=？ （3） 写出传递函数；

（4） 写出频率（响应）特性； （5） 若可使参量P缩小10倍，即p'?p ，q增大10倍，即q’=10q，那么该系10统的时间常数?’将有何变化？系统的工作频带将有何变化？

mnpdrr()??? qdtss

11.已知某测量环节的传函数W1(S)、W2(S)。

W1?s??11 W2?s??

?4?102?510s?0.2?10s?110s?1

（1）试求相应的K、??、f?、? 或K、?0、?值。

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（2）由W1(S)、W2(S)组成一测量系统。试问：当工作信号频率fH?15.9KHz时将有多大的幅值动态误差??

12.某测量环节的输入信号为一方波，其频率f=6HZ，在示波器上观察到方波幅值有40格，再用示波器观察该测量环节的输出波形（阶跃响应）y(t)及其数值如下：

时间t 1t’ 2t’ 3t’ 4t’ 5t’ 6t’ 7t’ 8t’ 响应y(t)格 19.0 27.5 32.5 35.0 37.0 38.5 39.0 39.5 试判断该测量环节是否为一阶系统? 它的时间常数?=? 转折频率f??? 该系统之（通）频带是多少? 若输入被测信号的频率为f?时, 输出信号的幅值频率误差 ?=? 若被测信号的频率为10f?, 输出信号幅值将有多大变化? 写出频率特性表达式及微分方程式。

T/240格y(t)0'3t'5t'7t'9t'11t'

13.已知一热电偶的时间常数??10s, 如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃和500℃之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。

14.某铠装热电偶的时间常数为τ＝2s。用它由室温(20℃)插入沸水(100℃)中测量沸水温度，问需经过多少时间热电偶的温度与沸水温度的差别(动态误差)才小于2%?

15.有一个温度传感器，其微分方程为 30 dy/dt + 3y = 0.15x，其中y——输出电压（mV），x——输入温度（℃），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k。

16.用一只时间常数τ= 0.318s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值相对误差为多少？

17.已知某二阶系统传感器的自振频率f0=20kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 18.用铜-康铜热电偶与数字电压表组成测温系统：

己知：(l）当温升△T＝50 ℃，热偶输出热电势△ε＝2.035mV；

(2）数字电压表最低位为10μV。 试问该测温系统能否达到0.1℃ 的分辨率？

19.要想测量50℃ 的温度同时又要求有0.1℃ 的分辨率，采用8 位A/D能否实现？

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20.一个测温系统采用8 位A/D进行模数变换，如果要求具有0.05℃ 分辨率，那么相应满度的温度值是多少？

21.某压力传感器在温度T＝（25 士5 ）℃ 时的静态标定数据如下： 1）试求：零点S0 、满量程输出值YF.S、灵敏度、分辨率； 2）计算：最小二乘法线性度δL 、滞后δH、重复性δR； 3）给出“压力传感器静态标定实验数据处理”报告。 P×0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 510Pa VBD（mV） 正 向 0.16 20.32 40.13 60.18 80.31 100.51 1 反 向 0.17 20.37 40.19 60.20 80.35 2 3 正 向 反 向 正 向 反 向 0.18 0.18 0.19 0.20 20.29 20.39 20.34 20.37 40.14 40.17 40.11 40.17 60.17 60.22 60.20 60.18 80.32 80.37 80.31 80.35 100.56 100.52 22.被测信号频率f≈400Hz，要求|γ|<1%,那么测量系统的固有频率f0或固有角频率ω0至少应多大？如果能确知阻尼比ξ＝0.8，那么测量系统的f0 或ω0又至少应多大？

23.测量系统的时间常数τ＝2min，将组成该测温系统的测量温度传感器插入被测温场中后2分钟时读数，读数的相对误差有多大？如果改为插入后5分钟时读数，读数的相对误差有多大？

24.己知某二阶系统传感器的固有频率f0＝10kHz，阻尼比ξ＝0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该加速传感器的最高工作频率范围。 25.用一只时间常数为0.355s的一阶传感器去测量周期分别1s 、2s 和3s 的正弦信号。问幅值误差为多少？

26.若用一阶传感器作10OHz 正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5％以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz 正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角差有多大？

27. 把灵敏度为404×10-4pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226mV/pc的电荷放大器相接，求其总灵敏度。 28．已知一阶系统，其频率响应函数

试分析当测定信号x(t)=sin(t)+sin(5t)时，有无波形失真现象。

29.想用一个一阶系统做100Hz的正弦信号测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那麽时间常数因应取为多少？若用该系统测量50Hz的正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？

30. 对于二阶装置，设计时为何要取阻尼比ζ=0.6～0.8 ？

31. 设一力传感器为二阶环节。已知其固有频率为800Hz，阻尼比为ζ=0.14，当测

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量幅值为10kg，频率为400Hz的力参量时，其测得的信号幅值为多少？

32．有两个温度计，一个响应快，能在5s内达到稳定，一个响应慢，需要15s内才能达到稳定，请问两个温度传感器谁的时间常数小？

33.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，5s的正弦信号，问幅值误差是多少？

34.压差变送器的技术指标为：量程12.5mmH2O柱，输出电流为(4～20)mA。试求：(1)灵敏度；

(2)当被测压差变化ΔP＝0.1mmH2O柱时，输出电流ΔI＝？(3)当负载电阻RL＝500Ω时，被测压力由0变至0.1mmH2O柱时，输出电压数值的变化范围是多少？

压差 I V 压差变送器

S1

RL 35.测得某放大器的输入－输出关系如下表所示，试求它的放大倍数K。

输入 输出

0.000mV -9.67mV

0.528mV 63.2mV

36.用铜－康铜热电偶与数字电压表组成测温系统： 已知：（1）当温升ΔT＝50℃，热电偶输出热电势Δε＝2.035mV； （2）数字电压表最低位为10μV。

试问：该测温系统能否达到0.1℃的分辨力？

37.要想测量50℃的温度同时又要求有0.1℃的分辨力，采用8位A/D能否实现？ 38.被测信号(力)的频率f＝400Hz（正弦），由一个二阶系统的力传感器(固有频率fn=800Hz)来测量，在阻尼比?＝0.14和0.7两种情况下求幅值比A(ω)，相位差φ(ω)，再计算相应的幅值动态误差?和相位误差φ。

39.某一加速度传感器的动态特性由以下微分方程描述：

d2y3dy?3.0?10?2.25?1010y?11.0?1010x 2dtdt其中：y－输出电荷量，PC（皮库）， x－输入加速度，m/s2

试确定该传感器的?0，?，K值；若允许动态幅值误差小于5％，求被测信号的最高f和ff?。

40.已知一热电偶的时间常数?＝10s，用它来测一炉温，炉温在540℃～500℃之间近似按正弦规律波动，波动周期T＝80s，静态灵敏度K＝1，试求热电偶输出最大值与最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。

41.一阶传感器测量正弦信号，频率 f1=100Hz，若?<5%，求：应选择传感器的时间常数?为多少？该传感器再测f2=50Hz时，?和?是多少？

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四、 填空：

1．A/D转换器的主要技术参数有 ??????????????、????????????????和??????????????。

2．现代测量系统的基本单元有????????????、????????????、????????????和????????????。

3．热电阻工作时通过的电路不能过大的原因是 。 4．脉冲分压器适用于________信号的分压，目的是消除___________所引起的分压后信号波形畸变。

5． 用差动结构（传感器）配接相应的差动调理电路，可以改善传感器的________和__________特性。

6． 数据采集系统中，采样保持器的作用是__________________________________。 7． 影响A/D转换器最高工作频率的是A/D转换器的_____ _____。

8． 在热电偶冷端补偿措施中，补偿导线法的基本工作原理是____________________________________________________。

9． 某个测量系统特性为y?Ax?x0其中x为输入，y为输出，为消除零点x0和增益A的漂移带来的误差，应采用的措施是________________。 选择题：

1．在热电偶测温系统中，用数字电压表直接测量热电偶的输出，已知环境温度为30℃，被测温度为200℃，以0℃为参考温度的热电偶的特性为：

U?5.3?10?3t?1.4?10?5t2?V

数字电压表的读数为 mV

1． 热电偶的分度表见附表1，测量电路如下图所示，数字电压表的读数为4.10mV，热电偶与电压表用补偿导线连接，被测温度应为???????????。

A. 100?C ； B. 80?C ；

300CC. 130?C ； D. 120?C ； Tx 200C 补偿导线计算题：

1.采用镍铬－镍硅热偶组成一个测温系统，使用8位A/D转换器，A/D转换器满量程输入电压位5V。试求：

1) A/D转换器的量化值q＝？

2) 测温系统分辨率为1℃，需要放大器的放大倍数是多少?

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3) 测温系统的测温范围有多大？

4) 当参考端温度为20℃，热电偶输出为6.1mV,被测温度是多少？

2.某测量系统的系统特性为y＝y0＋Ax，其中x为输入，y为输出，试说明：

1) 用三步测量法消除y0、A随时间变化对测量结果的影响，简单叙述测量过程，并写出测量结果的x表达式；

2) 如果y0为叠加在系统输入端的一个工频干扰量，采用三步测量法能否消除该干扰对测量结果的影响？并说明原因。

3.压阻式传感器的调理电路如图所示，图中A、C为电压源E输入端，B、D为电桥输出端，桥臂R1=R0＋?R、R2=R0－?R为差动压阻式传感器，另两个桥臂R3=R4=R0为固定电阻；电阻变化量?R与压力P的关系为?R＝KP，试求

1) 测试系统的静态特性，即输出电压UBD与被测压力P的关系式； 2) 测试系统的灵敏度S＝？

?E?1%，由此引入的被测压力P的相对误差3) 测量过程中，电源电压相对变化E?P?? PB R1 A

R3 D E UBD R4 R2 C

4．压阻式传感器的特性为：

Rp?R0(1?0.1P)?

其中：P为被测压力，单位MPa, R0=100 ?为压力为零时的电阻值，采用3mA恒流源调理电路，要求压力测量范围满足0~10MPa,分辨力优于0.01MPa，A/D转换器的输入电压范围0~5V。试求： （1） A/D转换器的位数和量化值；

（2） 传感器与A/D之间放大器的放大倍数；

若电流源的误差为0.5%，在最大测量点P=10MPa时，压力测量误差；

5.一个测温系统如图1所示，采用铜热电阻RT为测温传感器，并和单臂电桥组成电路。已知铜热电阻R100R0?1.425，当温度T=0℃时，R1=R2=R3=RT=R0=100Ω。 （1） 推导测温系统的输出（U）—输入（T）的表达式； （2） 计算当T=0℃时、10℃、100℃时测温系统的输出值U；

（3） 推导测温系统的灵敏度的表达式为S??U?T，并计算T=0℃时、10℃、100℃

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时相应的灵敏度数值S0、S10、S100； （4） 测温期间电源电压波动?E=0.3V，求由此引入的最大测温误差?T=？，测温范

围（0——100）℃。

E?6VR1R2BUDR3RT?1í

6.下图中的热电偶均为镍铬—镍硅热偶

mV30?? 100?? +-

30?? Cu 毫伏计示值： mV

4.1VmV+-??μ?Cuù?±? T= ℃

7.采用镍铬—镍硅热偶组成一个测温系统，所用A/D变换器为10位，且满量程输入电压值为10.24V。试求： （1） A/D变换器的量化值；

（2） 欲使测温系统分辨率为0.1℃，需加放大器的放大倍数是多少？ （3） 该测温系统的测温范围有多大？

8．一试件的轴向应变εx＝0.0015，表示有多大的微应变？又若已知试件轴向微应变为2000 微应变，那么试件的轴向相对伸长率为百分之几？

9.用S型热电偶测量温度，其参比端温度为30℃，测得热电势E(t,30)=11.20mV,问被测温度为多少?

10.用K型热电偶测量温度，参比温度为25℃，被测温度为705℃，问热电势为多少?

11.当热电偶用补偿导线与显示仪表连接时，若补偿导线的极性相反，将会出现什么现象？

12

12.以Pt100测量温度，并用如下图的电位法测量系统，要求测量范围为0～600℃，测量精度不低于±1%。请选定Pt100的精度级；决定测量电流I、放大器放大倍数以及A/D的转换精度。

显示

Rs Vs 恒开 流 A/D 微机 源 关 Rt Vt

图 电位法测量系统

13．某等臂电桥接有一个200Ω电阻的工作应变片，灵敏度系数K＝2，电桥的电源电压6V，输入被测应变ε＝△l/l = 350με，试求用内阻分别为20kΩ、1kΩ、250Ω的电压表测量时各表指示的输出电压值。

14．右图为一单臂测温电桥。Rs为测温热敏电阻，初始时Rs 与R均为150Ω，R为固定精密电阻，r为可调电阻箱用来调节电桥平衡，E＝+6伏。

(1)测温前，你如何使电桥达到平衡？

(2)桥路平衡后，又加入两根50 米长电缆，你如何利用本桥路测定电缆的电阻值r1?

(3) 如果己知电缆单位长的电阻值为0.1Ω/m，那么加入电缆后桥路输出的不平衡电压Vb－Vd＝？

(4)如果电缆线与传感器接触不良（按断开考虑），桥路输出Vb－Vd＝？

(5)在未接电缆时，不慎将可调电阻r 短路（r＝O），这时桥路输出Vb－Vd＝？

15．己购得硅压阻式压力传感器及其配套恒流电源，己知参数为：桥臂电阻1.6kΩ，恒流源供电电流5mA。试问该配套恒流源能否对桥臂电阻为800Ω、300Ω也要求5mA 恒流供电的另两只传感器供电？你若没有把握如何进行实验判断？（不准用传感器直接试）

16．一个压阻式压力传感器，试验前做了如下检查测试：用万用表量得四条引线间的电阻值如下：

R（红，兰）≈900Ω； R（红、绿）≈ 900Ω；

13

R（红、黄）≈1200Ω；

试判断该全桥压阻式压力传感器是否正常？桥臂阻值R＝？画出桥路，指出供电端与输出端。

17.一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是50℃，若电位计上读数是60mV，热电偶的热端温度是多少？

18．已知某一热敏电容的温度与电容值的实测数据如下： T(?C) C(pF) 50 842 60 725 70 657 80 561 90 491 100 433 109 352 119 333 试用曲线拟合法求其数学表达式，以及当T=85℃时的电容值。 19．已知镍铬-镍硅热偶、热电势EAB(100℃，0℃)=4.1mV，它的配用补偿导线为铜、康铜，已知铜-康铜热偶热电势ECD(100℃，0℃)=4.277mV，试问由补偿导线产生的测温误差有多大？

20.热电阻的特性为Rt?100(1?0.385t) ?，测量系统见图2-3，电流源输出5 mA，标准电阻100 ?，A/D转换器的输入电压0 ~ 2 V，测温上限200?C，试计算： ①．要求分辨率为0.2?C时，A/D转换器的位数； ②．放大器的放大倍数；

③．设单片机的测量码值为D（十进制）， 写出温度t?f?D?表达式；

电流源放大器A/D转换器单片机系统RtR0标准阻 图 2-3

附表1：镍铬－镍硅热电偶特性（冷端温度为0℃） U t 0 10 20 30 40 50 60 mV t℃ 0 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 100 4.1 4.5 4.9 5.3 5.7 6.1 6.5 200 8.1 8.5 8.9 9.3 9.7 10.2 10.6

70 80 90 100 2.9 3.3 3.7 4.1 6.9 7.3 7.7 8.1 11.0 11.4 11.8 12.2 14

五、

1．构成虚拟仪器系统三大要素是___ ___、______和_________。

2．虚拟仪器的主要特点是??????????????????????????和?????????????????????????。 六、

1．对某个信号连续采样，为防止频谱混迭，在数据采集单元前应加入 。 2．产生频谱混叠的原因是???????????????????????????????????????；为抑制频谱泄漏，采样窗长应等于???????????????????????????????????????。

3．某信号的最高频率不大于1.25KHz，信号中最小频率的间隔为10Hz。当选用采样点数为128时，采用周期应为 ___ _ 。 4．连续模拟信号采样时，采样频率fs和信号最高频率fm之间须满足：_____________，对周期为T的周期信号，为避免产生“泄漏”现象，应采取的措施是_________________________。

选择题：

1．在工频频率的采样测量方法中，已知相临的三个零点时刻分别为+”和“-”分别表示采样值大于零和小于零的时刻，t1?、t1?、t2?、t2?、t3?、；下标“t3?采样间隔100?s,若甲乙同学分别引用公式（a）、（b）计算被测周期，则甲乙同学的

所得结果的相对误差分别为_______%.

A. ?0.5、?0.5； B. ?0.25、?0.25； C．?0.5、?1； D. ?1、?0. 5.

2．已知某信号的周期为20 ms ，最高谐波频率1kHz，要求频谱分辨率为50Hz，对该信号进行FFT分析，请综合考虑频谱混叠、泄漏及栅栏效应，采样间隔和采样点数分别为???????????。

A. 0.5 ms和64； B. 0.5 ms和40 ； C. 0.3 ms和64； D. 0.3 ms和128 。

七、八 填空：

1．被测信号频率高于中介频率时，宜采用____________法测量频率，反之，宜采用________________法测量频率。

2．在相位测量时，用异或门鉴相克服 平移所带来的误差。 3．测量电阻一般包括 、 和 方法，其中测量小电阻时用 方法，测量大电阻时用 方法。 问答题：

画出实际电阻、电容、电感的等效电路图。 九、 1．物质按磁性能可分为 ， 和 三种。顺磁物质的磁导率? ?0，反磁物质的? ?0，而铁磁物质的? ?0。

15

为了便于比较各种物质的导磁能力，我们引入一个 ，它是?与?0的比值。 2．在工程上，常把铁磁物质称为 ，把顺磁物质与反磁物质称为 。

3．铁磁物质根据磁滞回线的形状及其在工程上的用途基本上分为 大类。一类是 ，它的磁滞回线 ，磁导率 。另一类是 ，它的磁滞回线 。

另外，还有一类磁性材料，它的磁滞回线的形状为矩形，把它称为 。 4．铁磁材料的磁化状态不仅与当时所加的磁场有关，而且还与磁化的历史有关，因此在测量前有必要对样品进行 ，以消除磁化历史对测量的影响。 5．退磁方法包括 、 和 。 2．空间磁场的常用测量方法是????????????????和????????????????；描述磁性材料磁特性的主要曲线有????????????????和????????????????。 十、 1．一般情况下，形成电磁干扰的要素有三个：一是 ；二是 ；三是 。 2．干扰与噪声耦合的表现形式一般包括 、 、 和 。

3．测量系统的干扰可分为????????????????和????????????????；干扰的抑制措施有????????????????和????????????????。

4．最佳接地方式为???????????。

隔离隔离模拟1模拟2数字1数字2模拟1模拟2数字1数字2模拟（信号）地数字地模拟（信号）地A隔离隔离B数字地模拟1模拟2数字1数字2模拟1模拟2数字1数字2模拟（信号）地C数字地模拟（信号）地D数字地

设计题

1．设计一个数字测温系统，采用铂热电阻RT做测温传感器，已知若电阻的R－T关系式为:

RT(T)=R0(1+AT+BT2)，

-3-1

其中：R0＝100? A＝3.9×10℃ B＝-5.8×10-7℃-2，要求测量温度范围为

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0-200℃，分辨率为1℃，要求

1) 画出所设计的测温系统的结果框图；并说明单元电路的作用； 2) 画出所选用调理电路的电路图；

3) 写出温度输入和调理电路输出之间的关系式；

4) 计算证明你所设计的系统能达到测量范围和分辨力的要求；

若所设计的系统为非线性系统，简要说明利用软件进行非线性修正的过程。

2．虚拟功率表的设计

可选用器件：交流电压传感器：输入0～300V，输出0～10mA；

交流电流传感器：输入0～5A，输出0～10mA；

多路数据采集卡：采样速率 10KHz，输入电压0～5V，12位分辨率

要求：

（1） 被测电压：0～220V，频率为50Hz，被测电流：0～5A，频率50Hz； （2） 画出测量系统的结构框图，并说明各单元电路的作用； （3） 画出调理电路的详细电路图，并简单加以说明； （4） 画出功率计算流程图

（5） 如果电流信号中含有谐波分量（150，250，350），则需用频谱分析的方法从电流信号中提取基波分量，请写出相关的离散计算式。

3．系统设计

测量对象：触点的接触电阻（10m ?左右），图中P1、P2为电位端，I1、I2为电流端； 测量方法：伏安法；

测量条件：多通道8位采集卡，电压输入范围：0 ~ 5V； 电流传感器：传输比10 ：1 A，L1 L2为输入，K1 K2为输出；

恒电流源输出：10A；标准电阻RN ：1 ?，粗端子为电流端，细端子为电压端；

设计要求：

（1） 完成系统接线图；

（2） 确定电压通道、电流通道放大器的放大倍数，并设计电压通道的放大器电路； （3） 当计算机测出电压通道的读数为U1、电流通道的读数为U2，写出触点接触

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电阻的计算式。

（4） 定性分析触点接触电阻的测量误差。（有哪些误差？如何消除？）

I1电流源P1触点L2K2电流互感器L1K1P2I2放大器1采集卡放大器2计算机RN

图 系统接线图

4．采用热电偶测量温度，热电偶的冷端温度采用热电阻进行实时测量。已知热电阻的特性：

冷端温度T0T待测温度RT0

R?R0(1?At), R0?100?, A?4.3?10?3/℃

热电偶的分度表为： 温热电动势(mV) 度 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 0.00 0.39 0.79 1.20 1.61 2.04 2.47 2.91 3.36 3.81 100 4.28 4.75 5.23 5.71 6.20 6.70 7.21 7.72 8.24 8.76 200 9.29 9.82 10.36 10.91 11.46 12.01 12.57 13.14 13.71 14.28 要求整个系统的温度测量范围为：0～200℃，分辨率为1℃。

(1) 画出整个测温系统（含冷端温度补偿）的结构框图，并描述其中的每个环节的作

用； (2) 分别画出热电偶输出及热电阻输出的调理电路图； (3) A/D转换器输入范围为0~5V，选择热电偶输出调理电路中的放大器的放大倍数K1，

并确定A/D转换器的位数；

(4) 若冷端温度补偿范围为0～40℃，在由（3）中选定的A/D转换器参数条件下，选

择热电阻输出调理电路中放大器的放大倍数K2。 (5) 写出完整的测温步骤。

(6) 若测得热电阻输出R?4.13?，热电偶输出V?5.00mV，计算被测温度T值。

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程序流程设计

1．对电压、电流进行同步采样，数据分别为Ui和Ii (i =1、2、3、、、、N），采样长度大于2T（信号周期），两信号平均值为零，试设计计算电压有效值U、电流有效值I 和相位差?U?I的程序流程。 2．利用伏安法设计虚拟R、L、C测试仪。

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