第二章 测试装置的基本特性

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1、第二章测试装置的基本特性2-1进行某动态压力测量时，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。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即S=90.9(nC/MPa)´0.005(V/nC)´20(mm/V)=9.09mm/MPa。偏移量：y=S´3.5=9.09´3.5=31.815mm。2-2用一

2、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，问稳态响应幅值误差将是多少？解：设一阶系统，，T是输入的正弦信号的周期稳态响应相对幅值误差，将已知周期代入得2-3求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t−45°)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后得到的稳态响应。解：，，该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y(t)，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到y(t)=y01cos(10t+j1)+y02cos(100t−45°+j2)其中，，所以稳态响应为2-4气象气

3、球携带一种时间常数为15s的一阶温度计，以5m/s的上升速度通过大气层。设温度按每升高30m下降0.15℃的规律而变化，气球将温度和高度的数据用无线电送回地面。在3000m处所记录的温度为−l℃。试问实际出现−l℃的真实高度是多少？解：该温度计为一阶系统，其传递函数设为。温度随高度线性变化，对温度计来说相当于输入了一个斜坡信号，而这样的一阶系统对斜坡信号的稳态响应滞后时间为时间常数t=15s，如果不计无线电波传送时间，则温度计的输出实际上是15s以前的温度，所以实际出现−l℃的真实高度是Hz=H-Vt=3000-5´15=2925m2-5想用

4、一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？解：设该一阶系统的频响函数为，t是时间常数则稳态响应相对幅值误差令d≤5%，f=100Hz，解得t≤523ms。如果f=50Hz，则相对幅值误差：相角差：2-6试说明二阶装置阻尼比z多采用0.6~0.8的原因。解答：从不失真条件出发分析。z在0.707左右时，幅频特性近似常数的频率范围最宽，而相频特性曲线最接近直线。2-7将信号coswt输入一个传递函数为H(s)=1/(ts+1)的一阶装

5、置后，试求其包括瞬态过程在内的输出y(t)的表达式。解答：令x(t)=coswt，则，所以利用部分分式法可得到利用逆拉普拉斯变换得到2-8求频率响应函数为3155072/(1+0.01jw)(1577536+1760jw-w2)的系统对正弦输入x(t)=10sin(62.8t)的稳态响应的均值显示。解：该系统可以看成是一个一阶线性定常系统和一个二阶线性定常系统的串联，串联后仍然为线性定常系统。根据线性定常系统的频率保持性可知，当输入为正弦信号时，其稳态响应仍然为同频率的正弦信号，而正弦信号的平均值为0，所以稳态响应的均值显示为0。2-9试求传

6、递函数分别为1.5/(3.5s+0.5)和41wn2/(s2+1.4wns+wn2)的两环节串联后组成的系统的总灵敏度（不考虑负载效应）。解：，即静态灵敏度K1=3，即静态灵敏度K2=41因为两者串联无负载效应，所以总静态灵敏度K=K1´K2=3´41=1232-10设某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z=0.14，问使用该传感器作频率为400Hz的正弦力测试时，其幅值比A(w)和相角差j(w)各为多少？若该装置的阻尼比改为z=0.7，问A(w)和j(w)又将如何变化？解：设，则，，即，将fn=800H

7、z，z=0.14，f=400Hz，代入上面的式子得到A(400)»1.31，j(400)»−10.57°如果z=0.7，则A(400)»0.975，j(400)»−43.03°2-11对一个可视为二阶系统的装置输入一单位阶跃函数后，测得其响应的第一个超调量峰值为1.5,振荡周期为6.28s。设已知该装置的静态增益为3，求该装置的传递函数和该装置在无阻尼固有频率处的频率响应。解：因为td=6.28s，所以wd=2p/td=1rad/s所以当w=wn时，第三章常用传感器与敏感元件3-1在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。解答

8、：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。3-2试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、