测试与控制技术复习.doc

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一．填空、选择、判断改错、判断

1影响测控电路精度的主要因素：

影响测控电路精度的主要因素有：

1、噪声与干扰；

2、低漂移、高稳定性，主要是温漂；

3、线性度与保真度；

4、输入与输出阻抗的影响。

2对测量控制电路的主要要求：

对测控电路的要求：

（1）精度高；

（2）响应快；

（3）转换灵活；

（4）可靠性与经济性。

3滤波器对不同频率的信号有不同的作用

滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。

通带、阻带、过渡带作用各不相同。

4滤波器的特征频率:

①通带截频fp=wp/（2π）为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。

②阻带截频fr=wr/（2π）为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。

③转折频率fc=wc/（2π）为信号功率衰减到1/2（约3dB）时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。

（20lg（1/0.707）=-3dB）

④固有频率f0=wo/（2π）为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。

5测控系统的组成

答：

被测量、测量元件，被测量元件，测量电路、输出单元

6测试系统的静、动态指标

静态指标：

①灵敏度；②线性度（非线性误差）；③分辨力；④迟滞；⑤漂移；⑥精度；⑦重复性；

动态指标：

正弦变化的输入、阶跃变化的输入和线性输入，系统的阶跃响应曲线；幅频特性曲线；相频特性曲线。

7应变式电阻传感器工作原理是什么？

电阻应变效应：

当金属丝在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变化。

如依据这种效应制成的应变片粘贴于被测材料上，则被测材料受外界作用所产生的应变就会传送到应变片上，从而使应变片的电阻发生变化，通过测量应变片阻值的变化就可得知被测机械量的大小。

8单、双臂、全桥电桥的灵敏度

灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标，电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压或电流的变化来表示。

单臂电桥的灵敏度，双臂电桥的灵敏度，全桥电桥的灵敏度为，即双臂电桥的灵敏度是单臂电桥的二倍，全桥电桥的灵敏度是双比电桥的二倍，是单臂电桥的四倍。

（通常希望传感器的灵敏度高一点较好）

9光电效应的三种形式及各类典型光电元件

光电效应的三种形式即外光电效应，内光电效应和光电伏特效应。

光电元件光电管，光电倍增管等。

10按照误差出现的规律，可以把误差分为哪3类？

即随机误差，系统误差，粗大误差

11精度可分为哪三个方面，各自的含义。

精度可分为准确度，精密度，精确度。

准确度是指测量值与真值的偏离程度；精密度是指即使测量相同的对象，每次的测量值也不同，它说明了测量结果的分散性；精确度是精密度与准确度的综合反映，精确度高，表示精密度和准确度都比较高，在简单场合下可取准确度和精密度两者的代数和，通常以测量误差的相对值表示。

12测控系统或传感器的灵敏度是指？

传感器的灵敏度是指在稳定工作状态下输出变化量与输入变化量的比值，即：

13滤波器的种类？

按功能分滤波器的种类可分为五类：

低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、帯阻滤波器和全通滤波器。

按处理信号形式分：

模拟滤波器和数字滤波器。

按电路组成分：

LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器。

按传递函数微分方程的阶数分：

一阶、二阶、高阶。

14电阻式应变片受拉、受压时其阻值如何变化？

由电阻率公式可知，外力F的变化引起长度，和横截面积的变化从而影响阻值的变化，当应变片受外力作用而伸长时，长度增大，横截面积减小，阻值怎大。

当受压是则反之。

15电容式传感器三种类型？

变极距型，变面积型，变介质型

16增益调整电路的类型？

手动调整、自动调整、程控型

17确定性信号分为？

非确定性信号分为？

确定信号:

周期非周期、能量与功率、模拟与数字、基带和频带

不确定信号，是指无法用确定的时间函数来表达的信号，又称为随机信号。

18常见的光敏晶体管有？

晶体管二极管、三极管

19电阻式传感器是将？

转换成？

的一种传感器。

把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。

20低通、高通、带通、带阻滤波器的通带增益或衰耗？

滤波器在通带内的增益并非常数。

①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益；高通指w→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益。

②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。

③带通增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量，如果△Kp以dB为单位，则指增益dB值的变化量。

21阻尼系数、特征频率、固有频率等滤波器的主要特性指标。

阻尼系数是表征滤波器对角频率为wo信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。

阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q=wo/△w。

式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽，wo为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率相等。

22三种逼近方法及各自特点

测控系统中常用的三种逼近方法为：

巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近和贝赛尔逼近。

巴特沃斯逼近：

这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦，并且单调变化。

切比雪夫逼近：

这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量△Kp,但其幅频特性更接近矩形。

贝塞尔逼近：

这种逼近与前两种不同，它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。

23频率变换电路

频率变换又称为频谱变换，是指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变换关系。

实现调制、解调和变频的电路都是频率变换电路。

24.传感器的线性

传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。

在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。

25.半导体应变片的工作原理

对半导体而言，当在半导体的某一晶向施加一定的应力σ时，会产生电阻率的变化，而其几何尺寸变化很小，这种现象称为压阻效应。

利用半导体的压阻效应制成的传感器所具有的灵敏度系数远大于金属材料的灵敏度系数。

在由半导体应变片组成的传感器中，由四个应变片组成全桥电路，将四个应变片粘贴在弹性元件上，其中两个在工作时受拉伸，而另两个则受压缩，这样可以使电桥输出的灵敏度最高。

由于电桥的供电电源既可采用恒流源，也可采用恒压源，所以桥路输出的电压与应变片阻值变化的关系也就不同。

26.标准节流装置有标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管和文丘里喷嘴。

27.常用的弹性元件：

弹簧管、膜盒、膜片、波纹管。

28.传感器一般由敏感元件、转换元件以及其它辅助元件构成。

29.正态分布的随机误差分布规律：

（1）单峰性：

绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大。

（2）对称性：

绝对值相等的正、负误差出现概率相等。

（3）有界性：

绝对值很大的误差出现的概率近于零。

误差的绝对值不会超过某一个界限。

（4）抵偿性：

在一定测量条件下，测量值误差的算术平均值随着测量次数的增加而趋于零。

30工业用热电阻一般采用三线制接法。

热电偶要考虑冷端温度补偿。

31.自感式传感器是把被测量变化转换成自感的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流的输出。

32采样定理：

采样保持电路组成：

模拟开关、存储电容、缓冲放大器。

采样定理：

采样频率至少应该大于模拟信号最高频率的两倍。

一般取7—10倍。

具体见课件ChapterFive-5.ppt

33信号调制的几种形式及数学表达式

调幅、调频和调相。

调幅信号us的数学表达式：

us=（Um+mx）coswct

调频信号us的一般表达式可写为：

us=Umcos（wc+mx）t

调相信号us的一般表达式可写为：

us=Umcos（wct+mx）

了解具体内容见ChapterFive-2.ppt

34哪种调制形式又称为角度调制？

调频和调相都会使得高频载波信号的相位角受到调变，电子学中常称其为“角度调制”或“调角”。

35载波信号的频率与调制信号的频率要满足什么关系？

ωc为载波信号，Ω为调制信号。

为正确进行信号调制必须要求ωc>>Ω，通常至少要求ωc>10Ω。

36.对调频信号进行解调，从调频信号中检出反映被测量变化的调制信号的过程称为什么？

解调或检波

37测量放大电路（仪用放大电路）

在测量控制系统中，用来将传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号放大到足以进行各种转换处理、或推动指示器、记录仪以及各种控制机构的电路称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。

要求:

①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；

②一定的放大倍数和稳定的增益；

③低噪声；

④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；

⑤足够的带宽和转换速率；

⑥高共模输入范围和高共模抑制比；

⑦可调的闭环增益；

⑧线性好、精度高；

⑨成本低。

38.应变片的灵敏系数K受两个因素影响：

一个是应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；另一个是应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。

对金属材料来说，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比（dρ/ρ）/ε大得多，而半导体材料的（dρ/ρ）/ε项的值比1+2μ大得多。

39.增益与放大倍数的关系

分贝就是放大器增益的单位。

放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。

当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。

电学中分贝与放大倍数的转换关系为：

AV（I）（dB）=20lg[Vo/Vi（Io/Ii）]。

40.用半导体应变片制作的传感器称为压阻式传感器，其工作原理是基于半导体材料的什么效应？

压阻效应，25题有详答

41.在采用应变片测量时，如何实现温度补偿

电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。

粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片称为温度自补偿应变片。

利用这种应变片来实现温度补偿的方法称为应变片自补偿法。

42.什么是载波信号、调制信号、已调信号

调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。

常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。

用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。

在测控系统中，通常就用测量信号作调制信号。

经过调制的载波信号叫已调信号。

43能够消除振铃现象的电压比较电路是？

滞回比较电路

44.由一阶有源低通滤波器和一阶有源高通滤波器如何构成二阶有源带阻、带通滤波器？

带通：

低通滤波器的通带频率大于高通滤波器的通带频率

带阻：

低通滤波器的通带频率小于高通滤波器的通带频率

45.在所学的几种电压比较电路中，具有多阈值的比较电路有？

电压比较器是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小。

有电平比较电路（单阈值比较器）、滞回比较电路（正反馈阈值）和窗口比较电路。

其中滞回比较电路有两个阈值，窗口比较电路有两个以上阈值。

具体电路图见ChapterFive-5.ppt

46.热敏电阻是一种半导体温度传感器，具有很大的负温度系数，电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。

但缺点是线性度较差，复现性和互换性较差。

47.磁电式传感器是一种将被测物理量转换为什么的装置？

磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。

48.压电式传感器是利用某些材料的什么效应而制成的？

压电材料的压电效应

49.传递函数的特性？

同一传递函数可以表征具有相同传递特性的不同物理系统。

50.什么是霍尔效应:

在金属或半导体薄片的两端通过控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势（霍尔电势），这种现象称为霍尔效应。

51.涡流式传感器是“实际传感器”的一半，另一半是被测导体?

金属导体

52.傅里叶变换的基本性质

傅立叶变换建立了时间函数和频谱函数之间的转换关系。

线性

对称性

折叠性

尺寸变换性

时移特性

频移特性

时域/频域微分性

时域/频域积分性

卷积定理

了解更多参见《信号与系统分析》88-95页。

53.传感器、变送器、检测仪表的表述范围

传感器：

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成

变送器是将感受的物理量、化学量等信息按一定规律转换成便于测量和传输的标准化信号的装置，是单元组合仪表的组成部分。

变送器也可以说是一种输出为标准化信号的传感器。

用来检测生产过程中各个有关参数的技术工具称为检测仪表。

检测仪器是最广泛的，所有的传感器和变送器都可称为检测仪器。

而变送器是特制的，必须输出的信号标准化。

电压在0-5V范围，电流在4-20mA范围。

54热电偶冷端补偿方法：

补偿导线法、冷端温度恒温法、计算修正法和补偿桥路法等。

55.差动放大器是把什么转化成什么。

差动变压器是把被测量的非电量变化转换成线圈互感量的变化。

56电阻式传感器的原理

电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。

57.霍尔传感器的原理

在金属或半导体薄片的两端通过控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势（霍尔电势），这种现象称为霍尔效应。

利用霍尔效应制作的传感器称为霍尔传感器。

58.电容式传感器的原理

电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。

利用平板电容和其他结构关系式通过相应结构和测量电路可以选择、和中三个参数中，保持两个参数不变，只改变其中一个参数，可以作出变极距型、变面积型和变介质型的电容式传感器。

59.常用的热电阻材料

使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。

60.差动变压器结构的三种形式

形式有变隙式、变面积式和螺线管式等。

61.信号的分类

1确定信号和随机信号2连续信号和离散信号3周期信号和非周期信号4能量信号和功率信号

二．分析、简答或设计：

61.半波、全波相敏检波电路的分析

相敏检波电路的优点：

能够鉴别调制信号相位、具有选频的能力。

为什么要采用相敏检波？

见ChapterFive-2.ppt

开关式半波相敏检波电路

us

uo

Uc

V2

V1

Uc

t

uo

O

uo

O

t

uc

O

t

us

O

t

ux

O

t

ˊ

开关式全波相敏检波电路

其他相敏检波电路见ChapterFive-2.ppt

62.半波、全波精密检波电路的分析★

为什么要采用精密检波电路？

见ChapterFive-2.ppt

多看ChapterFive-2.ppt

63.函数型运算电路的分析

函数型运算电路可实现被测参数的线性化运算，比较典型的非线性函数有以下三种。

o

ui

uo

o

ui

uo

o

ui

uo

限幅型

扩展型

倒数型

限幅型函数运算电路

ui

Rf

R1

R2

R3

R4

R5

R6

VD1

VD4

VD2

VD5

VD3

VD6

L

M

N

+UR

-UR

了解具体内容见ChapterFive-4.ppt

64.采样保持电路的工作原理

在输入逻辑电平控制下出于“采样”或“保持”两种工作状态。

“采样”状态下电路的输出跟踪输入模拟信号，在“保持”状态下电路的输出保持前次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直至进入下一次采样状态为止。

65.信号调制的主要功用是什么？

什么是调制？

什么是解调？

并举例说明一种信号调制的应用。

为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制的主要功用。

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。

在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。

66.差动电桥放大电路的分析

∞

-

+

+

N

R2=R1

uo

R1

u

R（1+δ）

ua

ub

R

R

R

其中R2>>R只有δ<<1时，才近似成线性关系，适用于精度不高的场合。

了解具体内容见ChapterFive-1.ppt

67.在采用电阻应变片进行力或应变的测量时，为什么要进行温度补偿？

如何进行温度补偿？

试件材料的线膨胀引起的误差。

当温度变化△t时，因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化。

电桥补偿自补偿法热敏电阻补偿法

具体过程详见N-2.1应变式传感器

68.多阈值比较电路的工作原理分析

滞回比较电路（正反馈阈值）

滞后电平：

滞回比较电路可消除‘振铃’现象。

窗口比较电路：

单方向多个阈值，可用来检测输入信号是否在某两个电平之间。

了解具体内容见ChapterFive-5.ppt

三．电路设计

加减运算电路

（一）反相加法电路

（二）减法运算电路

了解具体内容见ChapterFive-4.ppt

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