济南大学2010-2011学年测试技术期末考试试题..doc

济南大学2010～2011学年第2学期课程考试试卷答案（A卷） 课 程 测试技术 授课教师 宋方臻、苏东宁、邵海燕、马玉真 考试时间 2011年 6月15日 考试班级 学 号 姓 名 题号 一 二 三 四 五 六 总 分 得分 一、分析题（共25分） 如图1所示，由电容传感器、电容测微仪、测微台架组成的位移测量系统中，电容传感器的测量范围如图2所示，请回答以下问题： 图1 电容测量系统组成 图2 电容传感器的测量范围 （1）根据电容传感器与被测表面的相对位置关系，说明电容传感器的测量方式。 答：由于在测量位移的过程中，电容传感器与被测表面不接触，电容传感器的测量属于非接触测量方式。 ——————2分 （2）写出电容传感器的电容与极距h的关系，说明传感器的测量范围与量程。 答：传感器的输出电容C(F)与输入位移或极距h(um)之间的关系为： ，传感器的测量范围为50um-150um，量程100um. ————3分 （3）在h由50um到150um变化的过程中，将电容传感器的电容随位移（或 极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)，并说明该传感器的输出与输入之间 是否具有线性关系，灵敏度是否为常数？ ——————3分 答：传感器的输出电容C(F)与输入位移或极距h(um)之间的关系为： , 因此具有非线性关系。 ——————1分 传感器的灵敏度为：, 因此不为常数。——————2分 （4）电容测微仪即是电容传感器的测量放大电路，其输出为电压信号。 根据学习的理论知识，说明可能采取的测量电路，画出电路简图，并写出 系统的输出电压与被测位移量之间的关系式。 答：采用运算放大器电路可以改善极距变化的电容传感器非线性。 极距变化的电容传感器的输出为： 其电容与极距之间是非线性关系。因此，存在非线性误差。 使得其测量范围很小，一般取极距变化范围约为。 如图所示，反馈回路中的为极距变化型电容传感器的电容，输入 电路采用固定电容，为稳定的激励电压，那么输出电压与极距 之间的关系式为： ——————5分 可见，输出电压与电容传感器的间隙成线性关系，改变了其非线性问题。 ——————4分 （5）在h由50um到150um变化的过程中，将测微仪的输出电压（以 直流形式表示）随位移（或极距）变化的关系在下图中绘出(定性表示)， 并说明该测量系统的输出与输入之间是否具有线性关系？ ——————3分 答：该测量系统的输出与输入之间具有线性关系。——————2分 二、计算题（共25分） 如图所示，在一个悬臂梁上、下表面各粘贴了两个阻值为、灵敏度 的金属电阻应变片，当在梁的末端施加一个恒定的力F时，梁发生应变。其主视图和俯视图如图3所示。其中，R1与R3在上表面，R2与R4在下表面。 图3 悬臂梁的结构简图 将以上四个应变片接成全桥电桥，假设直流供桥电源为5V，并假设 负载电阻无穷大，当应变片的应变为时，求出此时电桥的输出电压，并 画出直流电桥的电路图。 解： ————2分 其电路图如下： ————2分 （2）某同学将上面的两个应变片串联相接作为一个桥臂的电阻，下面 的两个应变片串联相接作为相邻的一个桥臂的电阻，其余两个桥臂接固定 电阻，阻值为，从而形成半桥电路，画图表示该电桥，并计算分 析其灵敏度与第一小题中的灵敏度有什么不同？ 解：其电路