(2025年)工程測(cè)試技術(shù)練習(xí)題題庫及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)為2.1，當(dāng)承受0.0015的應(yīng)變時(shí)，其電阻相對(duì)變化量為（）。A.0.00315B.0.0021C.0.0015D.0.0042答案：A解析：電阻相對(duì)變化量ΔR/R=K×ε=2.1×0.0015=0.00315。2.壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量的主要原因是（）。A.電荷容易泄漏B.靈敏度隨溫度變化C.輸出阻抗過高D.頻響范圍窄答案：A解析：壓電材料產(chǎn)生的電荷會(huì)通過測(cè)量回路的漏電阻和傳感器本身的絕緣電阻緩慢泄漏，無法維持靜態(tài)電荷積累，因此適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。3.用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，若冷端溫度為25℃，儀表機(jī)械零位調(diào)至0℃，測(cè)得熱電勢(shì)為33.29mV（對(duì)應(yīng)1000℃時(shí)的熱電勢(shì)為41.27mV，25℃時(shí)為1.00mV），則實(shí)際溫度為（）。A.1000℃B.975℃C.980℃D.990℃答案：B解析：實(shí)際熱電勢(shì)=測(cè)量值+冷端電勢(shì)=33.29+1.00=34.29mV；查分度表，34.29mV對(duì)應(yīng)的溫度約為975℃（假設(shè)分度表線性插值）。4.一階測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)τ越小，其（）。A.響應(yīng)速度越慢B.通頻帶越窄C.穩(wěn)態(tài)誤差越大D.對(duì)階躍輸入的響應(yīng)上升時(shí)間越短答案：D解析：一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)上升時(shí)間約為3τ，τ越小，上升時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快，通頻帶（截止頻率1/τ）越寬。5.下列信號(hào)中屬于周期信號(hào)的是（）。A.正弦信號(hào)疊加白噪聲B.方波信號(hào)C.指數(shù)衰減信號(hào)D.隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)答案：B解析：方波是典型的周期信號(hào)，滿足x(t)=x(t+T)；其他選項(xiàng)均不滿足嚴(yán)格周期性。6.電橋測(cè)量電路中，采用半橋雙臂接法時(shí)，若兩個(gè)應(yīng)變片分別受拉和受壓，其輸出電壓（）。A.為單臂接法的2倍B.為單臂接法的4倍C.與單臂接法相同D.為單臂接法的1/2答案：A解析：半橋雙臂接法中，相鄰橋臂應(yīng)變符號(hào)相反時(shí)，輸出電壓為2×(ΔR/R)×U，單臂接法為(ΔR/R)×U，故為2倍。7.數(shù)字信號(hào)處理中，為避免混疊現(xiàn)象，采樣頻率應(yīng)（）。A.大于信號(hào)最高頻率B.大于信號(hào)最高頻率的2倍C.小于信號(hào)最高頻率的2倍D.等于信號(hào)最高頻率答案：B解析：根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率需大于信號(hào)最高頻率的2倍才能避免混疊。8.衡量測(cè)試系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度的指標(biāo)是（）。A.靈敏度B.線性度C.回程誤差D.重復(fù)性答案：B解析：線性度定義為輸入輸出曲線與擬合直線的最大偏差與滿量程輸出的百分比。9.加速度傳感器的工作原理基于（）。A.應(yīng)變效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.磁電效應(yīng)答案：B（注：壓電式加速度傳感器最常見，磁電式也可，但常規(guī)題中優(yōu)先選B）解析：壓電式加速度傳感器利用質(zhì)量塊受加速度作用產(chǎn)生的慣性力使壓電元件變形，輸出電荷與加速度成正比。10.下列抗干擾措施中，用于抑制電磁耦合干擾的是（）。A.屏蔽接地B.電源濾波C.光電隔離D.增加采樣頻率答案：A解析：屏蔽接地可切斷電磁場(chǎng)的耦合路徑，抑制電磁干擾；電源濾波針對(duì)電源噪聲，光電隔離用于切斷地環(huán)路干擾。二、填空題（每空1分，共20分）1.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要包括______、______、______和重復(fù)性等。答案：靈敏度、線性度、回程誤差（或遲滯）2.信號(hào)調(diào)理電路的主要功能包括______、______、______和阻抗變換等。答案：放大、濾波、調(diào)制解調(diào)3.測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可用______、______和______三種數(shù)學(xué)模型描述。答案：微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)4.應(yīng)變片的溫度誤差可通過______、______和______方法補(bǔ)償。答案：橋路補(bǔ)償法、應(yīng)變片自補(bǔ)償法、溫度修正法5.數(shù)字信號(hào)處理中，時(shí)域采樣會(huì)導(dǎo)致頻域______，時(shí)域截?cái)鄷?huì)導(dǎo)致頻域______。答案：周期延拓、頻譜泄漏6.壓電式傳感器的前置放大器有______和______兩種形式，其中______更適合遠(yuǎn)距離傳輸。答案：電壓放大器、電荷放大器、電荷放大器7.熱電偶的基本定律包括______、______和______。答案：均質(zhì)導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片的工作原理及主要誤差來源。答案：工作原理：基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲受拉或壓時(shí)，其電阻值隨幾何尺寸和電阻率變化而改變（ΔR/R=K×ε）。主要誤差來源：①溫度誤差（熱膨脹和熱電效應(yīng)引起）；②應(yīng)變傳遞誤差（膠層、基底的彈性模量和厚度影響）；③橫向效應(yīng)（敏感柵橫向部分對(duì)軸向應(yīng)變的響應(yīng)）；④動(dòng)態(tài)誤差（應(yīng)變變化頻率過高時(shí)的滯后）。2.比較電感式傳感器和電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：電感式傳感器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率大、抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：靈敏度和分辨率較低，頻響范圍較窄（一般<10kHz），存在非線性誤差。電容式傳感器優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（可測(cè)微小位移）、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好（頻響可達(dá)10^6Hz）、結(jié)構(gòu)緊湊；缺點(diǎn)：輸出阻抗高（需高輸入阻抗放大器）、易受寄生電容干擾，對(duì)環(huán)境濕度敏感。3.說明一階測(cè)試系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。答案：一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)H(jω)=1/(1+jωτ)，幅頻特性A(ω)=1/√(1+(ωτ)^2)，相頻特性φ(ω)=-arctan(ωτ)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性：①輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同頻率；②幅值為輸入幅值的A(ω)倍，隨ω增大而減?。ǖ屯ㄌ匦裕?；③相位滯后于輸入信號(hào)，滯后角隨ω增大而趨近于90°；當(dāng)ωτ<<1時(shí)（低頻段），A(ω)≈1，φ(ω)≈-ωτ，近似不失真；當(dāng)ωτ>>1時(shí)（高頻段），A(ω)≈1/(ωτ)，幅值衰減顯著。4.簡(jiǎn)述測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法。答案：①階躍響應(yīng)法：給系統(tǒng)施加階躍輸入，測(cè)量輸出的過渡過程，通過分析上升時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差等參數(shù)計(jì)算時(shí)間常數(shù)（一階系統(tǒng)）或阻尼比、固有頻率（二階系統(tǒng)）；②正弦激勵(lì)法：輸入不同頻率的正弦信號(hào)，測(cè)量輸出與輸入的幅值比和相位差，繪制幅頻和相頻特性曲線，擬合得到傳遞函數(shù)；③脈沖響應(yīng)法：輸入理想脈沖信號(hào)（或近似窄脈沖），測(cè)量系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)，通過拉普拉斯變換得到傳遞函數(shù)H(s)。5.列舉三種常見的干擾類型及對(duì)應(yīng)的抑制措施。答案：①電磁干擾（如空間電磁場(chǎng)耦合）：采用金屬屏蔽罩并接地，切斷耦合路徑；②電源干擾（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)、諧波）：使用隔離變壓器、電源濾波器或UPS；③地環(huán)路干擾（不同接地點(diǎn)電位差引起）：采用單點(diǎn)接地或光電隔離切斷地環(huán)路；④噪聲干擾（如放大器內(nèi)部熱噪聲）：選用低噪聲器件，合理設(shè)計(jì)放大倍數(shù)，增加濾波電路。四、綜合題（每題15分，共30分）1.某機(jī)械結(jié)構(gòu)需測(cè)量其表面動(dòng)態(tài)應(yīng)變（頻率范圍0~5kHz），要求測(cè)量誤差≤2%，試設(shè)計(jì)一套應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，并說明各組成部分的選型依據(jù)及注意事項(xiàng)。答案：系統(tǒng)組成：應(yīng)變片→信號(hào)調(diào)理（橋路+放大器+濾波器）→數(shù)據(jù)采集卡→計(jì)算機(jī)（數(shù)據(jù)處理）。（1）應(yīng)變片選型：選擇動(dòng)態(tài)應(yīng)變片（基長2~5mm，以減小橫向效應(yīng)），敏感柵材料選康銅（溫度系數(shù)小），阻值120Ω（通用型），靈敏度系數(shù)K=2.0±0.1（滿足精度要求）。（2）橋路設(shè)計(jì)：采用半橋雙臂接法（一片受拉，一片受壓），提高靈敏度并補(bǔ)償溫度誤差。激勵(lì)電壓選3~5V（避免自熱誤差，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)可適當(dāng)提高）。（3）放大器：選擇低噪聲、寬頻帶（0~10kHz以上）的儀用放大器（如AD620），增益設(shè)置需滿足采集卡輸入范圍（如±10V），增益G=（最大應(yīng)變×K×激勵(lì)電壓）/（采集卡分辨率），計(jì)算得G≈(0.002×2×5)/0.001=20（假設(shè)最大應(yīng)變?yōu)?.2%）。（4）濾波器：設(shè)計(jì)低通濾波器（截止頻率5kHz，二階巴特沃斯），避免高頻噪聲混疊，滾降斜率-40dB/dec，確保5kHz處衰減<3dB。（5）數(shù)據(jù)采集卡：采樣頻率≥2×5kHz=10kHz（取12kHz），分辨率16位（量化誤差<0.0015%FS，滿足誤差要求），輸入范圍±10V（匹配放大器輸出）。注意事項(xiàng)：①應(yīng)變片粘貼需清潔表面，膠層均勻（避免傳遞誤差）；②電纜采用屏蔽雙絞線，屏蔽層單端接地（抑制電磁干擾）；③校準(zhǔn)系統(tǒng)靈敏度（用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變?cè)礃?biāo)定）；④測(cè)試前預(yù)熱設(shè)備（穩(wěn)定放大器零點(diǎn)）；⑤數(shù)據(jù)處理時(shí)進(jìn)行數(shù)字濾波（去除殘余噪聲）。2.某旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試中，測(cè)得加速度信號(hào)的時(shí)域波形如圖1（假設(shè)為周期性信號(hào)，峰值為±5g，周期0.02s），頻譜分析顯示主頻率成分為50Hz、150Hz、250Hz（幅值比為1:0.3:0.1）。（1）計(jì)算該信號(hào)的基頻和最高分析頻率；（2）說明頻譜中各頻率成分的可能來源；（3）若采樣頻率為512Hz，分析是否會(huì)發(fā)生混疊；（4）提出改善測(cè)試結(jié)果的建議。答案：（1）基頻f0=1/T=1/0.02=50Hz；最高分析頻率fmax=250Hz（頻譜中最高成分）。（2）頻率成分來源：50Hz為基頻（可能對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，n=50×60=3000r/min）；150Hz=3×50Hz（三倍頻，可能由齒輪嚙合誤差、軸承滾動(dòng)體通過頻率引起）；250Hz=5×50Hz（五倍頻，可能由機(jī)械松動(dòng)、不對(duì)中導(dǎo)致的高次諧波）。（3）采樣頻率fs=512Hz，根據(jù)奈奎斯特定理，最高可測(cè)頻率為fs/2=256Hz，而信號(hào)最高頻率250Hz<256Hz，故不會(huì)發(fā)生混疊。（4）改善建議：①增加采樣頻率至1024Hz（提高頻率