机械工程测试与控制技术课后习题答案

机械工程测试与控制技术课后习题答案1.1 测控的基本概念 测试与控制技术，简称测控技术，是信息科学的重要组成部分，它与计算机技术和通信技术构成了完整的信息技术学科。测控技术广泛应用于国民经济各个领域， 无论是工程研究、产品开发，还是质量监控、性能试验等，都离不开测控技术。测控技术是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。 测控技术可分为测试与控制两大部分，两部分相辅相成，密切相连。测试是控制的前提，而控制反过来又往往为测试提供原理或方法保障。即使是单纯的测试系统，甚至单个的测试环节也与控制理论密切相连，如反馈式加速度传感器、伺服指示仪表等均需在控制理论的指导下进行分析设计。 测试是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合，测试的目的是确定被测对象或系统属性的量值。测试技术又由传感器技术、检测技术和数据处理技术共同构成。其中传感器类似于人的感觉器官，它将被测对象的输出以及内部的状态等属性量（统称为 被测量 ），如力、位移、温度等，转换为易于量测的信号，传递给检测环节；检测环节对来自传感器的信号进行进一步的处理，将信号量化为一定的数值；而数据处理则对量化后的信号进行进一步的运算、分析，将其转变为直观的结果显示给操作者或用于控制系统的运行行为。 控制技术通过人或外加的辅助设备或装置 （称为 控制装置 或 控制器 ） ，使得被控对象或系统，如机器、生产过程等的工作状态或参数（即 被控量 ）按照预定的规律运行。对无需人的直接干预即可运行控制系统，称为自动控制系统。一个简单的恒温箱控制系统的例子如下图 1.1 所示。 （ a ） 人工控制的恒温箱 （ b ） 自动控制的恒温箱 图 1.1 恒温箱控制系统 恒温箱控制的要求是克服外界干扰（如电源电压波动、环境温度变化等等），保持箱内温度恒定，以满足物体对温度的要求。显然为了实现温度的恒定控制，必须首先对箱内温度进行测量。对于图 1.1 （ a ）所示的人工控制的恒温箱，其控制或调节过程可归结如下：(1) 操作者观测由测量元件（温度计）测出的恒温箱内的温度（被控制量）。(2) 将测得的温度与要求的温度值（给定值）进行比较，得出温度差值（称为偏差）的大小和方向。(3) 根据偏差的大小和方向，操作者通过调节调压器进行控制。当恒温箱内温度高于所要求的给定温度值时，移动调压器使电流减小，温度降低。若温度低于给定的值，则移动调压器，使电流增加，温度升到正常范围。显然，人工控制的过程就是通过眼睛测量、大脑求取偏差、再通过手控制调压器改变加热电阻丝的发热量以纠正温度偏差的过程，简言之即“检测偏差再纠正偏差”。 人工控制要求操作者随时观察箱内温度的变化情况，随时进行调节。为了将操作者从这种机械式的重复劳动中解脱出来，可以设计一个控制器来完成人的工作，将上面的人工控制变成如图 1.1 （ b ）所示的自动控制系统。 其中，恒温箱的所需温度由电压信号 u 1 给定。当外界因素引起箱内温度变化时，作为测量元件的热电偶，把温度转换成对应的电压信号 u 2 ，并反馈回去与给定信号 u 1 相比较，所得结果即为温度的偏差信号 u = u 1 - u 2 。经过电压、功率放大后，用以改变执行电动机的转速和方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向着减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有在偏差信号 u = 0 时，电动机才停转。这样就完成了恒温箱所要求的自动控制任务。 易见，自动控制系统和人工控制系统的共同特点都是要检测偏差，并用检测到的偏差去纠正偏差。因此，检测是控制的前提，而没有偏差就不会有控制调节过程。控制系统的工作原理可以归纳如下：(1) 检测输出量的实际值。(2) 将实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值。(3) 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 在控制系统中，给定量又称系统的输入量，被控制量也称系统的输出量。输出量的返回过程称为反馈，它表示输出量通过测量装置将信号的全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。比较产生的结果称为偏差。在人工控制中，这一偏差是通过人眼观测后，由人脑判断、决策得出的；而在自动控制中，偏差则是通过反馈，由控制器进行比较、计算产生的。由于存在输出量反馈，系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。而将基于反馈原理、通过 检测偏差再纠正偏差 的系统称为反馈控制系统。可见，作为反馈控制系统至少应具备测量、比较（或计算）和执行三个基本功能。 测控系统通常通过 结构框图或功能框图清晰而形象地表示出来，图 1.2 给出了图 1.1 所示的恒温箱控制系统的功能框图。图中带有箭头的有向线段表示信息的传递路径， 有向线段旁边标识的符号标识该线段所代表的信号； 带有名称的方框表示构成系统的各个部件（即测控环节），进入方框的箭头表示信号输入，反之表示输出， 各环节的作用是单向的，其输出受输入控制；“ ? ”代表比较元件，注意到进入比较元件的反馈信号 u 2 旁边有一“”号，其含义是负号，即比较元件完成给定信号与反馈信号的相减操作以获取偏差信号产生控制作用，使偏差越来越小，这种控制称为负反馈控制。负反馈控制是实现自动控制最基本的方法，不同的控制系统尽管实现自动控制的装置可能不同，但自动控制的实现建立在反馈的基础之上。 （ a ） 人工控制的恒温箱 （ b ） 自动控制的恒温箱 图 1.2 恒温箱控制系统功能框图 2. 测控技术的任务是什么？ 答：测控技术的任务主要有: 通过模型试验或现场实测，提高产品质量； 通过测控，进行设备强度校验，提高产量和质量； 监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施； 通过测控，发现新的定律、公式等； 通过测控和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。 3. 以方框图的形式说明测控系统的组成，简述主要部分的作用。 测控系统方框图如下： （2）各部分的作用如下： l 传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件； l 信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式； l 信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波和分析； l 信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。l 模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以便用计算机处理。4.测控技术的发展动向是什么? 传感器向新型、微型、智能型方向发展； 测控仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展； 参数测量与数据处理向计算机为核心发展；1 求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|cn|-w和j-w图。 解：(1)方波的时域描述为： (2) 从而： 2 . 求正弦信号 的绝对均值 和均方根值 。 解(1) (2) 2.1 求解下列微分方程(1) 初始条件，式中均为常数，解：set (2) 假设解：(3) 初始条件解：(4) 初始条件解：2.2 一阶微分方程组为已知，求解解：2.3 已知一液压控制系统的运动方程为式中参数：。试求在单位阶跃输入作用下，系统的输出。已知解：1.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。答：（1）线性系统的频率保持性，在测试工作中具有非常重要的作用。因为在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，这时依据频率保持特性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。（2）同样，在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。2.在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将他与增益为 5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输出变化30mm时，压力变化为多少？2 解：（1）求解串联系统的灵敏度。 （2）求压力值。4.把灵敏度为 的压电式力传感器与一台灵敏度调到 的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到 ，电荷放大器的灵敏度应作如何调整？解：4.用一时间常数为2s的温度计测量炉温时，当炉温在200400之间，以150s为周期，按正弦规律变化时，温度计输出的变化范围是多少？解： （1）已知条件。 （2）温度计为一阶系统，其幅频特性为（3）输入为200、400时，其输出为：y=A(w)200=200.7() y=A(w) 400=401.4( ) 5.用一阶系统对100Hz的正旋信号进行测量时，如果要求振幅误差在10%以内,时间常数应为多少？如果用该系统对50z的正旋信号进行测试时，则此时的幅值误差和相位误差是多少？解：（1）一阶系统幅频误差公式。 幅值误差为：2.9%，相位差为:-67.5401.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。答：（1）线性系统的频率保持性，在测试工作中具有非常重要的作用。因为在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，这时依据频率保持特性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。（2）同样，在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。 2.在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将他与增益为 5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输出变化30mm时，压力变化为多少？2 解：（1）求解串联系统的灵敏度。 （2）求压力值。4.把灵敏度为 的压电式力传感器与一台灵敏度调到 的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到 ，电荷放大器的灵敏度应作如何调整？解：4.用一时间常数为2s的温度计测量炉温时，当炉温在200400之间，以150s为周期，按正弦规律变化时，温度计输出的变化范围是多少？解： （1）已知条件。 （2）温度计为一阶系统，其幅频特性为（3）输入为200、400时，其输出为：y=A(w)200=200.7() y=A(w) 400=401.4( ) 5.用一阶系统对100Hz的正旋信号进行测量时，如果要求振幅误差在10%以内,时间常数应为多少？如果用该系统对50z的正旋信号进行测试时，则此时的幅值误差和相位误差是多少？解：（1）一阶系统幅频误差公式。 幅值误差为：2.9%，相位差为:-67.540AP6.3 A control system id shown in Fig AP6.3. It is desired that the system be stable and the steady-state error for a unit step input be less than or equal to 0.05(5%).a) Determine the range of a that satisfies the error requirement.b) Determine the range of a that satisfies the stability required.c) Select an a that meets both requirements.a) Determine the range of a that satisfies the error requirement.The steady-state error to a step input is we have , the range of a that satisfies the error requirement is b) Determine the range of a that satisfies the stability required.The Routh array is1 a1+a 11the system is stable if c) Select an a that meets both requirements.E6.11 A system with a transfer function Y(s)/R(s) isDetermine the steady-state error to a unit step input. Is the system stable?1)method 1:method 2:2) characteristic equation: 1 2 36 1 011/6 3a13unstableP6.11 A feedback control system has a characteristic equationThe parameter K must be positive. What is the maximum value K can assume before the system becomes unstable? When K is equal to the maximum value, the system oscillates. Determine the frequency of oscillation.The Routh array is 1 101+K 5+15K5+15Kthe system is stable if when , the auxiliary equation is P6.1 Utilizing the Routh-Herwitz criterion, determine the stability of the following polynomials:a) b) c) d) a) Determine the number of roots, if any, in the right-hand plane. Also when it is adjustable, determine the range of K that in a stable system.characteristic euqation: we have the Routh array:1 25 02stableb) we determine by inspection that the system is unstable, since it is necessary that all coefficients have the same sign.we have the Routh array:1 -42 20-1420There are two roots in the right-hand plane.c) we have the Routh array:1 3 K1 2 01 K2-KKthe system is stable for 0 K 0 and K0.458- 0.457the breakaway point is 0.457K=22.3the range of K for which the system is stable: K22.37.3 A Unity feedback system has Find (a) the breakaway point on the real axis and the gain K for this point.(b) The gain and the roots when two roots lie on the imaginary axis.(a) the breakaway point on the real axis and the gain K for this point.Characteristic equation: (b) The gain and the roots when two roots lie on the imaginary axis.Routh array iss3 1 10s2 7 Ks1 (70-K)/7s0 KK=70,E8.4 the frequency response for a process of the formis shown in Fig. E8.4. Determine K and a by examining the frequency response curves.The transfer function: When , when open-loop gain:from the magnitude relationship:E8.4 the frequency response for a process of the formis shown in Fig. E8.4. Determine K and a by examining the frequency response curves.The transfer function: When , when open-loop gain:from the magnitude relationship:E8.6 Several studies have proposed an extravehicular robot that could move about a NASA space station and perform physical tasks at various worksites. The arm is controlled by a unity feedback control with Draw the Bode diagram for K=100, and determine the frequency when 20log|G| is 0dB.Low frequency: -90High frequency: -270Determine the frequency when20log|G| is 0dB:E8.8A feedback system has a loop transfer function (a) Determine the corner frequencies (break frequencies) for the Bode plot.(b) Determine the slope of the asymptotic plot at very low frequencies and at high frequencies.(c) Sketch the Bode magnitude plot.(a) the corner frequencies:(b) the slope of the asymptotic plot at very low frequencies is 0dB/decthe slope of the asymptotic plot at high frequencies is -20dB/de(c) the Bode magnitude plotthe phase: 180 -90P8.4A control system for controlling the pressure in a closed chamber is shown in FigP8.4. The transfer function for the measuring element is and the transfer function for the valve is The controller transfer function is Obtain the frequency response characteristics for the loop transfer functionthe transfer function:the corner frequencies: K=1the phase: -90-360P8.5 The robot industry in the United States is growing at a rate of 30% a year. A typical industrial robot has six axes or degrees of freedom. A position control system for a force-sensing joint has a transfer function where H(s)=1 and K=10. Sketch the Bode diagram of this system.the phase: 0-360P8.6 The asymptotic log-magnitude curves for two transfer function are given in FigP8.6. Sketch the corresponding asymptotic phase shift curves for each system. Determine the transfer function for each system. Assume that the systems have minimum phase transfer functions. from the low frequency asymptotic, we havewhere W=1 , K=3.98The transfer function:or the phase: -90- 180the transfer function:the phase: 90- 901. 应变片的灵敏系数与电阻丝（敏感栅）的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：(1)一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。(2)原因是： 1) 当应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上时，由于基底和粘结剂的弹性模量与敏感栅的弹性模量之间有差别等原因，弹性体或试件的变形不可能全部均匀地传递到敏感栅。 2)丝栅转角及接线的影响。 2. 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？ 答：前者利用金属形变引起电阻的变化；而后者是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。3. 试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 答：(1)不同点： 1)自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。 (2)相同点： 两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺管性三种类型。4. 在自感式传感器中，螺管式自感传感器的灵敏度最低，为什么在实际应用中却应用最广泛？ 答：(1)在自感式传感器中，虽然螺管式自感传感器的灵敏度最低，但示值范围大、线性也较好;(2)同时还具备自由行程可任意安排、制造装配方便、可互换性好等优点。(3)由于具备了这些优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，故目前螺管式自感传感器应用中最广泛。5. 为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？ 答： (1)传感器两极板之间的电容很小，仅几十个F，小的甚至只有几个F。(2)而传感器与电子仪器之间的连接电缆却具有很大的电容，如屏蔽线的电容最小的l米也有几个F，最大的可达上百个F。这不仅使传感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，使输出不真实，给测量带来误差。(3)解决的办法，一种方法是利用集成电路，使放大测量电路小型化，把它放在传感器内部，这样传输导线输出是直流电压信号，不受分布电容的影响;(4)另一种方法是采用双屏蔽传输电缆，适当降低分布电容的影响。由于电缆分布电容对传感器的影响，使电容式传感器的应用受到一定的限制。6. 用压电式传感器能测量静态或变化很缓慢的信号吗？为什么？ 答： (1)由于不可避免地存在电荷泄漏，利用压电式传感器测量静态或准静态量值时，必须采取一定措施，使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够小的程度；(2)而在作动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测量电路一定的电流，故压电式传感器适宜作动态测量。1. 如题图11.1所示，在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。试分析各应变片感受的应变，将其值填写在应变表中。并分析如何组桥才能进行下述测试：(1) 只测弯矩，消除拉应力的影响；(2) 只测拉力，消除弯矩的影响。电桥输出各为多少？解：(1)组桥如题图11.1-1。设构件上表面因弯矩产生的应变为，材料的泊松比为，供桥电压为u0，应变片的灵敏度系数为K。各应变片感受的弯应变如 题表11.1-1。题表11.1-1R1R2R3R4-由式11.3 可得输出电压其输出应变值为 (2) 组桥如题图11. 1-2。设构件上表面因拉力产生的应变为，其余变量同(1)的设定。各应变片感受的应变如 题表11.1-2。题表11.1-2R1R2R3R4-由 式11.3 可得输出电压其输出应变值为 2. 一等强度梁上、下表面贴有若干参数相同的应变片，如题图11.2 所示。 梁材料的泊松比为，在力P的作用下，梁的轴向应变为，用静态应变仪测量时，如何组桥方能实现下列读数？a) ； b) (1+)； c) 4； d) 2(1+)；e) 0；f) 2 解： 本题有多种组桥方式，例如题图11.2-1所示。 1、 选用位移传感器应注意哪些问题？答：选用位移传感器时，除应符合一般传感器的选用原则外，其测量范围、线性度和精确度对传感器的合理选用尤为重要。1） 测量范围：小位移测试可用电感式、差动变压器式、电容式、应变式、涡流式、霍尔式、压电式等，大位移测试可采用光栅、感应同步器、磁栅等。数字式位移传感器确定测量范围的原则是：测量上限不准传感器过载，测量下限应考虑示值相对误差。2） 线性度：由于一些位移传感器本身是非线性的，为了满足测试精确度要求，在位移测试中常采用适当方法给予校正、补偿。3） 精确度：根据测试的目的和被测位移实际要求，尽可能选择精密度较低的传感器，以获得最佳的技术经济效益。 2、 利用电涡流传感器测量物体的位移。试问：（1） 如果被测物体由塑料制成，位移测量是否可行？为什么？（2） 为了能够对该物体进行位移测量，应采取什么措施？应考虑什么问题？答：(1)不可行。因为电涡流传感器是电感传感器的一种形式，是利用金属导体在交变磁场中的涡流效应进行工作的，而塑料不是导体，不能产生涡流效应，故不可行。(2)可在该物体表面上镀上一层金属，使之在变化的磁场中或者磁场中运动时，表层产生感应电流，并自行闭合，从而形成涡流。应考虑以下问题：导体的电阻率要高，消除加工过程中残余的剩磁，避免导体表面有不同性质的电镀层，以防止影响灵敏度；被测物体的大小应大于线圈直径的1.8倍，若为圆柱体时，其直径应大于线圈直径的3.5倍。3、 涡流位移传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流传感器能否测量大位移？为什么？电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答：（1）电涡流式传感器具有频率响应范围宽，灵敏度高，测量范围大，结构简单，抗干扰能力强，不受油污等介质影响，特别其具有非接触测量等优点。 (2)因为涡流传感器受变换磁场大小的限制，故它不能用于测量大位移。（3）涡流传感器除了能够测量位移外，还可测量：1）由位移量变换而来的被测对象，如：位移振幅、表面粗糙度、转速、零件尺寸、零件个数、零件厚度、回转轴线误差运动等测量；2）由被测材质物性变换来的被测对象，如温度、硬度、涡流探伤等。1、 某车床加工外圆表面时，表面振纹主要由转动轴上齿轮的不平衡惯性力而使主轴箱振动所引起。振纹的幅值谱如题图13.1a所示，主轴箱传动示意图如题图13.1b所示。传动轴I、传动轴II和主轴III上的齿轮齿数为 ， ， ， 。传动轴转速 =2000r/min。试分析哪一根轴上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大？为什么？a) 振纹的幅值谱 b) 传动示意图题图 主轴箱示意图及其频谱解：1）计算各轴的转速和转动频率：轴I的转动频率： Hz轴II的转速： (r/min) 轴II的转动频率： Hz 轴III的转速： (r/min) 轴III的转动频率： Hz 2）判别 由计算结果知，轴II的转动频率 =25(Hz)与幅频图A(f)中最大幅值处的频率相吻合，故知轴II上的齿轮不平衡量对加工表面的振纹影响最大。2、 某产品性能试验需要测试溢流阀的压力响应曲线（即流量阶跃变化时，溢流阀压力上升的过渡曲线）。已知，该阀为二阶系统，稳态压力10MPa，超调量20%。阀的刚度k=6400N/m，运动部分质量m=0.1kg。试：1） 计算阀的固有频率。2） 选用一种精度高、抗振性能好、可靠性高、频率响应特性能满足上述测试要求的压力传感器。写出其名称、工作原理、量程、选用理由等。解：1）阀的固有频率为：Hz2) 测量压力的传感器常用的有应变式、压阻式、压电式、电容式等，根据题意，所要求的测量范围为012MPa，并要求避开其共振频率。应变式压力传感器，如悬链膜片压力传感器其共振频率较底（3050Hz），难以胜任本题的测试要求；压阻式压力传感器工作频率范围可以在0到数百Hz，具有灵敏度高、重复性好、零漂小等特点，测量范围可以在0.014MPa140MPa之间；压电式压力传感器具有固有频率高、惯性小、滞后小、体积小等特点，可以测量几百帕到几百兆帕的压力。电容式压力传感器利用电容方法测量压力，由于是非接触式测量，该传感器具有灵敏度高、测量精度高、测量范围大、抗振性能好、可靠耐用等特点，在压力测量中也得到广泛的应用。综上所述，本题中可选用压阻式、压电式和电容式等多种压力传感器。3、 用压电式加速度传感器及电荷放大器测量振动，若传感器灵敏度为7pc/g，电荷放大器灵敏度为100mv/pc，试确定输入a=3g时系统的输出电压。解： (1)求系统的总灵敏度： 系统的总灵敏度为：S=7 pc/g 100 mv/pc =700 mv/ g （2）根据已知条件，求解。 当输入a=3g时，系统的输出电压为：u=aS=3g700 mv/ g =2100mv4、 若某旋转机械的工作转速为3000转/分，为分析机组的动态特性，需要考虑的最高频率为工作频率的10倍，问：1) 应选择何种类型的振动传感器，并说明原因？2) 在进行A/D转换时，选用的采样频率至少为多少？解：1) 机组工作频率为：f=3000/60=50Hz，最高分析频率：fh=10f=500Hz，（1） 在工业上常见振动传感器有：电涡流振动位移传感器、磁电式振动速度传感器、压电式振动加速度传感器三类，其中涡流传感器频率范围为DC20KHz以上，磁电式速度传感器频率范围为10Hz1500Hz左右，而压电式加速度传感器的频率范围为0.5Hz10KHz左右，因此从频率范围的角度，三种传感器均可采用。（2） 但是，如果考虑到安装的方便性，则最好选择压电式加速度传感器，该类型传感器可直接固定与机组机壳表面，精度高，频响范围宽，寿命长等特点；而磁电式速度计由于存在运动部件，寿命较短，且传感器本身的质量较重，附加质量影响较大，故不建议采用。（3） 若要求直接测量转轴振动，则应选用电涡流振动位移传感器以实现不接触测量。2）根据最高分析频率及采样定理的要求，系统采样频率不应低于2fh=1000Hz，实际使用场合考虑到信号频谱分析的精度，要求系统采样频率应不低于2.56 fh=1280Hz。如果为了能够较好地复现振动波形，则采样频率需要更高，如1600Hz。1.评价噪声的主要技术参数是什么？各代表什么物理意义？答：(1)评价噪声的主要技术参数有：声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级、频率或频谱、响度和响度级等。(2)物理意义分别如下：1） 声压与声压级：表示声音压力强弱的物理量。 声压：声波是在弹性介质中传播的疏密波即纵波，其压力随着疏密程度的变化而变化，所谓声压，是指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值，单位为 ，即帕（Pa）；声压级：声压级 定义为： (dB)，式中，P为声压，P0为听阈声压。2） 声强与声强级：是用能量的大小来表征声音强弱的物理量。声强：声强是在声的传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能量。以I表示，单位为 / 。声强级：声强与参考声强 (取 )比值常用对数的10倍来表示，称为声强级 ，亦是一种无量纲量，定义为： dB3） 声功率及声功率级：是声源在单位时间内发射出的总能量的量度。 声功率：是声源在单位时间内发射出的总能量，用 表示，单位为瓦。声功率级：声功率 和参考基准声功率 (取10 )的比值常用对数的10倍来表示声功率级 ，定义为： dB 。4） 频率与频谱频谱：由强度不同的许多频率纯音所组成的声音称为复音，组成复音的强度与频率的关系图称为声频谱，简称频谱。5） 响度与响度级 为了把客观上存在的物理量和人耳感觉的主观量统一起来，引入一个综合声音强度量度响度、响度级。2. 举例说明如何确定宽带噪声的总响度？答：(1)噪声总响度 的计算，是以响度指数曲线为出发点，这些曲线是在大量试验的基础上并考虑了听觉某些方面的属性后得出的。(2)计算时，先测出噪声的频带声压级，然后从响度指数曲线图中查出各频带的响度指数，再按下式计算总响度。3. A、B、C三种不同计权网络在测试噪声中各有什么用途？ 答:(1) A计权网络是效仿倍频程等响曲线中的40方曲线而设计的，它较好地模仿了人耳对低频段(500Hz以下)不敏感，而对于10005000Hz声敏感的特点，用A计权测量的声级来代表噪声的大小，叫做A声级。A声级是单一数值，容易直接测量，并且是噪声的所有频率成分的综合反映，与主观反映接近，故目前在噪声测量中得到广泛的应用，并以它作为评价噪声的标准。 (2)B计权网络是效仿70方等响曲线，对低频有衰减；(3)C计权网络是效100方等响曲线，在整个可听频率范围内近于平直的特点，它让所用频率的声音近于一样程度的通过，基本上不衰减，因此C计权网络表示总声压级。4. 噪声测试中主要用哪些仪器、仪表？答: (1)噪声的分析除利用声级计的滤波器进行简易频率分析外;(2)还可以将声级计的输出接电平记录仪、示波器、磁带记录器进行波形分析;(3)或接信号分析仪进行精密的频率分析。5. 噪声测试中应注意那些具体问题？ 答: 噪声测试中应注意选取正确的测量部位，选取合适的测量时间，对本底噪声要进行修正，并且要排除干扰。详细可参考教材内容。 6. 声级计的校准方法有几种？答：声级计的校准方法有：活塞发生器校准法，扬声器校准法，互易校准法，静电激励校准法，置换法等。1. 分析容积式流量计的误差及造成误差的原因。为了减小误差，测量时应注意什么？ 答：容积式流量计包括椭圆齿轮流量计和腰轮转子流量计。 （1）椭圆齿轮流量计是借助于固定的容积来计量流量的，与流体的流动状态及粘度无关。但是，粘度变化会引起泄漏量的变化，泄漏过大将影响测量精度。椭圆齿轮流量计只要保证加工精度，和各运动部件的配合紧密，保证使用中不腐蚀和磨损，便可得到很高的测量精度，一般情况下为0.51%，较好时可达0.2%。 值得注意的是，当通过流量计的流量为恒定时，椭圆齿轮在一周的转速是变化的，但每周的平均角速度是不变的。在椭圆齿轮的短轴与长轴之比为0.5的情况下，转动角速度的脉动率接近0.65。由于角速度的脉动，测量瞬时转速并不能表示瞬时流量，而只能测量整数圈的平均转速来确定平均流量。 椭圆齿轮流量计的外伸轴一般带有机械计数器，由它的读数便可确定流量计的总流量。这种流量计同秒表配合，可测出平均流量。但由于用秒表测量的人为误差大，因此测量精度较低。现在大多数椭圆齿轮流量计的外伸轴都带有测速发电机或光电测速盘。再同二次仪表相连，可准确地显示出平均流量和累积流量。 （2）腰轮转子流量计中，两个腰轮转子的加工精度和表面粗糙度要求较高，安装时必须要保证两腰轮轴线的平行度要求。普通腰轮流量计，随着流量的增大，转子角速度的波动现象较严重，脉冲率约为0.22左右。对大流量的计量，往往都采用45 角组合腰轮，可大大减小转子角速度的波动，脉冲率可减小到0.027左右。此种流量计具有结构简单，使用寿命长，适用性强等特点，对于不同粘度的流体，均能够保证精确的计量，一般精度可达 。 2. 超声波流量计测量速度差的方法有哪几种？分别说明基本原理。 答：(1)测定超声波顺、逆流传播速度之差的方法很多，主要有测量在超声波发生器上、下游等距离处接到超声信号的时间差，相位差或频率差等方法。 (2)时差法 设超声波发生器与接收器之间的距离为 ，则超声波到达上、下游接收器的传播时间差为 当 时 (3)相差法 若超声波发生器发射的是连续正弦波，则上、下游等距离处接收到超声波的相位差为 式中， 为超声波的角频率。 只要能测出时间差 或相位差 ，就能求算出流速 ，进而求得流量。 (4)频差法 此法是通过测量