2024江苏大学机械工程测试技术 期末试题库(汇总)

灵敏度系数S=2，测出的拉伸应变值为300με。求：钢板伸长量?l，应力?,?R/R及?R。如果要测出1με应变值则相应的?R/R是多少？ 解：因为?l/l??，则有

?l?l???1?300?10?6?3?10?4?m??0.3(mm)????E?300?10?6?2?1011?6?107(Pa)?R?S???2?300?106?6?10?4R?R?R?S???120?6?10?4?7.2?10?2(?)如果要测出1με应变值，则

?R?S???2?1?106?2?10?6 R五、综合题

1． 设计一台检测钢丝绳断丝的仪器（用原理图表示），并简述其原理。 答：

利用霍尔元件来检测钢丝绳的断丝情况，其原理图如下图所示：

其工作原理为：铁心对钢丝绳局部磁化，当有断丝时，在断口处出现漏磁场，霍尔元件经过此磁场时，将其转换为一个脉动的电压信号。对此信号作滤波、A/D转换后，进入计算机分析，识别出断丝根数及位置。

2． 请画出动态电阻应变仪的原理框图，简述其工作原理，并绘出出图中各点波形。 答：

动态电阻应变仪的工作原理为：试件在外力x(t)作用下变形，贴在它上面的电阻应变

片产生相应的电阻变化。振荡器产生高频正弦信号z(t)，作为电桥的工作电压，电桥输出为信号x(t)与载波信号z(t)的乘积，即调制信号xm(t)，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供给的检波信号与电桥工作电压同频、同相位。相敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号x(t)。最后，该信号被显示或输入后续设备。 3． 欲测量液体的静压，拟采用电容式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原

理。 答：

弹性膜片与另一金属板组成一电容，如图所示，在压力的作用下，弹性膜片发生变形，使电容的极距发生变化，从而引起电容量的变化。电容器接于具有直流极化电压的电路中，电容的变化有高阻值电阻R转换为电压变化。电压输出与膜片位移速度成正比，从而可测量液体压力。 4． 欲测量液体的动压，拟采用电感式传感器，试

绘出可行方案的原理图，并简述其测量原理。 答：

采样差动变压器式传感器，如图所示。弹性体在压力作用下发生变形，推动与之相连的差动变压器的衔铁在线圈内运动，由于引起线圈互感的变化而产生感应电动势差，此电势差经交流放大、相敏检波、滤波等处理后输出，输出量反映压力的大小。

?弹性体 P

5． 欲测量液体的动压，拟采用电阻应变式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测

量原理。

振荡器 1 2 电桥 放大 相敏检波 低通 显示记录 P 1． 应变片 2． 膜片 答：

系统的原理框图如图所示。电阻应变片贴于平膜片上，在压力P的作用下，膜片发生变形，致使应变片也发生相应的变形从而引起电阻变化，应变片置于电桥中，作为电桥的桥臂，从而带来电桥输出电压的变化。振荡器产生高频正弦信号，作为电桥的工作电压，电桥

输出为信号与载波信号的乘积，即调制信号，此信号经交流放大后进行相敏检波，由振荡器供给的检波信号与电桥工作电压同频、同相位。相敏检波的结果再进行低通滤波，得到与原信号极性相同、但经放大了的信号p(t)。最后，该信号被显示或输入后续设备。

6． 欲测量液体的动压，拟采用压电式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原

理。

P 前置 放大 P 放大 相敏检波 显示记录 1 2 1. 压电晶体 2. 金属膜 答：

压电晶体在压力P作用下，由于发生机械变形而使两金属膜极板上集聚数量相等、极性相反的电荷，形成电势差。由于该输出电压很微弱，且压电传感器本身内阻很大，因此将此输出电压信号先经过高输入阻抗低输出阻抗的前置放大器放大，再经过一般放大器放大和相敏检波后，输入显示仪表或记录器进行显示或记录。

7． 欲测量液体的静压，拟采用机械式传感器，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原

P 波登管 x 连杆机构 φ 齿轮 指针 理。 答：

利用波登管的弹性来测量液体的静压力，其原理框图如图所示。液体从波登管的受压端进入管内，使波登管在压力P的作用下发生变形，并在其末端产生与被测压力P呈近似线性关系的位移x，此位移量被与波登管末端相连的曲柄连杆机构转换成角度，并被与之相连的齿轮副放大，最后由与齿轮副相连的指针指示出压力的大小。

8． 有一批涡轮机叶片，需要检测是否有裂纹，试绘出可行方案的原理图，并简述其测量原

理。

答：

利用涡流传感器来检测叶片裂纹，其原理框图如图所示。将涡轮机叶片放置在由涡流传感器和电容C组成的谐振回路中，则谐振回路的频率f将随间隙δ的变化而改变，让涡轮机叶片沿与传感器线圈垂直的方向（一般为水平方向，如图所示）通过传感器磁场，当裂纹处经过时，谐振频率将发生变化。振荡器提供稳定的高频信号电源，当谐振回路的谐振频率与该频率相同时，输出电压最大，当谐振频率因裂纹而变化时，与电源频率失谐，输出信号的幅值也随δ的变化而变化，相当于一个被δ调制的调幅波，经放大、检波和滤波后，就可以

得知涡轮机叶片的裂纹信息。

9． 在轧钢过程中，需检测薄板的厚度，可采样何种传感器？试简述其工作原理。

R 振荡器 LC谐 振回路 x1 h x2 LC谐 振回路 H 运算器 输出 放大 检波 滤波 振荡器 R 放大 检波 滤波 答：

可采样涡流传感器，原理图如图所示，系统的工作原理为：差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两边，位置固定，间隔为H，设被测钢板厚度为h，两涡流传感器与被测钢板距离分别为x1和x2，涡流传感器和电容C组成谐振回路，则回路频率f将随间隙的变化而改变，使其输出电压幅值也随之变化，经放大、检波和滤波后，可得被测距离x1和x2，将它们输入运算器中进行如下运算，即可实时监测钢板厚度：

h?H?(x1?x2)

10． 如何利用光纤来测量声压？绘出可行方案的压力图，并简述其测量原理。 答：

利用马赫曾德尔干涉仪原理检测光纤内发生的声-光相位调制，如图所示，激光源光束经过分光镜以后，其一通过长螺卷状的检测光纤。检测光纤在外界声压作用下，使经过其中的光束产生相位变化、随后当它与另一路经过参考光纤(亦呈螺卷状)的参考光束进行叠加，并由光电管转换为电信号，经适当的处理，便可获得光相位变化和相应的声压值。

11． 如何利用电容式传感器来测量微小振动物体的振幅？绘出可行方案的压力图，并简

述其测量原理。

答：

可利用极距变化型电容传感器的原理来测量振动物体的振幅，其原理框图如图所示。传感器电容是振动器谐振回路的一部分，当被测物发生振动时，传感器的电容也随之改变，从而使振动频率发生变化，频率的变化经鉴频器变为电压变化，再经过放大后即可输出或显示被测振幅的大小。 12． 有多种传感器均可进行转速测量，试举出其中的两种，并分别简述其测量原理。 答：

（1）涡流传感器，其工作原理为（如图a所示）：将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，涡流传感器置于一边，传感器线圈接入LC振荡回路，以回路的振荡频率f作为输出量。当凹口或突起转至涡流（a） 传感器处时，由于间距δ的变化，引起线圈电感变化，从而使振荡频率f发生变化，相当于原振荡频率f经被测频率fx调制，通过鉴频器后即可得被测频率，从而得到被测转速。

（2）磁阻式传感器，其工作原理为（如图b所示）：

（b）

将将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，磁阻式传感器置于旋转体一边，当凹口或突起转至传感器处时，改变磁路的磁阻，引起磁力线减弱或增强，使线圈产生感应电动势，其频率即为被测件的频率，从而可得其转速。

（c） （3）霍尔传感器，其工作原理为（如图c所示）：将

将带有凹口或突起的旋转体与被测件同轴安装，霍尔元件和旋转体同置于磁场中，当凹口或突起转至霍尔元件处时，引起磁场变化，霍尔元件将其转换为一个

脉动电压信号，此脉动信号的频率即为被测件的转动频率，从而可得被测件的转速。 13． 要测量一钢板的厚度，可用哪些传感器？试举出其中的两种，并分别简述其测量原

理。 答：

（1）涡流传感器，其工作原理为（如图a所示）：差动式测厚，将两涡流传感器分别置于被测钢板的上下两x1 边，位置固定，间隔为H，设被测钢板厚度为h，两涡

h H （a）

流传感器测得其与被测钢板距离分别为x1和x2，则被测

x2 钢板的厚度为为：

h?H?(x1?x2)

（2）气动式传感器，其工作原理与涡流传感器类似（如图b所示），也可用差动式测厚：将

气动量仪的两个测头分别置于被测件的上下两边，设两测头之间的间隔为H，被测件厚度为h，两气动测

（b） 头测得其与被测件之间距离分别为x1和x2，则被测钢板的厚度为为：

h?H?(x1?x2)

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