稳恒磁场计算题
144.稳恒磁学计算题
144、如下图所示，AB 、CD 为长直导线BC 为圆心在O 点的一段圆弧形导线，其半径为R ．若通以电
流I ，求O 点的磁感应强度．
解：如图所示，O 点磁场由DC 、CB 、BA 三部分电流产生，其中：
DC 产生 )21(4)2sin 4(sin
45cos 400
01-=-=
R
I R I
B πμπ
π
πμ 方向向里 CB 产生 R
I
R I B 16224002
μμππ
== 方向向里 BA 产生 03=B
R
I
R I B B B B O 16)12(400321μπμ+-=++= 方向向里
145、如图所示，一载流导线中间部分被弯成半圆弧状，其圆心点为O ，圆弧半径为R 。若导线的流过电流I ，求圆心O 处的磁感应强度。
解：两段直电流部分在O 点产生的磁场 01=B
弧线电流在O 点产生的磁场 R
I
B 2202μπα=
R
I R I B B B O πα
μπαμ42220
021==
+=∴
146、载流体如图所示，求两半圆的圆心点P 处的磁感应强度。
解：水平直电流产生 01=B
大半圆 产生 1
024R I
B μ=
方向向里
小半圆 产生 2
034R I
B μ=
方向向里
竖直直电流产生 2
044R I B πμ=
方向向外
4321B B B B B O +++=∴
)1
11(44442
210202
01
0R R R I R I R I
R I
B O πμπμμμ-+=-
+
=
方向向里
147、在真空中，有两根互相平行的无限长直导线相距0.1m ，通有方向相反的电流，I 1=20A,I 2=10A ，如图所示．试求空间磁感应强度分布，指明方向和磁感应强度为零的点的位置．
、解：取垂直纸面向里为正，如图设X 轴。
)
1.0(102102)(2272010x x x
x d I x I B --?=-+=
-πμπμ 在电流1I 左侧，B
方向垂直纸面向外
在电流1I 、2I 之间，B
方向垂直纸面向里
在电流2I 右侧，当m x 2.0<时，B
方向垂直纸面向外 当m x 2.0>时，B
方向垂直纸面向里
当0=B 时，即0)
1.0(10210
27
=--?-x x x
则 m x 2.0=处的B
为0。
148、图中所示是一根很长的长直圆管形导体的横截面，内、外半径分别为a 、b ，导体内载有沿轴线方向的电流I ，电流均匀地分布在管的横截面上．设导体的磁导率μ0，试计算导体空间各点的磁感应强度。
解：取以截面轴线点为心，r 为半径的圆形回路
根据安培环路定理：∑?=?i L
I l d B 0μ
（1）当a r <时 02=r B π 0=B
（2）当b r
a <<时 )(22220
2
a r a
b I
r B ππππμπ--=
)
()
(22
2220a b a r r I B --=πμ （3）当b r
>时 I r B o μπ=2 r
I B πμ20=
149、 如图所示，一根无限长直导线，通有电流I ，中部一段弯成圆弧形，求图中O 点磁感应强度的大小。
解：
两段直线电流在O 点产生的磁场
=
=21B B )sin 1(cos 4)sin 2
(sin
cos 400αα
πμαπ
α
πμ-=
-R I
R I
方向垂直纸面向里
弧线电流在O 点 απμμπαR
I
R I B 2222003== 方向垂直纸面向里
)tan cos 1
(22)sin 1(cos 2000321ααα
πμαπμαα
πμ+-=
+
-=++=∴R I R
I
R I
B B B B O 方向垂直纸面向里
150、一根同轴电缆由半径为R 1的长圆柱形导线和套在它外面的内半径为R 2、外半径为R 3的同轴导体圆筒组成，如图所示，传导电流I 沿导线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布的，求同轴电缆内外各处的磁感应强度的大小。
解： 根据：∑?=?i L
I l d B 0μ
（1）当1R r <时 2
2
1
2r R I r B ππμπ= r R I B 2102πμ= （2）当21R r R <<时 I r B 02μπ= r
I B πμ20=
（3）当
3
2
R
r
R<
<时[])
(
22
2
2
2
2
3
02
R
r
R
R
I
I
r
Bπ
π
π
π
μ
π-
-
-
=
)
(
)
(
22
2
2
3
2
2
3
R
R
r
R
r
I
B
-
-
=
π
μ
（4）当
3
R
r>时0
2=
r
Bπ0
=
B
151、有电流I的无限长导线折成如图的形状，已知圆弧部分的半径为R，试求导线在圆心O处的磁感应强度矢量B的大小和方向?
解：竖直直电流在O点
R
I
B
π
μ
4
1
=方向垂直纸面向里
水平直电流在O点
R
I
B
π
μ
4
2
=方向垂直纸面向外
弧线形电流在O点
R
I
R
I
B
8
3
2
4
3
3
μ
μ
=
=方向垂直纸面向外
3
2
1
B
B
B
B
O
+
+
=
∴
R
I
B
B
B
B
O8
3
3
2
1
μ
=
+
+
-
=方向垂直纸面向外
152、长直载流导线通以电流I，其旁置一长为m、宽为n的导体矩形线圈。矩形线圈与载流导线共面，且其长边与载流导线平行(两者相距为a)，（1）求该线圈所包围面积内的磁通量；（2）若线圈中也通以电流I，求此载流线圈所受的合力。
解：（1）取面元mdr
ds=
a
n a mI
mdr r I Bmdr s d B n a a
m +===?=?
??+ln 2200πμπμφ
（2）根据 ??=B l Id F
左边 a
m
I m a I I IBdl F πμπμ222001===? 方向向左 右边 )
(2Im 202n a m
I B F +==πμ 方向向右
上边 a
n a I dr r I I F n
a a
+==
?
+ln 222003πμπμ 方向向上 下边 a
n a I F +=ln 2204πμ 方向向下 4321F F F F F
+++=合
)
(2)1
1(2202021n a a mn I n a a m I F F F +=
+-=-=πμπμ合 方向向左
153、无限长载流导线I 1与直线电流I 2共面，几何位置如图所示.试求载流导线I 2受到电流I 1磁场的作用力.
解：取 l d I 2 B l d I F d
?=2
dl I r
I dF 21
02πμ=
a
b
a
I
I
dr
r
I
I
F b a
a
+
=
=?+
ln
60
cos
2
2
1
2
1
π
μ
π
μ
方向垂直
2
I向上
154、无限长载流导线I1与直线电流I2共面且垂直，几何位置如图所示.计算载流导线I2受到电流I1磁场的作用力和关于O点的力矩;试分析I2施加到I1上的作用力.
解：在l上取dr，它与长直导线距离为r，
1
I在此产生的磁场方向垂直纸面向里，大小为
r
I
B
π
μ
2
1
=
dr
I
2
受力B
r d
I
F
d
?
=
2
dr
r
I
I
dF
π
μ
2
2
1
=方向向上
ab导线受力
d
l
d
I
I
dr
r
I
I
dF
F l d
d
+
=
=
=?
?+ln
2
2
2
1
2
1
π
μ
π
μ
方向向上
F
d
对O点力矩F
d
r
M
d
?
=
其大小dr
I
I
rdF
dM
π
μ
2
2
1
=
=方向垂直纸面向外
l
I
I
dr
I
I
dM
M l d
dπ
μ
π
μ
2
2
2
1
2
1
0=
=
=
∴?
?+方向向外
从对称角度分析，直电流
2
I在无限长载流导线
1
I上产生的磁场以O点对称，即O点上下对称点的B
大小相等，方向相
反，所以
2
I在
1
I对称点上所施加的安培力也应大小相等，方向相反，具有对称性，则
2
I施加在
1
I上的合外力为零。
155、长直载流导线I 1附近有一等腰直角三角形线框，通以电流I 2，二者共面．求△ABC 的各边所受的磁力．
解：B l d I F B
A
AB ?=?2
d
a
I I dl d I I F B
A
AB πμπμ22210102
==? 方向垂直AB 向左 B l d I F C
A
AC ?=?2
d
a
d I I dr r I I F a
d d
AC +==?
+ln 22210102
πμπμ 方向垂直AC 向下 同理 r
I dl
I F BC πμ21
02?=
45
cos dr
dl =
d a
d I I dr r I I F a
d d
BC +==∴?
+ln
245cos 22102210π
μπμ 方向垂直BC 向上
156、边长为l =0.1m 的正三角形线圈放在磁感应强度B =1T 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向平行.如图所示，使线圈通以电流I =10A ，求：线圈每边所受的安培力；对OO 轴的磁力矩大小；(3)从所在位置转到线圈平面与磁场垂直时磁力所作的功．
解：（1）B l I F ab ?= N IlB F ab 866.0120sin 0
== 方向垂直纸面向外
0=?=B l I F bc
B l I F ca
?= N IlB F ca 866.0120sin 0== 方向垂直纸面向里
（2）n m e IS P
= B P M M ?=
m N ISB B P M M ??===-201033.490sin 方向沿'O O 方向
（3）磁力功 )(12φφ-=I A
01=φ B l BS 2
24
3=
=φ J B l I
A 22
1033.44
3-?==∴
157、一平面塑料圆盘，半径为R ，表面带有面密度为σ剩余电荷．假定圆盘绕其轴线A A '以角速度ω (rad ·s -1
)转
动，磁场B 的方向垂直于转轴A A '．试证磁场作用于圆盘的力矩的大小为4
4B
R M πσω=
．(提示：将圆盘分成许多
同心圆环来考虑．)
解 :“取圆环rdr ds π2=，其中rdr rdr T
dq dI
σωω
ππσ===
22
磁矩 dr r dI r dP M 3
2
πσωπ==
B P d M d M
?= 方向垂直纸面向里
大小为rB r B P M m d d d 3πωσ=?=
4
d d 403
B R r r B M M R
πσωπωσ=
==??
158、在磁感应强度为B 的均匀磁场中，垂直于磁场方向的平面内有一段载流弯曲导线，电流为I ，如图所示．建立适当的坐标系，求其所受的安培力．
解：在曲线上取l d ，则??=b
a
ab B l Id F
l d 与B 夹角都是2π
不变，B 是均匀的
B b Ia B l d I B l Id F b a
b a
ab
?=?=?=∴??)(
其大小BIab F ab = 方向垂直ab 向上
159、如图所示，在长直导线内通以电流I 1=20A ，在矩形线圈中通有电流I 2=10 A ， 两者共面，且矩形线圈之纵边与长直导线平行．已知a=9.0cm, b=20.0cm, d=1.0 cm ，求：(1)长直导线的磁场对矩形线圈每边所作用的力；(2)矩形线
圈所受合力和合力矩．
解：(1)CD F
方向垂直CD 向左，大小
41
02100.82-?==d
I b
I F CD πμ N 同理FE F
方向垂直FE 向右，大小
51
02100.8)
(2-?=+=a d I b
I F FE πμ N
CF F
方向垂直CF 向上，大小为
?
+-?=+πμ=πμ=a
d d
CF d
a
d I I r r I I F 5210210102.9ln 2d 2 N ED F
方向垂直ED 向下，大小为
5
10
2.9-
?
=
=
CF
ED
F
F N
(2)合力
ED
CF
FE
CD
F
F
F
F
F
+
+
+
=方向向左，大小为
4
10
2.7-
?
=
F N
合力矩B
P
M
m
?
=
∵线圈与导线共面
∴B
P
m
//
=
M
．
电磁感应计算题
160、两相互平行无限长的直导线,流有大小和方向如图所示的电流，金属杆CD与两导线保持共面，相对位置如图。杆以速度v沿着平行于直载流导线的方向运动，求:杆中的感应电动势，并判断两端哪端电势较高？
解：
c
b
b
I
c
a
a
I
dr
r
c
b
a
I
r
I
l d
B c a
a
D
C
CD+
-
+
=
?
?
?
?
?
?
-
+
+
+
-
=
?
?
=?
?+ln
ln
2
3
)
(
2
2
2
3
)
(0
π
μ
π
μ
π
υ
μ
π
υ
μ
ν
ε
161、如图所示，AB、CD为两均匀金属棒，有效长度均为1m，放在B=4T、方向垂直纸面向里的均匀磁场中．AB、CD可以在平行导轨上自由滑动．当两棒在导轨上分别以v1=4m/s,v2=2m/s 的速度向右作匀速运动时，求：ABCD导体框中，电动势的大小及感应电流的方向．
解：)
(
16
1
V
BL
CD
=
=ν
ε
)
(8
2
V
BL
BA
=
=ν
ε
)(8816V CD AB ABCD =-=+=εεε 方向顺时针
162、如图所示，长直导线中通有电流I = 0.3A ，在与其相距d = 0.6cm 处放有一矩形线圈，共1000匝，设线圈长l = 3cm ，宽a = 3cm 。不计线圈自感，若线圈以速度v = 5m/s 沿垂直于长导线的方向向右运动，线圈中的感生电动势多大？
解：(
)
d
I l N Bl N l d B πμνννε201==??=?
(
)
)
(202d a I
l
N l d B +=??=?πμννε
)(1025.1)
(25021V d a d a
I l
N -?=+=-=πμνεεε 方向顺时针
163、真空中的两条无限长直导线平行放置，一载流导体环（半径为R ）与两导线共面放置，如图所示。（1）
求O 点之磁感应强度（2）若圆环以匀速率v 铅直向上运动，求其上的动生电动势。
解：（1）R
I
R I B πμπμ332200=??
= 方向垂直纸面向外
（2）根据法拉第电磁感应定律，因为磁通量不变，所以
0=ε
164、电流为I 的无限长直导线旁有一弧形导线，圆心角为120，几何尺寸及位置如图所示。求当圆弧形导线以速度v 平行于长直导线方向运动时，弧形导线中的动生电动势。
解：构造闭合回路AOBA ，依据电磁感应定律，闭合回路动生电动势为0，因而 圆弧导线电动势与AOB 直导线的电动势相等。
由于磁场分布规律r I r B πμ2)(10=
，则dr r
I
v d πμε20=，得到 2ln 22020πμπμεIv
dr r I v
R
R AO ==? 4
5
ln 2205.220πμπμεIv dr r I v
R
R
OB ==?
5.2ln 20π
μεεεIv
OB AO AB =
+= 方向顺时针
165、导线AB 长为l ，绕过O 点的垂直轴以匀角速ω转动，AO=l /3,磁感应强度B 平行于转轴，如图所示．试求：（1） 两端的电势差；（2） 哪一端电势高?
解: (1)在Ob 上取dr r r +→一小段 则 ?
=
=
320
2
92d l
Ob l B r rB ωωε 同理 ?
=
=
30
218
1
d l Oa l B r rB ωωε ∴ 226
1
)92181(l B l B Ob aO ab ωωεεε=+-
=+= (2)∵ 0>ab ε 即0<-b a U U
∴
b 点电势高．
166、长直导线中通以随时间变化的电流,置于磁导率为μ的磁介质中。已知：I = I 0sin ωt 其中I 0，ω均为大于0的常量。求：与其共面的N 匝矩形回路中的感应电动势.
解：磁场分布 x
πI μB 20=，矩形回路磁通量d
a
d l I ldx x I a d d
+=?=
Φ
?
+ln 2200πμπμ 感应电动势 t ωd
a d πl ωμdt Φ
d N
εcos ln 20+-=-=
167、真空中的正方形导体框与长直载流导线共面放置，AB 边与载流导线平行，已知b/a=3/4，求（1）两者的互感应系
数； (2)若I = I 0sin ωt ，ABCD 上的感生电动势是多少？（3）若ABCD 的电阻为R ，则感生电流是多少？（4）b 为多少时，两者无互感？
解：（1）3ln 220434
0πμπμφ
Ia
dr r Ia a
a ==?
所以 3ln 20π
μa M =
（2）3ln 2cos 00π
ωωμφ
εt aI dt d -=-
= （3）t R
aI R I ωπωμε
cos 23
ln 00-
==
（4）2
a
b=时
两者无互感
168、磁感应强度为B的均匀磁场充满一半径为R的圆柱形空间，一金属杆放在图中位置，杆长为2R，其中一半位于磁场内、另一半在磁场外．当d B/dt＞0时，求：杆两端的感应电动势的大小和方向．
解：∵
bc
ab
ac
ε
ε
ε+
=
t
B
R
B
R
t
t
ab d
d
4
3
]
4
3
[
d
d
d
d
2
1=
-
-
=
-
=
Φ
ε
=
Φ
-
=
t
bc d
d
2
ε
t
B
R
B
R
t d
d
12
π
]
12
π
[
d
d2
2
=
-
-
∴
t
B
R
R
ac d
d
]
12
π
4
3
[
2
2
+
=
ε
∵0
d
d
>
t
B
∴0
>
ac
ε即ε从c
a→
169、圆形均匀磁场区域R的内接正方形导电回路边长L L=0.20M，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度以s 的变化率减少，如图所示，试求:(1) 整个回路内的感生电动势。(2)回路电阻为2Ω时回路中的感应电流。
解：(1)
V
s d
t
B
s
004
.0
)2.0(*1.0
-2-
=
-
=
?
?
?
=??
ε
所以感生电动势大小为, 方向顺时针
（2）
A R
I002
.0
2
004
.0
=
=
=
ε
第5章电感式传感器 一、单项选择题 1、电感式传感器的常用测量电路不包括（）。 A. 交流电桥 B. 变压器式交流电桥 C. 脉冲宽度调制电路 D. 谐振式测量电路 2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是（）。 A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反 B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化 C. 根据输出的指示可以判断位移的方向 D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态 3、下列说法正确的是（）。 A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。 B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。 C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。 D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。 4、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是（）。 A. 既能反映衔铁位移的大小，也能反映位移的方向 B. 既能反映衔铁位移的大小，也能消除零点残余电压 C. 既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向 D. 既不能反映位移的方向，也不能消除零点残余电压 5、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（）。 A．直流电桥B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 6、通常用差动变压器传感器测量（）。 A．位移B．振动C．加速度D．厚度 7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( )。 A．直流电桥B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 二、多项选择题 1、自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（）。 A. 提高很多倍 B. 提高一倍 C. 降低一倍 D. 降低许多倍 2、电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。
压电式传感器 一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。 二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？ 答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？ 答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
A C D B E 0.90.90.9 0.9 0.9 1、 可靠度和失效率如何计算？失效率与可靠度有何关系？ 2、 在可靠性的的定义中“规定时间”，“规定功能”分别指的是什么？ 3、 可靠度、失效概率、失效率、平均寿命、可靠寿命、它们的定义是什么？ 4、 机械系统的逻辑图与结构图有什么区别，零件之间的逻辑关系有哪几种？ 5、 试写出串联系统、并联系统的可靠度计算式。 6、 什么是割集？什么是最小割集？ 7、 什么是故障树分析？故障树符号常用的分为哪几类？ 8、 在建立故障树时应注意哪几个方面的问题？ 9、 在可靠性工程中应力的含义是什么？强度的含义是什么？ 10、从广泛的意义上讲可靠性试验的含义是什么？它主要包括那些个方面？ 11、加速寿命试验根据应力施加的方式可分？ 1、一个系统由五个单元组成,其可靠性逻辑框图如图所示.求该系统可靠度和画出故障树。并求出故障树的最小割集与最小路集。 解：最小割集A,B C,D,E A,E B,C,D R=1-(1-0.9x0.9)(1-0.9[1-0.1x0.1])=0.8929 2、抽五个产品进行定时截尾的可靠性寿命试验,截尾时间定为100小时,已知在试验期间产品试验结果如下：t 150=小时,和t 270=小时产品失效,t 330=小时有一产品停止试验，计算该产品的点平均寿命值？ 解:总试验时间 350100)35(307050=?-+++=n T 小时 点平均寿命 MTTF=1752 350=小时 3、一个机械电子系统包括一部雷达,一台计算机,一个辅助设备,其MTBF 分别为83小时,167小时和500小时,求系统的MTBF 及5小时的可靠性？ 解: 5002.01002.0006.0012.01500 1167183111 ==++=++==λMTBF 小时 02.0=λ, %47.90)5(1.0502.0===-?-e e R
《传感器与传感器技术》计算题 解题指导（供参考） 第1章 传感器的一般特性 1-5 某传感器给定精度为2%F·S ，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50~10=40(mV) 可能出现的最大误差为： ?m ＝40?2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408.01=??=γ %16%10081 408 .02=??=γ 1-6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中，y 为输出电压，V ；T 为输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K =1.5?10-5/3=0.5?10-5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K =9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1-7 设用一个时间常数=0.1s 的一阶传感器检测系统测量输入为x (t )=sin4t +0.2sin40t 的信号，试求其输出y (t )的表达式。设静态灵敏度K =1。 解 根据叠加性，输出y (t )为x 1(t )=sin4t 和x 2(t )= 0.2sin40t 单独作用时响应y 1(t )和y 2(t )的叠加，即y (t )= y 1(t )+ y 2(t )。 由频率响应特性：
第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定 2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。 A. 牙根强度高，自锁性能好 B. 传动效率高 C. 防振性能好 D. 自锁性能差 3 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。 A. 螺距和牙型角 B. 升角和头数 C. 导程和牙形斜角 D. 螺距和升角 4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹 5 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。 A. 三角形细牙螺纹 B. 梯形螺纹 C. 锯齿形螺纹 D. 多线的三角形粗牙螺纹 6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓。
A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用 7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. B. C. D. 8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。 A. 螺栓的横截面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压 C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用 9 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力 11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本
计算题 1 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K=1.5′10-5/3=0.5′10-5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 2 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即 x y dt dy dt y d 10 1032 2100.111025.2100.3?=?+?+ 式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。试求其固 有振荡频率ωn 和阻尼比ζ。 解: 由题给微分方程可得 ()()s rad n /105.11/1025.25 10 ?=?= ω 01 .01 1025.22100.310 3 =????= ξ 3 已知某二阶传感器系统的固有频率f 0=10kHz ，阻尼比ζ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 解：由f 0=10kHz ，根据二阶传感器误差公式，有 ()[]() % n n 31411 2 2 2 2≤-ωωξ+ωω-= γ ()[]() 069 1031411 22 2 2 2..n n =≤ωωξ+ωω- 将ζ=0.1代入，整理得
一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（1.5 ） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联）起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分）1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和
第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性？ 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点？ 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(- λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 01.01 1001 )50(=?= - λ 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 015.02 1003 )51(=?= - λ 2、已知某产品的失效率1 4 103.0)(--- ?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=99.9%的相应可靠寿命t 0.999、中位寿命t 0.5和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)( ln 则可靠度寿命 =?- =-=-h R t t 4 999.0999.010 3.0999 .0ln ) (ln λ 33h 中位寿命 =?- =- =-h R t t 4 5.0999.0103.05 .0ln ) (ln λ23105h 特征寿命 =?- =- =--h R e t 4 1 999.010 3.03679 .0ln ) (ln λ 33331h
《传感器与检测技术》试题1 班级_______ 学号成绩 一、填空：（20分） 1. 测量系统的静态特性指标主要有 。（2分） 2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是 。（2分） 3. 光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下 效应,这类元件有；第二类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下效应，这类元件有。 4.热电偶所产生的热电动势是电动势和电动势组成的，其表达式为E ab（T，T0）= 。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在和之间，接入，它的作用。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起，这种现象称为。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会
产生，这种现象称为。（2分） 6. 变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为X max, 其总电阻为R max，它的滑臂间的阻值可以用R x = （①X max/x R max,②x/X max R max,③X max/XR max ④X/X max R max）来计算，其中阻灵敏度R r=（①2p(b+h)/A t, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。（4分）二、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电动势为－1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少摄氏度？（20分）
第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、 传感器有 ____________ 、 、 __________ 组成 2、 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、 下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。 、 选择题: 1、 标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差 为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、 下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、 有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、 选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量 值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、 电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、 因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、 有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。 三、判断题 1、 回差在数值上等于不灵敏度 （ ） 2、 灵敏度越大，仪表越灵敏 （ 3、 同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 （ ） 4、 灵敏度其实就是放大倍数 （ ） 5、 测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 （ ） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高
机械可靠性习题Newly compiled on November 23, 2020
第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(-λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 2、已知某产品的失效率14103.0)(---?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=%的相应可靠寿命、中位寿命和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)(ln
则可靠度寿命 =?-=-=-h R t t 4999.0999.0103.0999.0ln )(ln λ 33h 中位寿命 =?-=- =-h R t t 45.0999.0103.05.0ln )(ln λ23105h 特征寿命 =?-=-=--h R e t 41999.010 3.03679.0ln )(ln λ33331h 第三章 常用的概率分布及其应用 1、次品率为1%的的大批产品每箱90件，今抽检一箱并进行全数检验，求查出次品数不超过5的概率。（分别用二项分布和泊松分布求解） 解：1）二项分布：3590559055901087.199.001.0! 85!5!90)5(---?=???===q p C x P 2）泊松分布：取9.001.090=?==np μ 2、某系统的平均无故障工作时间t=1000h ，在该系统1500h 的工作期内需要备件更换。现有3个备件供使用，问系统能达到的可靠度是多少 解：应用泊松分布求解5.115001000 1=?==t λμ 3、设有一批名义直径为d=的钢管，按规定其直径不超过26mm 时为合格品。如果钢管直径服从正态分布，其均值ｕ=，标准差S=，试计算这批钢管的废品率值。 解：所求的解是正态概率密度函数曲线x=26以左的区面积，即： 变为标准型为1.13.04 .2526=-=-=σ μx z 由正态分布表查的1.1<<∞-z 的标准正态分布密度曲线下区域面积是 864.0)1.1(=Φ，所以： 136.0864.01)26(=-= 《传感器技术与应用第3版》习题参考答案 习题1 1.什么叫传感器它由哪几部分 组成 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 2. 传感器在自动测控系统中起什么作用 答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。 3. 传感器分类有哪几种各有什么优、缺点 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。 按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。 按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。 4. 什么是传感器的静态特性它由哪些技术指标描述 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。 5. 为什么传感器要有良好的动态特性什么是阶跃响应法和频率响应法 答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。 测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。 频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。 传感器原理及其应用习题 第1章传感器的一般特性 一、选择、填空题 1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。 2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。 3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。 6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。 7、非线性电位器包括和两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ） A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（） A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。 二、计算分析题 1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。 作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义 第2章电阻应变式传感器 一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍 “机械制造装备设计”部分习题解答 第一章： 1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 答：机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加工的性能。柔性化包括产品结构柔性化和功能柔性化。 按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工中心、FMS、组合机床（专用机床）。 普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床和加工中心改变加工程序即可适应新的需要，结构柔性化；FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，为结构柔性化；组合机床（专用机床）生产率高，专门设计，适应性差，基本上无柔性。 1-9 机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什么？ 答：机械制造装备设计类型有创新设计、变型设计和模块化设计三种类型。 它们的本质区别：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。 目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。 1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法较为重要，为什么？ 答：设计的评价方法有：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、产品造型评价、标准化评价六种。 对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要程度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造型评价。其原因是机械制造装备投资较大，使用周期较长。为了保证产品质量、降低成本、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可缺少的。 可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性；结构工艺性评价是对产品结构便于加工制造的性能进行评价，以降低生产成本，缩短生产时间；技术经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方面对产品进行评价；而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。 1-17可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指标？它们之间有哪些数值上的联系？ 答：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定任务的能力。 衡量指标有：可靠度R(t)、累计失效概率F(t)、失效率、平均寿命和平均无故障工作时间、可靠寿命、维修度、修复率、平均修复时间等（P37-38）。 它们之间的主要联系：F(t)=1-R(t)。 1-18 从系统设计的角度，如何提高产品的可靠性？ 答：从系统设计角度，提高产品可靠性要提高其组成各单元的可靠性水平，因此要进行系统和单元可靠性的预测。（P39） 此外要将系统可靠性指标合理分配到各组成单元中，明确各组成单元的可靠性设计要求。（P42） 第二章： 2-4 机床系列型谱含意是什么？ 答：先选择用量大的机床为“基型系列”，然后在此基础上派生出若干“变型系列”，基型和变型 53350-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答 第一章 传感器与检测技术概论 作业与思考题 1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。 依题意： 已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V 求：S ； 解：根据式（1-3） 有：1 5 .45.55 .35.21212-=--=--= ? ?=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。 2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V 求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪 笔尖位移4cm时。所对应的温度变化值。 依题意： 已知S1=0.35Ω/℃；S2=0.01V/Ω；S3=100；S4=0.1cm/V；ΔT=4cm 求：S；ΔT 解：检测系统的方框图如下： ΔU 1 ΔU 2 ΔL （3分） （1）S=S 1 ×S 2 ×S 3 ×S 4 =0.35×0.01×100 ×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为： T L S ? ? = 所以：29. 114 035 .0 4 = = ? = ? S L T（℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃； 记录笔尖位移4cm时，对应温度变化114.29℃。 3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃， 引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测 量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%， 习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种 状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通 常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L 传感器计算题目总结 第二章 1 一光电管与5k Q 电阻串联，若光电管的灵敏度为 30卩A/lm ，试计算当输出电压为 2V 时的入射光通量。 解：外光电效应所产生的电压为 U 。= IR L = K R L R L 负载电阻，I 光电流，「入射光通量。K 光电管的灵敏度，单位 A/lm 。 U 2 入射光通量为唇=出 2 13.13lm KR L 30x10“ X5000 2光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示，图中 I 为反相器，R 为20kQ ，求光照度为多少 lx 1 时U 0为高电平。【U i ：：: — V DD 】 2 1 解：当反相器的输入U i 满足翻转条件U i V DD 时，反相器翻转，U 。为高电平。现图中标明U DD =5V , 2 所以U i 必须小于2.5V , U o 才能翻转为高电平。 由于光敏二极管的伏安特性十分平坦， 所以可以近似地用 欧姆定律来计算I ■与 U o 的关系。 从图中可以看出光敏二极管的光照特性是线性的，所以根据比例运算得到 所以E 0 ^3000 0.125 =1250lx 即光照度E 必须大于E 。=1250lx 时U o 才为高电平。 0.3 第四章 1 一热敏电阻在 0C 和100C 时，电阻值分别为 200k Q 和10k Q 。试计算该热敏电阻在 20C 时的电阻值。 2将一支灵敏度为0.08mv/0 C 的热电偶与电压表相连， 电压表接线端处温度为 500 C ,电压表读数为60 mv , 求热电偶热端温度？ 3用一 K 型热电偶测量温度，已知冷端温度为 40C ，用高精度毫伏表测得此时的热电动势为 29.186mV , 求被测的热端温度大小？ 解 ： 29.186+1.612=30.798mV 热端温度为 740C 第五章 1图为一直流应变电桥， E = 4V , R 仁R2=R3=R4=350Q , 求： ① R1为应变片其余为外接电阻， R1增量为△ R1=3.5Q 时输出U °=。 ② R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出 U 0=。 ③ R1、R2感受应变极性相反，输出U 0=。 ④ R1、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出 U °=。 2如图所示为等强度梁测力系统， R 1为电阻应变片，应变片灵敏度系数 k = 2.05，未受应变时RI = 120 K = 0.125mA 时的光照度E 0 机械可靠性习题文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 第一章 机械可靠性设计概论 1、为什么要重视和研究可靠性 可靠性设计是引入概率论与数理统计的理论而对常规设计方法进行发展和深化而形成的一种新的现代设计方法。1）工程系统日益庞大和复杂，是系统的可靠性和安全性问题表现日益突出，导致风险增加。2）应用环境更加复杂和恶劣3）系统要求的持续无故障任务时间加长。4）系统的专门特性与使用者的生命安全直接相关。5）市场竞争的影响。 2、简述可靠性的定义和要点 可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。主要分为两点：1）可靠度，指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。1）失效率，定义为工作到时可t 时尚未失效的产品，在时刻t 以后的单位时间内发生失效的概率。 第二章 可靠性的数学基础 1、某零件工作到50h 时，还有100个仍在工作，工作到51h 时，失效了1个，在第52h 内失效了3个，试求这批零件工作满50h 和51h 时的失效率)50(-λ、)51(-λ 解：1）1,100)(, 1)(=?==?t t t n n s f 2）2,100)(, 3)(=?==?t t t n n s f 2、已知某产品的失效率14103.0)(---?==h t λλ。可靠度函数t e t R λ-=)(，试求可靠度 R=%的相应可靠寿命、中位寿命和特征寿命1-e t 解：可靠度函数 t e t R λ-=)( 故有 R t R e R t λ-=)( 两边取对数 t t R R R λ-=)(ln 则可靠度寿命 =?-=-=-h R t t 4999.0999.0103.0999.0ln )(ln λ 33h 中位寿命 =?-=- =-h R t t 45.0999.0103.05.0ln )(ln λ23105h 特征寿命 =?-=-=--h R e t 41999.010 3.03679.0ln )(ln λ33331h 第三章 常用的概率分布及其应用 1、次品率为1%的的大批产品每箱90件，今抽检一箱并进行全数检验，求查出次品数不超过5的概率。（分别用二项分布和泊松分布求解） 解：1）二项分布：3590559055901087.199.001.0! 85!5!90)5(---?=???===q p C x P 2）泊松分布：取9.001.090=?==np μ 2、某系统的平均无故障工作时间t=1000h ，在该系统1500h 的工作期内需要备件更换。现有3个备件供使用，问系统能达到的可靠度是多少 解：应用泊松分布求解5.115001000 1=?==t λμ 3、设有一批名义直径为d=的钢管，按规定其直径不超过26mm 时为合格品。如果钢管直径服从正态分布，其均值ｕ=，标准差S=，试计算这批钢管的废品率值。 解：所求的解是正态概率密度函数曲线x=26以左的区面积，即： 变为标准型为1.13.04 .2526=-=-=σ μx z 由正态分布表查的1.1<<∞-z 的标准正态分布密度曲线下区域面积是 864.0)1.1(=Φ，所以： 136.0864.01)26(=-=传感器技术与应用第3版习题答案
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