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第二章 测试装置的基本特性
2-1 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？ 解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即 S=90.9(nC/MPa)?0.005(V/nC)?20(mm/V)=9.09mm/MPa。 偏移量：y=S?3.5=9.09?3.5=31.815mm。 2-2 用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s、2s和5s的正弦信号，问稳态响应幅值误差将是多少？
解：设一阶系统H(s)?11，H(?)?
1?j???s?1
A(?)?H(?)?11?(??)2?1，T是输入的正弦信号的周期
2??21?()T稳态响应相对幅值误差??A????1?100%，将已知周期代入得
?58.6%T?1s????32.7%T?2s
?8.5%T?5s? 2-3 求周期信号x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t?45?)通过传递函数为H(s)=1/(0.005s+1)的装置后得到的稳态响应。
解：H(?)?11，A(?)?，?(?)??arctan(0.005?)
21?j0.005?1?(0.005?) 该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y(t)，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得
到
y(t)=y01cos(10t+?1)+y02cos(100t?45?+?2)
其中y01?A(10)x01?11?(0.005?10)12?0.5?0.499，?1??(10)??arctan(0.005?10)??2.86?
y02?A(100)x02?1?(0.005?100)2?0.2?0.179，?2??(100)??arctan(0.005?100)??26.57?
所以稳态响应为y(t)?0.499cos(10t?2.86?)?0.179cos(100t?71.57?)
2-4 气象气球携带一种时间常数为15s的一阶温度计，以5m/s的上升速度通过大气层。设温度按每升高30m下降0.15℃的规律而变化，气球将温度和高度的数据用无线电送回地面。在3000m处所记录的温度为?l℃。试问实际出现?l℃的真实高度是多少？
解：该温度计为一阶系统，其传递函数设为H(s)?1。温度随高度线性变化，对温度计来说相
15s?1当于输入了一个斜坡信号，而这样的一阶系统对斜坡信号的稳态响应滞后时间为时间常数?=15s，如果不计无线电波传送时间，则温度计的输出实际上是15s以前的温度，所以实际出现?l℃的真实高度是
Word 资料
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Hz=H-V?=3000-5?15=2925m 2-5 想用一个一阶系统做100Hz正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？ 解：设该一阶系统的频响函数为
H(?)?1，?是时间常数
1?j??则
A(?)?11?(??)2 ?1稳态响应相对幅值误差??A(?)?1?100%??1??1?(2??f)2?令?≤5%，f=100Hz，解得?≤523?s。 如果f=50Hz，则
???100% ???1相对幅值误差：???1??1?(2??f)2???1??100%??1???1?(2??523?10?6?50)2???6???100%?1.3% ??相角差：?(?)??arctan(2??f)??arctan(2??523?10?50)??9.33?
2-6 试说明二阶装置阻尼比?多采用0.6~