测控仪器设计专题

总复习提纲

第一章测控仪器设计概论

从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。（计-计-控-控）计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，即8大物理量，它分为

(1)几何量计量仪器包括各种尺寸检测仪器，如长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等．

(2)热工量计量仪器包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。

(3)机械量计量仪器如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、振动测量仪等。

(4)时间频率计量仪器如各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等。

(5)电磁计量仪器用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交直流电流表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。

(6)无线电参数测量仪器如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。

(7)光学与声学参数测量仪器如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。

(8)电离辐射计量仪器如各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。

测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

4．测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么?（8大组成部分）

5．写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：分度值与分辨力；示值范围与测量范围；灵敏度与鉴别力(灵敏阀)；仪器的准确度、示值误差、重复性误差；视差、估读误差、读数误差。通用计量术语及定义．

(1)测量仪器(measuring instrument)测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。

测量仪器和测量器具是有区别的，测量仪器是将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有转换和指示功能。测量器具是以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。

(12)灵敏度(sensitivity)测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。若输入激励量为AX，相应输出是△Y，则灵敏度表示为S=△Y／△X

仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的斜率即为灵敏度。

灵敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感传感器的输入量是位移，而输出量是电压，其灵敏度的量纲为V／mm；而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。

灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。

(13)鉴别力(阈)(discrimination)使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。它表示仪器感受微小量的敏感程度。仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。

(14)分辨力(resolution)显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，分辨力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。对模拟式仪器，分辨力就是分度值。

分辨力是与仪器的精度密切相关的。要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨

力必须与仪器精度相适应。不考虑仪器精度而一味地追求高分辨力是不可取的。

第二章仪器精度理论

对某物理量进行测量，所测得的数值xi与其真值x0之间的差称为测量误差。即

(2-1)

该误差的大小反映了测得值对于真值的偏离程度，它具有以下特点：

1)任何测量手段无论精度多高，总是有误差存在。即误差是客观存在的，永远不会等于零。

2)多次重复测量某物理量时，各次的测得值并不完全相等，这是误差不确定性的反映，只有测量仪器的分辨力太低时，才会出现相等的情况。

3)误差是未知的，因为通常被测量的真值是未知的。

为了能正确地表达仪器精度，人们在长期实践中，确定了以下基本概念：

(1)理论真值它是设计时给定的或是用数学、物理公式计算出的给定值。

(2)约定真值对于给定目的具有适当不确定度并赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。例如常数

委员会(CODATA)推荐的阿伏加德罗常数值为

(3)相对真值若标准仪器的误差比一般仪器的误差小一个数量级，则标准仪器的测得值可视为真值，称作相对真值，有时也作为约定真值来使用。 (三个真值)

1．绝对误差，被测量测得值x与其真值x0(或相对真值)之差称为绝对误差。

2．相对误差绝对误差与被测量真值的比值称为相对误差。相对误差无量纲，可以表示为

相对误差有两种表示方法：

(1)引用误差它指绝对误差的最大值与仪器示值范围的比值。

(2)额定相对误差它指示值绝对误差与示值的比值。

二、精度

精度是误差的反义词，精度的高低是用误差来衡量的。误差大则精度低，误差小则精度高。

图2．1 仪器精度

仪器的精度是一种定性的概念，表征仪器的精度水平应由一些精度指标来体现，

图5-26正弦机构图5-27 正切机构

图5-28 正弦机构设计简图图5-29正切机构设计简图

8．有一测杆在轴套孔中运动，测杆和轴套孔的公差分别为轴套长

测杆长L=50mm，求测杆倾斜带来的误差。

3．机械式测微仪的原理如图2-30所示。 1)试分析仪器的原理误差。 2)阐述

仪器各个误差源。

3)用作用线与瞬时臂法分析杠杆短臂误差

和表盘安装偏心e所引起的局部误差。

图 2-30 1-测杆2-扇形齿轮 3-小齿轮4-指针 5-表盘

4．自准直仪简化原理图如图2-31所示，用分划板上的刻尺来测量反射镜偏转角α，分划板上的刻度间隔是均匀的，求原理误差。

图 2．31

第三章

人们将这条原则称为阿贝原则。该原则指出，为使量仪能给出正确测量结果，必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸线的延长线上。阿贝原则的扩展包含三重意思，即：

①标尺与被测量一条线；

②若做不到，则应使导轨没有角运动；

③或应跟踪测量，计算出导轨的偏移加以补偿。

遵守了这三条中的一条，即遵守了阿贝原则。

爱彭斯坦光学补偿方法是一种用结构布局来补偿阿贝误差的方法，被应用于高精度测长机的读数系统中。

图3-4 爱彭斯坦光学补偿方法 a)测长机工作原理图 b)光学补偿原理

1．测控仪器的发展趋势可以概括为哪几个方面，其中高效率、高智能化指的是哪些内容?

2．归纳测控仪器的设计流程。

3．测控仪器设计的6项基本原则是什么?

4．测控仪器设计的基本原理有哪些?

5．阿贝误差产生的本质原因是什么?结合图3—3分析三坐标测量机测量某一工件时，哪个坐标方向上的各个平面内均能遵守阿贝原则。

6．结合书中图3—9分析为何当滑块绕O点为圆心发生摆动时，测端处于A的位置可以补偿阿贝误差，而处于两个位置均不能补偿阿贝误差．

7．举例说明减小阿贝误差的方法。

8．1m激光测长机和光电光波比长仪为减小底座变形对测量精度的影响，在结构布局上采用了几种措施，这些措施的依据是什么?

9．丝杠动态测量仪对环境条件变化产生的测量误差进行补偿的先决条件是什么?

10．采用电子式位移量同步比较原理的仪器可以大大缩短测量链，试举出几种复合参数测量仪器来加深理解。

11．视觉型刀具预调仪的坐标系基准统一指的是哪两个坐标系的统一?如何检查由于两个坐标系归一不准确而带来的误差?

12．为什么在高精度的圓分度测量装置设计中，在度盘的对径方向上安装两个读数头，这一布局可以消除读数误差中哪些次谐波误差?

13．对径方向上安装两个读数头，是否可完全消除轴系晃动、度盘安装偏心及度盘刻划误差等对读数精度的影响?为什么?

14．零位比较测量方法与利用仪器指示测量绝对值的方法相比，优点是什么?

15．综合补偿的优点是什么?试举例证明。

16．选择几种传感器，说明其对原始信号的转换功能、感受方式及转换放大原理。

17．万能工具显微镜的光学灵敏杠杆的杠杆比是如何确定的?

18．测控仪器设计中对光栅参数及电子细分倍数是如何考虑的?

19。造型设计的要点包括哪些项?

第四章

从表4—1可以看出实心形状的惯性矩小于同一截面积空心截面形状的惯性矩，而同一截面积情况下空心

截面的刚度大于实心截面，因此可以用减小壁厚加大轮廓尺寸的办法提高支承件的刚度。圆形空心截面能提高抗扭刚度，而长方形空心截面对提高长边方向的抗弯刚度效果十分明显。

表4．1 横截面积相同时不同断面形状惯性矩的比较

■导轨种类很多，按导轨面间摩擦性质可分为

(1)滑动摩擦导轨其两导轨面间直接接触形成滑动摩擦。

(2)滚动导轨其动静导轨面间有滚动体，形成滚动摩擦。

(3)静压导轨其两导轨面间有压力油或压缩空气，由静压力使动导轨浮起形成液体或气体摩擦。

(4)弹性摩擦导轨利用材料弹性变形，使运动件做精密微小位移。这种导轨仅有弹性材料内分子间的内摩擦。

■要减小爬行，应使临界速度降低，即

应减小动摩擦力与静摩擦力之差△F，增

加系统阻尼和增加弹性环节刚度。由于气

体和液体静压导轨的动、静摩擦系数之差

几乎为零，因此该类导轨可认为无爬行。

而滚动导轨虽然其△F>O，但远比滑动摩

擦导轨小，故爬行也较小。此外，当运动部分润滑较好时也可使爬行减小。

表4-4 各种导轨的比对

图4-53 主轴挠度

1)设轴承为刚体，主轴为变形体，则主轴前端挠度(见图4-53b)为 (4-36)

4—6。表4-6 各种轴系的对比

1．基座与支承件设计基本要求是什么?

2．何谓导轨的导向精度?导轨设计有哪些要求?举出4种以上的导轨组合，并说明其特点。

3．气体静压导轨有哪些类型?各有何特点?提高其刚度和承载能力有哪些方法?

4．什么是主轴的回转精度?主轴系统设计的基本要求是什么?

5．提高主轴系统的刚度有几种方法?

6．密珠轴系有何特点?密珠轴系的设计要点有哪些?

7．液体动压滑动轴系获得液体摩擦的条件是什么?使用它时应注意些什么?

8．气体静压轴系的主要结构参数如何选取?

9．什么是微位移技术?

10．柔性铰链有何特点?设计的主要参数有哪些?

11．采用柔性铰链的微动工作台与其他方案相比有何优点?

12．微驱动技术有哪些方法?

13．试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同?

14．试总结各种微位移机构的原理及特点。

第五章

■*电路与软件系统是测控仪器中的重要组成部分，它担负着信息的传递和处理以及对目标进行控制的重要任务。

■*作用主要是对传感器的输出信号进行采集和处理，按照测控系统的功能与要求进行相应的运算并将测量结果进行显示，或者输出控制信号，使得执行机构执行相应的动作。

■对于测量电路，当输入量的变化小于数字电路的一个最小数字所对应的被测量值时，数字系统将没有变化，这一误差称为量化误差。

对于模拟电路系统，为了减小量化误差，一方面可以提高模拟电路的放大倍数，提高测量电路的分辨力，降低量化误差(当然，这是以降低量程为代价的)；另一方面可以提高数字电路的位数，减小量化误差的数值，例如将A／D电路的位数增加到12位、16位或者更高(其成本也相应提高)。此外，可以在模拟电路部分增加细分电路，提高分辨力，以此来减小量化误差。

■对于输出模拟信号的传感器而言(见图5-2)，放大电路和滤波电路一般是必需的。对于需要交流激励信号的传感器而言，还需振荡器和调制解调器。很多测控场合还需运算电路，来实现一些简单的运算和数据处理任务。对于采用计算机和微处理器的场合，常常还需模／数转换电路。

图5-2 传感器输出模拟信号的测量电路组成

对于输出数字信号的传感器而言，计数器和锁存器一般是必需的(见图5-3)。对于传感器输出数字信号与后续电路不匹配(如TTL信号与CMOS信号等)的场合，

图5．3 传感器输出数字信号的测量电路

还需电平转换电路。对于传感器输出正弦波的场合，还需整形电路将正弦波转变为方波。对于传感器输出连续脉冲的场合，还需辨向电路判断被测量变化的方向。为了进一步提高分辨力和精度，还常常采用细分电路。

■对于模拟信号，调理电路一般包括放大电路(含阻抗匹配)、滤波电路、调制解调电路等。对于数字信号，调理电路一般包括整形电路、细分电路、辨向电路等。

■图5-9为典型的四细分辨向电路。其输入信号采用具有一定相位差(通常为90°)的两路方波信号。细分的原理，是基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿和两个下降沿，利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。而辨向则是根据两路方波相位的相对导前和滞后的关系作为判别依据，实现辨向。

图5—9 四细分电路原理

图5-10 四细分电路信号波形a)正向波形 b)反向波形

按照模拟／数字转换的原理，

双积分式．A_／D转换器转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜，但转换速度慢，用于速度要求不高的场合，常用器件有ADC-EK8B、ADC-EKl0B等。

逐次逼近式A／D转换器速度快、精度较高，使用较多，常用器件有ADC0809、AD574等。并行比较式A／D转换器速度快，但分辨力不高，常用器件有AD9012、AD9022。

∑-△式A／D转换器具有位数高、速度快、串行输出的特点，常用器件有AD7705、AD7714、ADCl213等。

有些A／D转换器内部还带有可编程放大器、多路开关或三态输出锁存器等。例如8位A／D转换器ADC0809内部含有8路多路开关；12位A／D转换器AD363不但有16通道(或双8通道)多路开关，而且还有放大器和采样保持器。

还有专门供数字显示用，可直接输出BCD码的A／D转换器，如AD7555等。

1．测控电路一般由哪几部分组成?各有什么作用?

2。影响测控电路精度的因素有哪些?各有什么影响?

3．传感器输出模拟信号时，测量电路一般由哪几部分构成?试举例说明。

4．传感器输出数字信号时，测量电路一般由哪几部分构成?试举例说明。

5．测量电路中的信号放大环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。

6．测量电路中的模／数转换环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。

7．试分析：由微处理器和由微型计算机构成的中央处理系统的区别?举例说明各自的应用场合。8．控制电路中的数／模转换环节的设计应考虑哪些因素?试说明理由。

9．控制电路中如何实现信号的隔离保护?

10．举例说明电源稳定性对测控系统的影响。

11．电路系统何时一点接地?何时多点接地?用图示说明。

12。测控软件的设计一般应遵循哪些原则?

13。提高电路系统可靠性的措施有哪些?

14．提高效件系统可靠性的措施有哪些?

第六章光电系统设计

一、光电系统的组成

光电系统是测控仪器的重要组成部分。测控仪器中的光电系统的组成框图如图6．1所示。

光源是传递信息的媒介，是光电系统的源头。光源发出的光经过

光学系统后成为汇聚光束、发散光束、平行光束，或其他形式的结构光束，作为载波作用于被测对象。

光学变换可通过各种光学元器件，如透镜、平面镜、棱镜、光栅、码盘、波片、偏振器、调制器、狭缝、

滤波器等来实现。经光学变换后的光载波中含有被测对象的信息，称为光信息。光信息被

光电检测器接收，并转换为易于处理的电信号，再经

电路和逻辑变换等处理，最后显示被测量，或用于探测。

由组成框图可以看出，光电系统的设计主要是研究光信息的检测、传输和变换中的核心技术的设计问题。

图6-l 光电系统的组成

■主动系统与被动系统是指携带信息的光源(光煤介)是人为制造的还是自然辐射的。若光电系统的照明是人工光源，如白炽灯、发光管、半导体激光器、He-Ne激光器等，被测信息通过调制的方法加载到光载波上去，然后用光电接收系统进行检测，这种光电系统称为主动光电系统。如果光电系统的照明光源是自然光(如太阳光)或者用不是为光电系统特殊设计的光源来携带光信息，这种光电系统称为被动光电系统。

■不论是用相干光源还是非相干光源来携带光信息，而检测器件只直接检测光强度，这种光电系统称为直接检测系统。如果采用相干光源利用光波的振幅、频率、相位来携带信息，光电检测不是直接检测光强而是检测干涉条纹的振幅、频率或相位则称为相干检测系统。直接检测系统简单、应用范围广，而相干检测具有更高的检测能力和更高的信噪比，因而系统精度更高、稳定性也更好。

二、电磁波谱

■麦克斯韦理论指出，光是一种电磁波，但它在整个电磁波谱中，只占有很狭的范围。电磁波也称电磁辐射，其重要的特征参数是波长(或频率)，整个电磁波谱按波长排列。波长从0.01~1000μm，或频率从3×1012～3×107Hz范围属于光学波段，它包括紫外辐射，可见光和红外辐射三部分(见图2—1)。通常，波长短于0．88μm的是紫外辐射，波长从0.38～0.78μm的是可见光，波长从0．78～1000μm的是红外辐射。人眼能感觉出光有不同的颜色，实质上是波长不同的光在人眼中所引起的不同感觉。图2-2表示一个所谓标准观察者的眼睛对各种波长辐射的相对灵敏度。从图中看，人眼对波长为0．55μm的黄绿光反映最敏感。

表2—2 辐射度系统参量和光度系统参量

注，Ω-立体角，A-面积，t-时间，φ-光源表面面积元与给定方向垂直面的夹角．■表12-1 常用光度学的名称、符号、单位、公式及说明

2．光谱功率谱分布

光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长λ有关，称为光谱的功率分布。常见的有4种典型的分布，如图6—6所示。

图6—6 典型光源功率谱分布 a)线状光谱 b)带状光谱 c)连续光谱 d)复合光谱图a为线状光谱，如低压汞灯光谱；图b为带状光谱，如高压汞灯光谱；图c为连续光谱，如白炽灯、卤素灯光谱；图d为复合光谱，它由连续光谱与线状、带状光谱组合而成，如荧光灯光谱。

在选择光源的时候，为了最大限度地利用光能，应选择光谱功率分布的峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致；对于目视测量，一般可以选用可见光谱辐射比较丰富的光源；对于目视瞄准，为了减轻人眼的疲劳，宜选用绿光光源；对于彩色摄像则应该采用白炽灯、卤素灯作光源。同样对于紫外和红外测量，也宜选用相应的紫外灯(氙灯、紫外汞灯)和红外灯。

■能形成干涉现象的装置是干涉仪，它的主要作用是将光束分成两个沿不同路径或同路径传播的光束，在其中一路中引入被测量，产生光程差后，再重新合成为一束光，以便观察干涉现象。

在干涉仪设计时，应注意遵守测控仪器设计的阿贝原则、变形量小原则、差动比较原则及误差补偿原

理、平均读数原理外，还应遵守测控仪器中光电系统设计的共光路原则、等光强原则、匹配原则及干扰光最少原则。

■一种实际应用的激光干涉测长仪的简化光路设置如图6-55所示。由He-Ne激光器1发出的光经由透镜2、小孔光阑3、透镜4组成的准直光学系统使激光束的截面扩大，并压缩光束的发散角。准直光学系统由一倒置的望远系统组成，其小孔光阑3位于透镜2、4的焦点处，形成一种空间滤波器用于减小光源中的杂散光影响。从准直光学系统出来的光经反射镜5后光路转折到达分光镜9，分光镜9将入射光分为两部分，一部分透射射向角锥反射棱镜10形成参考光束，另一部分反射射向角锥反射棱镜8形成测量光束；其中角锥棱镜10固定不动，作为干涉仪的参考臂；而角锥棱镜8则作为干涉仪的测量臂，随着被测位移的变化而移动。经参考臂上的棱镜10反射的参考光束与经测量臂上的棱镜8反射的测量光束再经分光镜9合成后分为两路干涉信号，一路由透镜11聚集和光阑12滤除杂散光后由光电检测器13接收；另一路则经反射棱镜6反射转折后经透镜14和光阑15后由光电检测器16接收。图中测量光束的光学元件7称之为位相反，它的作用是使通过它的部分光束产生附加的位相移动，以使由光电检测器13和16所接收到的干涉信号在相位上的相差π／2。利用这组信号间的关系，经电路处理后就可以实现对测量臂位移方向的辨别，在计数器上进行加减可逆计数。下面进行较为详细的分析。

图6-55 一种激光干涉测长仪的简化光路

题型选编

一、填空选择题

1．测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

2、从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。

3．计量测试仪器的主要测量对象是8大物理量，它们是：

(1)几何量计量仪器 (2)热工量计量仪器 (3)机械量计量仪器 (4)时间频率计量仪器

(5)电磁计量仪器 (6)无线电参数测量仪器 (7)光学与声学参数测量仪器

(8)电离辐射计量仪器

4．按功能将仪器分成以下几个组成部分：

（1）．基准部件（2）传感器与感受转换部件（3）放大部件（4）瞄准部件

（5）信息处理与运算装置（6）显示部件（7）驱动控制部件(8)机械结构部件

5、绝对误差的定义是被测量测得值x与其真值x0(或相对真值)之差称其表达式为

6．相对误差的定义为：绝对误差与被测量真值的比值，可以表示为相对误差有两种表示方法：

(1)引用误差它指绝对误差的最大值与仪器示值范围的比值。

(2)额定相对误差它指示值绝对误差与示值的比值。

7．电路与软件系统的主要作用主要是对传感器的输出信号进行采集和处理，按照测控系统的功能与要求进行相应的运算并将测量结果进行显示，或者输出控制信号，使得执行机构执行相应的动作。

8．在采用信号调制的情况下，载波频率比信号频率至少还要高一个数量级。

9. 对于测量电路和控制电路而言，响应速度主要是指电子电路对输入信号的阶跃响应特性和相位频率特性。

10．光电系统是测控仪器的重要组成部分，它具有许多重要的特点，主要有

(1)．精度高 (2)非接触测量 (3) 测量范围大 (4)信息处理能力强

11、模拟光电系统。如果光载波是直流或者是连续的光通量，将被测信息加载到这类光载波上，然后进行传输或变换，则是模拟光电系统。如果光载波是脉冲量，而将被测信息加载到脉冲光载波的辐度、频率、脉宽或相位之中，则得到脉冲调幅、调频或调宽波，然后对脉冲调制光波进行传输或变换称为数字式光电系统。

12、不论是用相干光源还是非相干光源来携带光信息，而检测器件只直接检测光强度，这种光电系统称为直接检测系统。如果采用相干光源利用光波的振幅、频率、相位来携带信息，光电检测不是直接检测光强而是检测干涉条纹的振幅、频率或相位则称为相干检测系统。

二、选择填空

1．选择以下传感器填入空内

(2)合理选择推力支承位置为使主轴系统有足够的轴向精度，推力支承位置的选择很重要。图4-58所示4种方式中选择最佳方式，并简述理由。

（2）主轴和轴承结构设计应合理，装配、调试及更换要方便。选择下图中合理的方案，并简要说明理由。图4-59 带轴肩的主轴结构

3．写出下列机构的名称，然后画出机构设计简图，写出其传动特性及传动比

a) b)

2、在杠杆齿轮式机械测微仪中原理图(见图a)，其结构尺寸如图b)，最大转角φ0=0.1π，通过调整杠杆臂长a,使得φ=0.874φ0，求调整后的最大原理误差及臂长a’.

a) b)

答：被测值而仪器的度盘刻度时，由于工艺的原因采用线性刻度，即将 式中。为测杆部分杠杆臂长，φ为由被测值s 引起的杠杆转角。由此产生的原理误差由于仪器的示值范围其对应的杠杆摆角也已经确定，这时可以通过调整杠杆臂长来减小△s ，即将

a 调整为a ＇。 最大原理误差为=5×（0.1π）3/24=0.013mm

3、举例说明以下4种典型光谱功率谱分布

答： 光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长λ有关，称为光谱的功率分布。常见的有4种典型的分布，如图6—6所示。

典型光源功率谱分布 a)线状光谱 b)带状光谱 c)连续光谱 d)复合光谱

图a 为线状光谱，如低压汞灯光谱；图b 为带状光谱，如高压汞灯光谱；图c 为连续光谱，如白炽灯、卤素灯光谱；图d 为复合光谱，它由连续光谱与线状、带状光谱组合而成，如荧光灯光谱。

四、设计、画图、说明

1、写出下列机构的名称，然后画出机构设计简图，写出其传动特性及传动比（每小题1分 共12分）

a) b)

答：

a) 正弦机构设计简图b)正切机构设计简图

a)正弦机构的传动特性若推杆为主动件时，正弦机构的传动比为

b)正切机构的传动特性的传动特性为

当推杆为主动件时，正切机构的传动比为

2、爱彭斯坦光学补偿方法是一种用结构布局来补偿阿贝误差的方法，被应用于高精度测长机的读数系统中。图3-4a为测长机工作原理图。试画出b)光学补偿原理图，并简要说明之。

图3-4 爱彭斯坦光学补偿方法：测长机工作原理图

答：补偿原理图

a)测长机工作原理图 b)光学补偿原理图

现假设由于导轨直线度的影响，测量时使尾座产生了倾角θ，而产生了阿贝误差。图b

说明了其光学补偿原理。如图所示，由于倾角。的影响，在测量线方向上测端将向左挪动

直，如无补偿措施，则此值即为阿贝误差。但这时与尾座连为一体的M2、N2也随之

倾角θ角，这样，新的双刻线指标点，即s2点相对于s1

点在刻尺面上也有一挪动量这时，由于头座要向左移动△L来压紧工件，而使0’点

的像也同时向左移动△L再次与s1点瞄准。若选择参数使则于是，由尾座倾斜

而带来的阿贝误差，在读数时自动消失了，即达到了补偿的目的。这种补偿原理被称为爱彭斯

坦光学补偿原理，是通过结构布局随机补偿阿贝误差的方法。

3、导轨运动的不平稳现象，主要出现在，主要表现为“爬行”

导轨运动的不平稳现象，主要出现在其低速运动时，

“爬行”是一个复杂的现象，其主要原因有：

①导轨间的静、动摩擦系数差值较大；②动摩擦系数随速度变化；③系统刚度差。

4、导轨设计时应遵守运动学原理是把动导轨视为有确定运动的刚体，设计是不允许有多余的自由度和多余的约束，即只保留确定运动方向的自由度。

三、分析与计算

1．例2-9 已知被检凸轮轴凸轮升程公差为±0．05mm，设计一台检测状况为A级的凸轮轴凸轮检验仪，试确定它的不确定度。(参考检测能力指数Mcp表)

例2-10 设计一台用于港口计量进出口散装粮食的轨道衡，要求其测量状况为A级，确定该轨道衡的精度。（根据国际惯例，港口散装粮食计量误差范围为±0．4％，参考检测能力指数Mcp表）

检测能力指数Mcp表

8．有一测杆在轴套孔中运动，测杆和轴套孔的公差分别为轴套长测杆长L=50mm，求测杆倾斜带来的误差。

P39 ΔF=Lα2/2=L(Δ/l)2/2=7.1×10-6mm

5．分析激光测径仪(见图2-6)原理误差，并阐述减小原理误差的方法。

图2—6 激光测径仪原理 1-氦氖激光器2、3-反射镜4、6、8-透镜 5-多面棱镜

7-被测工件 9-光敏二极管

3、爱彭斯坦光学补偿方法是一种用结构布局来补偿阿贝误差的方法，被应用于高精度测长机的读数系统中。图3-4a为测长机工作原理图。试画出b)光学补偿原理图，并简要说明之。

图3-4 爱彭斯坦光学补偿方法：测长机工作原理图

四、简述题

1.说明分析仪器误差的微分法、几何法、作用线与瞬时臂法和数学逼近法各适用在什么情况下，为什么?

2．什么是原理误差、原始误差、瞬时臂误差、作用误差?

3、扩展的阿贝原则包含什么意思，遵守了那一条，即遵守了阿贝原则。

4、常用的微位移机构有如下几种，请在每一图下标出其名称

柔性支撑-压电器件驱动的微位移机构平行片簧导轨-压电器件驱动的微位移机构

滚动导轨微工作台原理图图4-89 丝杆及弹性缩小工作台

5、在杠杆齿轮式机械测微仪中原理图(见图a)，其结构尺寸如图b)，最大转角φ0=0.1π，通过调整杠杆臂长a,使得φ=0.874φ0，求调整后的最大原理误差及臂长a’.

被测值而仪器的度盘刻度时，由于工艺的原因采用线性刻度，即将

式中。为测杆部分杠杆臂长，φ为由被测值s引起的杠杆转角。由此产生的原理误差由于仪器的示值范围其对应的杠杆摆角也已经确定，这时可以通过调整杠杆臂长来减小△s，即将

a调整为a＇。

最大原理误差为=5×（0.1π）3/24=0.013mm

6、测控电路一般由哪几部分组成?各有什么作用?

答：一个完整的测控仪器的电路与软件系统由测量电路、中央处理系统、控制电路、电源和软件系统等部分组成，1)测量电路是信息流的输入通道，其作用是将传感器输出的测量信号进行调理、转换或者运算等。2)控制电路是信息流的输出通道，其作用是根据中央处理系统发出的命令，对被控参数实行控制。3)中央处理系统同时连接着测量电路和控制电路，即连接着信息流的输入通道和输出通道，因此它是整个电路与软件系统的中心，同时也是整个测控仪器的神经中枢。4)为整个电路系统各单元提供必要的能量，为各个电路单元提供电平基准，为测量信号和控制信号提供参考电平等。5)软件系统对于完成各种信息处理、提高系统的自动化和智能化水平、提升系统性能和可靠性、共享测量数据以及系统之间互相

4． 表格填空 各种导轨性能的比对

特性

导轨名称

导向精度 运动平稳性 承载能力 耐磨性 使用环境 成本

滑动导轨

滚动导轨

液体静压导轨

空气静压导轨 各种轴系的性能对比

特性 导轨名称

回转精度μm 转动灵活性 承载能力 耐磨性 使用环境 成本 滑动轴系

圆柱轴承 圆锥轴承 滚动轴系

标准轴承

单列非标

密珠轴系

液体静压轴系

气体静压轴系

动压轴系

根据波形填写调制解调信号的名称

幅值调制信号名称包络检波信号名称

a a

b b

c c

图5．5 幅值调制 a)调制信号 b)载波信号 c)调幅信号

图5-6包络检波 a)调幅信号 b)半波检波 c)原始信号填写常用光度学的名称、符号、单位及说明

名称符号单位说明

光通量

光强

照度

亮度

表6．2 直接检测光学变换方法

变换方法光学原理应用

几何光学法直射、反射、折射、散射、遮光、光

学成像等非相干光学现象

光开关、光学编码、光扫描、瞄准定位、光准直、外观质量检测、测长测角、测距等

光电子学法电光效应、声光效应、磁光效应、空

间光调制、光纤传光与传感等

光调制、光偏转、光开关、光通信、光记录、光存储、光显示等

一种激光干涉测长仪的简化光路

答：由He-Ne激光器1发出的光经由透镜2、小孔光阑3、透镜4组成的准直光学系统使激光束的截面扩大，并压缩光束的发散角。准直光学系统由一倒置的望远系统组成，其小孔光阑3位于透镜2、4的焦点处，形成一种空间滤波器用于减小光源中的杂散光影响。从准直光学系统出来的光经反射镜5后光路转折到达分光镜9，分光镜9将入射光分为两部分，一部分透射射向角锥反射棱镜10形成参考光束，另一部分反射射向角锥反射棱镜8形成测量光束；其中角锥棱镜10固定不动，作为干涉仪的参考臂；而角锥棱镜8则作为干涉仪的测量臂，随着被测位移的变化而移动。经参考臂上的棱镜10反射的参考光束与经测量臂上的棱镜8反射的测量光束再经分光镜9合成后分为两路干涉信号，一路由透镜11聚集和光阑12滤除杂散光后由光电检测器13接收；另一路则经反射棱镜6反射转折后经透镜14和光阑15后由光电检测器16接收。图中测量光束的光学元件7称之为位相反，它的作用是使通过它的部分光束产生附加的位相移动，以使由光电检测器13和16所接收到的干涉信号在相位上的相差π／2。利用这组信号间的关系，经电路处理后就可以实现对测量臂位移方向的辨别，在计数器上进行加减可逆计数。

干涉仪的原理：

能形成干涉现象的装置是干涉仪，它的主要作用是将光束分成两个沿不同路径或同路径传播的光束，在其中一路中引入被测量，产生光程差后，再重新合成为一束光，以便观察干涉现象。

【作业1】例1-1 某压力表精度为2.5级，量程为0～1．5MPa，测量结果显示为0.70MPa，试求：

1)可能出现的最大满度相对误差

2)可能出现的最大绝对误差为多少kPa?

3)可能出现的最大示值相对误差

解 1)可能出现的最大满度相对误差可以从精度等级直接得到，即

2)

3)

由上例可知，总是大于(满度时等于)

【作业2】例1-2 现有O.5级的O～300℃的和1.0级的0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好?

解用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为

若用1.O级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为

计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差反而小，所以更合适。由上例可知，在选用仪表时应兼顾精度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。

【作业3】 6．用一台31/2位(俗称3位半)、精度为0．5级(已包含最后一位的±1误差)的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图1-9所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的：

1)分辨力、分辨率及最大显示值。 2)可能产生的最大满度相对误差和绝对误差。

图1-9 数字式电子温度计面板示意图

3)被测温度的示值。 4)示值相对误差。 5)被测温度的实际值上下限。 (提示：该三位半数字表的量程上限为199.9℃，下限为0℃)

测控仪器设计__总复习题和考试题

测控仪器设计试题库 一、填空题 1.仪器误差的来源有原理误差、制造误差和运行误差。 2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，，分别代表了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是正确度 4.测控仪器的设计六大原则是阿贝原则、变形最小原则、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起温度灵敏度飘 移和温度零点飘移。 6.在设计中，采用包括补偿调整、校正环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：黄金比例、均方根比例、和中间值比例。 8.标准量的细分方法有光学机械细分法、光电细分法。 9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有步进电动机直流电动机同步电动机测速电动机。 13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 15、直接检测系统：相干检测系统： 16、在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计原则。 17、光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18、照明的种类、、、。 19. 光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹配、、。 二、简答 1、名词术语解释：灵敏度与鉴别力；示值范围与测量范围；估读误差与读数误差；分度值与分辨力 极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组数。极限示值界限内的一组

测控试卷测控仪器设计

试卷编号：（ A ）卷 测控仪器设计课程课程类别：必 考生注意事项：1、请考生将答案填写在答题纸上。 2、本试卷共6页，总分100分，考试时间120分钟。 3、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考厂 一、填空题 1.仪器误差的来源有、和运行误差。 2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的和响应精度，，分别代表了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是、、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和。 6.在设计中，采用包括补偿、环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：、均方根比例、和中间值比例。 8.标准量的细分方法有、。 9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。 13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。

16、在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计原则。 17、光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。 18、照明的种类、、、。 19. 光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹配、、。 二、简答 1、名词术语解释：灵敏度与鉴别力；示值范围与测量范围；估读误差与读数误差；分度值与分辨力 2、测控仪器由哪几部分组成，各部分的功能是什么？ 3、什么是阿贝原则？举例说明在仪器设计的过程中如何减少阿贝误差？ 4、试述同步比较测量原理的指导思想是什么？ 5、在导轨的设计过程应重点考虑哪些问题？爬行现象的产生原因及其预防措施是什么？ 6、何谓导向精度？导轨设计有哪些要求？举出四种导轨组合，并说明其特点。 7、基座与支承件的基本要求是什么？ 8、什么是主轴的回转精度？主轴系统设计的基本要求是什么？ 9、提高主轴系统的刚度有几种方法？ 10、气体静压导轨有哪些类型？各有何特点？ 11、什么是微位移技术？柔性铰链有何特点？ 12、采用柔性铰链的微动工作台与其它方案相比有何优点？ 13、微驱动技术有哪些方法？ 14、试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同？ 12、试总结各种微位移机构的原理及特点。 15、光电距离检测有哪些方法？他们的测距原理有何不同？ 16、照明系统的设计应满足下列要求： 17、照明的种类？ 三、判断 1、仪器的精度指标中，示值误差和示值重复性误差的大小代表了仪器正确度和精密度的高低；而动态偏移误差和动态重复性误差分别代表了动态仪器响应的准确度和精密度。（） 2、造成仪器误差的原因是多方面的，根据产生的阶段分为：原理误差、制造误差和运行误差，从数学特性征上看，原理误差多为系统误差、而制造误差和运行误差多为随机误差，因此原理误差的存在会使仪器的准确度下降，制造误差和运行误差的存在会使仪器的精密度下降。（） 3、根据误差独立作用原理:一个误差源仅使仪器产生一定的局部误差,局部误差是其源误差的线性函数，与其他源误差无关，仪器总误差是局部误差的综合，但是，在计算源误差所造成的仪器误差的过程中还应考虑各个源误差对仪器精度影响的

测控仪器设计课后习题答案_浦昭邦_王宝光

测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 发展趋势: 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg 精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 被检测件的尺寸值、误差值及缺陷状况。 按功能将仪器分成以下几个组成部分： 1 基准部件 5 信息处理与运算装置 2 传感器与感受转换部件 6 显示部件

测控仪器的设计专题

总复习提纲 第一章测控仪器设计概论 从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。（计-计-控-控）计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，即8大物理量，它分为 (1)几何量计量仪器包括各种尺寸检测仪器，如长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等． (2)热工量计量仪器包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。 (3)机械量计量仪器如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、振动测量仪等。 (4)时间频率计量仪器如各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等。 (5)电磁计量仪器用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交直流电流表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。 (6)无线电参数测量仪器如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。 (7)光学与声学参数测量仪器如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。 (8)电离辐射计量仪器如各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。 测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 4．测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么?（8大组成部分） 5．写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：分度值与分辨力；示值范围与测量范围；灵敏度与鉴别力(灵敏阀)；仪器的准确度、示值误差、重复性误差；视差、估读误差、读数误差。通用计量术语及定义． (1)测量仪器(measuring instrument)测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。 测量仪器和测量器具是有区别的，测量仪器是将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有转换和指示功能。测量器具是以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。 (12)灵敏度(sensitivity)测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。若输入激励量为AX，相应输出是△Y，则灵敏度表示为S=△Y／△X 仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的斜率即为灵敏度。 灵敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感传感器的输入量是位移，而输出量是电压，其灵敏度的量纲为V／mm；而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。 灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。 (13)鉴别力(阈)(discrimination)使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。它表示仪器感受微小量的敏感程度。仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。 (14)分辨力(resolution)显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，分辨力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。对模拟式仪器，分辨力就是分度值。 分辨力是与仪器的精度密切相关的。要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨

测控仪器设计习题解答

第一章 1.测控仪器的概念是什么？ 答：测控仪器是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 2.为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？ 答：…… 3.现代测控仪器技术包含哪些内容？ 答：…… 4.测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 答：（1）基准部件：提供测量的标准量。 （2）传感器与感受转换部件：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。（3）放大部件：提供进一步加工处理和显示的信号。 （4）瞄准部件：用来确定被测量的位置（或零位）。 （5）信息处理与运算部件：用于数据加工、处理、运算和校正等 （6）显示部件：用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。（7）驱动控制部件：用来驱动测控系统中的运动部件。 （8）机械结构部件：用于对被测件、标准器、传感器的定位、支承和运动。 5.写出下列成组名词术语的概念并分清其差异： 分度值与分辨力：分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。 示值范围与测量范围：示值范围——极限示值界限内的一组数。测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。 灵敏度与鉴别力（灵敏阈）：灵敏度——测量仪器响应（输出）的变化除以对应的激励（输入）的变化。鉴别力——使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化。 仪器的准确度、示值误差、重复性误差：仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。重复性误差—— 视差、估读误差、读数误差：视差——当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。估读误差——观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差，有时也称为内插误差。读数误差——由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，它包括视差和估读误差。 6.对测控仪器的设计要求有哪些？ 答：（1）精度要求（2）检测效率要求（3）可靠性要求（4）经济性要求（5）使用条件要求（6）造型要求 第二章 1.说明分析仪器误差的微分法、几何法、作用线与瞬时臂法和数学逼近法各适用在什么情况下，为什么？答：若能列出仪器全部或局部的作用原理方程，那么，当源误差为各特性或结构参数误差时，可以用微分法求各源对仪器精度的影响。 几何法适合于求解机构中未能列入作用方程的源误差所引起的局部误差。 作用线与瞬时臂法…… 数学逼近法适用于难以从理论上确切地掌握仪器实际输出与输入特性的情况。 2.什么是原理误差、原始误差、瞬时臂误差、作用误差？ 答：原理误差是由于在仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所造成的。 原始误差（制造误差）是指由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差。

【免费下载】华东交通大学 测控试卷测控仪器设计

华东交通大学2003—2004学年第二学期考试卷 试卷编号： （　A ）卷 测控仪器设计 课程 课程类别：必闭卷 考试日期： 题号一二三四五六七八九十总分题分100累分人签名得分考生注意事项：1、请考生将答案填写在答题纸上。2、本试卷共 6页，总分100分，考试时间　120　分钟。3、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考厂一、填空题1.仪器误差的来源有 、 和运行误差。2、动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的 和 响应精度，，分别代表了动态仪器响应的 和 。3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是 、 、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则。5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和 。6.在设计中，采用包括补偿 、 环节等技术措施，则往往能在提高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例： 、均方根比例 、 和中间值比例。8.标准量的细分方法有 、 。9、仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大， 结构比较复杂。 10、导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。11、导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨 、 滚动导轨、静压导轨、 弹性摩擦导轨 。 12、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有 。13、测控仪器中的光电系统的组成 14、光电系统的设计主要是研究 中的核心技术的设计问题。 承诺：我将严格遵守考场纪律，知道考试违纪、作弊的严重性，还知道请他人代考或代他人考者将被开除学籍和因作弊受到记过及以上处分将不授予学士学位，愿承担由此引起的一切后果。专业 班级 学号 学生签名： 层配料试卷电气理；进行检查和检测处理。高中资程中以气设备定值程中在事关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。进行者对某停机。组在用高中资料试卷主要保护装置。

《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案_浦昭邦_王宝光

1.1.测控仪器的概念是什么？ 测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 1.2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关? 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 1.3. 现代测控仪器技术包含哪些内容？ 发展趋势: 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg 精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 1.4. 测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出 被检测件的尺寸值、误差值及缺陷状况。 按功能将仪器分成以下几个组成部分： 1 基准部件 5 信息处理与运算装置 2 传感器与感受转换部件 6 显示部件

测控仪器设计复习资料

一、测控仪器设计概论 1.测控仪器按照系统工程将产品生产的技术结构分：?能量流：是以能量和能量变换为主的技术系统；如锅炉、冷凝器、热交换器、发动机。?材料流：是以材料和材料变换为主的技术系统；如机床、液压机械、农业机械、纺织机械。?信息流：则包含信息获取、变换、控制、测量、监控、处理、显示等技术系统，如仪器仪表、计算机、通信装置、自动控制系统等。 2.用信息流可以控制能量流和材料流。 3.仪器仪表包括测量仪器、控制仪器、计算仪器、分析仪器、显示仪器、生物医疗仪器、地震仪器、天文仪器、航空航天海仪表、汽车仪表、电力仪表、石油化工仪表等。 4.测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志，没有现代化的测量仪器，国民经济是无法发展的。 5.计量测试角度可将仪器分：计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。 6.计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，分：?几何量计量仪器?热工量计量仪器?机械量计量仪器?时间频率计量仪器?电磁计量仪器?无线电参数测量仪器?光学与声学参数测量仪器?电离辐射计量仪器 7.计算仪器：是以信息数据处理和运算为主的仪器。 8.控制仪器与控制装置：是针对控制对象按照生产要求设计制作的控制装置和自动调整与校正装置。 9.测控仪器：是利用测量与控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 10.按功能将仪器分：①基准部件②传感器与感受转换部件③放大部件④瞄准部件⑤信息处理与运算装置⑥显示部件⑦驱动控制部件⑧机械结构部件 11.测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？?工业?电仪?航空。 12.现代测控仪器技术或发展趋势包括：①高精度、高可靠性②高效率③高智能化④多维化、多功能化⑤研究新原理的新型仪器⑥介观（纳米）动态测量仪 13.测控仪器设计方法的特点：?程序性?创造性?系统性?优化性?计算机辅助设计 14.测控仪器的计算机辅助设计功能：①快速的数值计算能力②图像显示和绘图功能③储存和管理数据信息的功能④逻辑判断和推理功能 15.计算机辅助设计：是指使用计算机系统，统一支持设计过程中各项设计活动，是一项跨学科的新技术。 16.测控仪器的设计要求：?精度?检测效率?可靠性?经济性?使用条件?造型要求 17.测控仪器的设计程序：?确定设计任务?设计任务分析?调查研究?总体方案设计?技术设计?制造样机?样机鉴定或验收?样机设计定型后进行小批量生产 18.测量仪器：又称计量器具，是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。 19.测量传感器：是指提供与输入量有确定关系的输出量的器件。 20.测量系统：指组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。 21.模拟式测量仪器与数字式测量仪器：前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，后者是提供数字化输出或显示的仪器。 22.敏感元件或敏感器：指测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。 23.检测器：用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质。 24.指示器：显示装置的固定的或可动的部件。 25.测量仪器的标尺：由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置的部件。 26.标尺间隔：指对应标尺两相邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上的单位表示。 27.分度值：指一个标尺间隔所代表的被测量值。

测控仪器设计 复习题

测控仪器设计最全复习题 一、填空题 1.仪器误差的来源有、和运行误差。 2.动态偏移误差和动态重复性误差在时域表征动态测量仪器的和响应精度，，分别代表 了动态仪器响应的和。 3.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是 4.测控仪器的设计六大原则是、、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精 度匹配原则、经济原则。 5.温度的变化可能引起电器参数的改变及仪器特性的改变，引起 和。 6.在设计中，采用包括补偿、环节等技术措施，则往往能在提 高仪器精度和改善仪器性能方面收到良好的效果。 7.造型设计中常用的几何形状的尺寸比例：、均方根比例、 和中间值比例。 8.标准量的细分方法有、。 9.仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它起着联接和支承仪器的机、光、电等各部分 零件和部件的作用，其结构特点结构尺寸较大，结构比较复杂。 10.导轨是稳定和灵活传递直线运动的部件，起着确保运动精度及部件间相互位置精度的作用。其由 运动导轨（动导轨）和支承导轨（静导轨）组成。 11.导轨种类很多，按照导轨面之间的摩擦性质可分为：滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、 弹性摩擦导轨。 12.在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。 13.测控仪器中的光电系统的组成 14.光电系统的设计主要是研究中的核心技术的设计问题。 15.直接检测系统：相干检测系统： 16.在光电系统设计时，针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要的设计则。 17.光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分与电子部分的匹配是十分重要 的。这些匹配包括、。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。

18.照明的种类、、、。 19.光电系统中的光学部分与电子部分的匹配十分重要，这些匹配包括光谱匹 配、、。 20.按照系统工程学的观点,生产过程中有三大技术系统:_______________； _______________；- ________________ 21.按功能将仪器分成以下几个组成部分：1 基准部件；2_____________；3 放大部件；4 瞄准部件； 5 _______________； 6 显示部件； 7 _____________ 8 机械结构部件 22.常用的传感器有机械式、_____________、光电式、_______________、声学式、__________等等 23.数据处理与运算部件主要用于数据加工、处理、运算和校正等。可以利用___________、 ______________或______________来完成。 24.驱动控制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器中常用___________、_____________、 ________________、_________________、-______________等实现驱动。 25.仪器中的___________部件用于对被测件、标准器、传感器的定位，支承和运动,如导轨、轴系、基座、支 架、微调、锁紧、限位保护等机构。 26.测控仪器发展趋势：高精度与高可靠性、______________、____________、多样化与多维化 27.仪器的技术指标是用来说明一台仪器的___________和___________ 9._____________是仪器对被测量变 化的反映能力 28.仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的________________ 29.为了保证仪器的精度，仪器设计时应遵守一些重要的设计原则和设计原理，如____________、变形最小 原则、________________、精度匹配原则、误差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等 30. _____________和_____________是仪器设计的重要内涵 31.按误差的数学特征分类：随机误差；_____________和________________。 32._________________和_________________时域表征动态测量仪器的瞬态和稳态响应精度，分别代表了 动态仪器响应的准确程度和精密程度 33.采用____________进行设计是为了简化设计、简化制造工艺、简化算法和降低成本。 34.所谓干扰，一方面是_____________的干扰，另一方面是____________造成的干扰。 35.仪器精度设计是仪器精度综合的反问题，其根本任务是________________________ 36.___________与_______________指标是测控仪器设计的核心问题。 37.标准量的作用有： _____________；②-_______________________。 38.通常依据______________与______________________两种原则来分配总随机误差。

《测控仪器设计第版》课后习题答案浦昭邦_王宝光

1.1.测控仪器的概念是什么 测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 1.2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关? 仪器仪表的用途和重要性— 遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与控制仪器统称为测控仪器，可以说测控仪器的水平是科学技术现代化的重要标志。 仪器仪表的用途: 在机械制造业中：对产品的静态与动态性能测试；加工过程的控制与监测；设备运行中的故障诊断等。 在电力、化工、石油工业中：对压力、流量、温度、成分、尺寸等参数的检测和控制；对压力容器泄漏和裂纹的检测等。 在航天、航空工业中：对发动机转速、转矩、振动、噪声、动力特性、喷油压力、管道流量的测量；对构件的应力、刚度、强度的测量；对控制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。 1.3. 现代测控仪器技术包含哪些内容 发展趋势 : 高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高可靠性随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量nm精度测量，力学量的mg精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其可靠性尤为重要。（2）高效率大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开发新原理（6）动态测量 现代设计方法的特点： (1)程式性强调设计、生产与销售的一体化。 (2)创造性突出人的创造性，开发创新性产品。 (3)系统性用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最优，同时要考虑人-机-环境的大系统关系。 (4)优化性通过优化理论及技术，以获得功能全、性能良好、成本低、性能价格比高的产品。 (5)计算机辅助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机辅助设计不仅用于计算和绘图，在信息储存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。 1.4. 测控仪器由哪几部分组成各部分功能是什么 工作原理： Z向运动具有自动调焦功能，通过计算机对CCD摄像器件摄取图像进行 分析，用调焦评价函数来判断调焦质量。被检测的印刷线路板或IC芯片 的瞄准用可变焦的光学显微镜和CCD摄像器件来完成。摄像机的输出经图 像卡送到计算机进行图像处理实现精密定位和图像识别与计算，并给出

测控仪器设计 中期考查试题

测控仪器设计中期考查试题 一、选择题。 1. 在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均布3个读数头的结构并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除阶谐波误差对读数精度的影响。 A. 3，6，9，12，15，?； B. 1，2，3，4，5，?； C. 1，2，4，5，7，8，10，11，?； D. 2，4，6，8，10，?。 2．一米激光测长机的原理如图所示，根据要求做出选择： (a) 14 (b) 一米激光测长机结构图 1--底座 2--干涉箱 3--测量头 4--工作台 5--尾座 6--电动机和变速箱 7--闭合钢带 8--电磁离合器 9--固定角耦棱镜 10--尾杆 11--测量主轴 12--可动角耦棱镜 13--激光器 14--分光镜 2.1 尾座因底座变形在垂直平面内有倾角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面内有倾角的影响措施描述正确的有； A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 2.2 尾座在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除尾座在水平面内产生摆角的影响措施描述正确的有；

A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 2.3 测量头架在水平面内产生摆角会引起仪器误差，总体设计时应采取措施抑制或消除它们的影响，关于采取的抑制或消除测量头架在水平面内产生摆角的影响措施描述正确的有； A.固定角隅棱镜9与尾座5固结在一起； B.固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内； C.尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面内的距离d； D.可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上(以便符合阿贝原则)； 二、填空题。 1.仪器的基本组成部分有信息源及传输介质、（）、（）、 （）、（）、（）和机械结构部分。 2.仪器的静态性能指标中，用（）表示仪器对被测量的反应能力，用（） 表示仪器感受微小量的敏感程度。 3.基准面统一原则要求在设计零件时，应该使零件的（），（）， （）一致，而对于部件装配，要求（），（）和（）一致。 4.根据精度反应误差的性质，把精度分为（），（）和（）。 （）反应系统误差的大小，（）反应随机误差的大小，（）是系统误差和随机误差两者的综合反映。 5.在长度仪器中，原理误差多表现为（）。 6.精密仪器的测量链包括（）和（），其中（）对仪器 的总体精度和其他性能其主要作用。 7.机构传递运动的方式根据作用线与作用力的关系可分为推力传动和摩擦力传动。推力传动 的作用线方向为两构件接触点处的（），而摩擦力传动的作用线方向为两构件接触点处的（）。 三、简答题。

重庆大学测控仪器设计课程试卷

一、单选题：本题选项中只有一项正确，请将正确的的（a）、(b)、(c)、(d)填在相应 的横线上。（12分，每空3分） 1、相对误差有两种表示方法，关于相对误差的两种表示方法描述正确的是( a ) （a）引用误差不大于额定相对误差；（b）引用误差一定小于额定相对误差； （c）引用误差一定大于额定相对误差；（d）引用误差不小于额定相对误差。 2、按等作用原则分配随机误差时，认为哪种类型的误差是相等的( b ) （a）原理误差；（b）局部误差； （c）源误差；（d）制造误差。 3、在光学度盘式圆分度测量装置中，当采用在度盘圆周上均匀分布2个读数头 的结构，并取3个读数头读数值的平均值作为读数值时，则不可以消除(d ) 阶谐波误差对读数精度的影响。 （a）3，6，9，12，……；(b)1,2,3,4,5,……； （c）1,2,4,5,7,8,10,11,…..；(d)2,4,6,8,10,…..。 4、多读数头结构平均读数原理，不能消除下面那一项误差(d ) (a)轴系晃动；（b）度盘安装偏心误差 (c)度盘刻划误差(d)测量过程中轴系晃动误差 二、多选题：本题为多项选择题，仔细阅读有关容，将正确的选项填在相应的横线上， 多选或少选均视为解答不正确。（39分） 1、一米激光测长机的原理如图1所示，根据要求做出选择：（23分） 1.1针对一米激光测长机标准系统描述正确的有：（abe） （a）激光干涉系统；（b）增量码标准系统； （c）绝对码标准系统；（d）数值量标准系统； （e）模拟量标准系统。 1.2用该仪器进行测量时必须先对零，描述正确的有：（ab） （a）主要为了消除测量误差；（b）主要为了确定相对零位基准； （c）主要是因为使用了增量码标准系统；（d）主要是一种操作习惯； （e）测量时可以省去先对零这一步。 1.3尾座因底座变形在垂直平面有倾斜角引起仪器误差，总体设计时应采取措施 抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面 有倾斜角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有：（5分） （a）固定角隅棱镜9与尾座固结在一起； （b）固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面； （c）尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面的距离d; （d）可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上； （e）只要采取合理的措施，可以消除该项误差的影响； （f）该项误差属于阿贝误差，只可以尽可能见效，不可能消除； 抑制或消除它们的影响。关于采取的抑制或消除尾座因底座变形在垂直平面 有倾斜角的影响措施及采取措施前后引起的测量误差描述正确的有：（abe） （a）固定角隅棱镜9与尾座固结在一起； （b）固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面； （c）尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面的距离d;

测控仪器设计测试试卷A

《测控仪器设计》期末考试试卷A （方式：闭卷；时间：120分钟；满分：100分） 一、单项选择题（2＇×5） 1.仪器设计的重要内涵是（ ） A 耐磨性 B 平稳性 C 精度分析与设计 D 刚度 2.仪器的原理误差与仪器的（ ）有关。 A 设计 B 制造 C 使用 D 精度 3、在基于微型计算机的主机电路中，下列形式属于仪器中央处理系统的是（ ）。 A 单元式 B 内插式 C 模块式 D 积木式 4.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是（ ） A 精密度B 正确度C 准确度D 线性度 5.倾角误差用（ ）表达。 A 测角仪 B 圆度仪 C 经纬仪 D 陀螺仪 二、多项选择题（3＇×5） ……………………………………密………………………………封………………………………线………………………………………… 姓名：______________ 学号：______________ 班号：______________ 队别：______________

1.按照误差的数学特征可将误差分为（） A随机误差B独立误差C粗大误差D系统误差 2.采用近似的理论和原理进行设计是为了（） A简化设计B简化制造工艺C简化算法D降低成本 3.下列哪些指标是测控仪器设计的核心问题（） A创新性B精度C可靠性D设计原则 4.测控仪器设计原理的原理有（） A独立作用原理B平均读数原理C比较测量原理D补偿原理 5.轴系的误差运动包括（） A径向运动B轴向运动C倾角运动D端面运动 三、判断题（1＇×5） 1.正确度是随机误差大小的反映，表征测量结果的一致性或误差的分散 性。（） 2.观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差 称为读数误差。（） 3.鉴别力是显示装置能有效辨别的最小示值。（） 4.漂移是指仪器计量特性的慢变化，如仪器零位随时间变化称为零位漂 移。（） 5.等作用原则认为仪器各环节和各零部件的源误差对仪器总精度的影 响是同等的。（）

测控仪器设计复习

第一章测控仪器设计概论 1.测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ （1）基准部件：提供测量的标准量。 （2）传感器与感受转换部件：感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。 （3）放大部件：提供进一步加工处理和显示的信号。 （4）瞄准部件：用来确定被测量的位置（或零位）。 （5）信息处理与运算部件：用于数据加工、处理、运算和校正等 （6）显示部件：用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。 （7）驱动控制部件：用来驱动测控系统中的运动部件。 （8）机械结构部件：用于对被测件、标准器、传感器的定位、支承和运动。 2.写出下列成组名词术语的概念并分清其差异： 分度值与分辨力：分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。 示值范围与测量范围：示值范围——极限示值界限内的一组数。测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。 灵敏度与分辨力：灵敏度——测量仪器响应（输出）的变化除以对应的激励（输入）的变化。分辨力——显示装置能有效分辨的最小示值。 仪器的准确度、示值误差、重复性：仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。重复性——在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相近示值的能力。 回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。3.测控仪器的发展趋势：高精度、高可靠性高效率高智能化多维化、多功能化研究新原理的新型仪器介观（纳米）动态测量仪 4. 测控仪器的设计程序：确定设计任务分析设计任务，制定设计任务书调查研究，熟悉现有资料总体方案设计技术设计制造样机样机鉴定或验收样机设计定型后进行小批量生产 第二章仪器精度理论 1.按误差的数学特征分类：随机误差、系统误差、粗大误差 2．精度区分为：正确度：测量结果稳定地接近真值的程度 精密度：结果的一致性或误差的分散性 准确度：测量结果和真值之间的一致程度 3.误差的来源：原理误差制造误差运行误差 4、原理误差：由于在仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所造成。（只与仪器的设计有关，与制造和使用无关） 减少原理误差的途径：更精确的原理和计算公式研究误差的规律，采取措施避免原理误差采用补偿方法 5制造误差由于制造工艺的不完善，各个环节在制造过程中总是会产生许多误差，影响仪器精度（仪器的制造误差不可避免） 减少制造误差的途径：合理分配和确定公差正确应用设计原理：如平均原理、补偿原理、阿贝原理等合理选择结构参数合理的工艺性，基面统一等设置调整和补偿环节 6．运行误差仪器在使用过程中所产生的误差称为运行误差（如力变形误差、磨损和间隙造

测控仪器设计考试复习资料

说在前面的话，本资料为《测控仪器设计》（第二版）的考试复习资料，本资料包含两份，分别为两个人整理所得，我只是将其整合到一份文档中。第一章 分类：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁量计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学量测量仪器、电离辐射计量仪器以上8大类计量仪器的共性技术：计量测试仪器的设计理论和测试理论 测控仪器：利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。 发展趋势 :高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化 现代设计方法的特点：程式性、创造性、系统性、优化性、计算机辅助设计 术语定义： 标尺间隔：对应标尺两相邻标记的两个值之差。 分度值：一个标尺间隔所代表的被测量值。 示值范围：极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值之差。有时又把示值范围称为量程(span)。 测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。 灵敏度：测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。若输入激励量为?X，相应输出是?Y，则灵敏度表示为：S=?Y／?X。仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的斜率即为灵敏度。 灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。 鉴别力(阈)：使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应是缓慢而单调地进行。它表示仪器感受微小量的敏感程度。仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。 分辨力：显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，分辨力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。对模拟式仪器，分辨力就是分度值。分辨力是与仪器的精度密切相关的。要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨力必须与仪器精度相适应,不考虑仪器精度而一味的追求高分辨力是不可取的。 测量仪器的准确度：测量仪器输出接近于真值的响应的能力。 测量仪器的示值误差：测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。 重复性误差 视差：当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。 估读误差：观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置而引起的误差，有时也称为内插误差。 读数误差：由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，它包括视差和估读误差。 设计要求：精度要求、检测效率要求、可靠性要求、经济性要求、使用条件要求、造型要求。 第二章 误差特性：客观存在性、不确定性、未知性。 分类：按误差的数学特征：随机误差、系统误差、粗大误差； 按被测参数的时间特性：静态参数误差、动态参数误差； 按误差间的关系：独立误差：相关系数为“零”、非独立误差：相关系数非“零”。 来源：设计、生产、使用，生产中误差有原理误差、制造误差、运行误差。 原理误差：近似数据处理方法、机械结构、测量与控制电路 （1）采用近似的理论和原理进行设计是为了简化设计、简化制造工艺、简化算法和降低成本。 （2）原理误差属于系统误差，使仪器的准确度下降，应该设法减小或消除。 （3）减小的方法： ?采用更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算。 ?研究原理误差的规律，采取技术措施避免原理误差。 ?采用误差补偿措施。 制造误差：产生于制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差。主要由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差。 运行误差：仪器在使用过程中所产生的误差。如力变形误差、磨损和间隙造成的误差，温度变形引起的误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效，以及振动和干扰等。 仪器误差分析目的：正确地选择仪器设计方案；合理地确定结构和技术参数；为设置误差补偿环节提供依据。 任务：寻找影响仪器精度的误差根源及其规律；计算误差及其对仪器总精度的影响程度； 过程：寻找仪器源误差： 分析计算局部误差是各个源误差对仪器精度的影响，这种影响可以用误差影响系数与该源误差的乘积来表示； 精度综合根据各个源误差对仪器精度影响估计仪器的总误差，并判断仪器总误差是否满足精度设计所要求的数值。如果满足， 则表明精度设计成功；否则，对精度分配方案进行适当调整或改变设计方案或结构后，重新进行精度综合。 误差独立作用原理：除仪器输入以外，另有影响仪器输出的因素，假设某一因素的变动（源误差）使仪器产生一个附加输出，称为局部误差。 影响系数是仪器结构和特征参数的函数；一个源误差只产生一个局部误差，而与其它源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合。 分析方法：微分法、几何法、作用线与瞬时臂法、数学逼近法、控制系统的误差分析法。其它方法：逐步投影法、矢量代数法、球面三角法几何法的优点是简单、直观，适合于求解机构中未能列入作用方程的源误差所引起的局部误差，但在应用于分析复杂机构运行误差时较为困难 基于机构传递位移的机理来研究源误差在机构传递位移的过程中如何传递到输出。因此，作用线与瞬时臂法首先要研究的是机构传递位移的规律 第三章 测控仪器总体设计，是指在进行仪器具体设计以前，从仪器自身的功能、技术指标、检测与控制系统框架及仪器应用的环境和条件等总体角度出发，对