测控仪器设计第课后习题答案浦昭邦王宝光

作者：作者：PanHongliangPanHongliang 1.1. 测控仪器的概念是什么？测控仪器的概念是什么？ 封面封面 仅供个人学习 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. 2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关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. 3. 现代测控仪器技术包含哪些内容？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. 4. 测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 工作原理工作原理： 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：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 3 放大部件 7 驱动控制器部件 4 瞄准部件 8 机械结构部件 基准部件基准部件 测量的过程是一个被测量与标准量比较的过程，因此，仪器中要有与被测量相比较的标准量，标准量与 其相应的装置一起，称为仪器的基准部件。 有的仪器中无标准器而是用校准的方法将标准量复现到仪器中。标准量的精度对仪器的测量精度影响 很大，在大多数情况下是 1∶1，在仪器设计时必须予以重视。 传感器与感受转换部件传感器与感受转换部件 测控仪器中的传感器是仪器的感受转换部件，它的作用是感受被测 量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。 放大部件放大部件 分类实例 齿轮放大，杠杆放大，弹性及刚度放大等 机械式放大部件 光准直式、显微镜式、投影放大、摄影放大式、莫尔条纹、光 光学系统 干涉等 前置放大、功率放大等 电子放大部件 光电放大部件 瞄准部件瞄准部件 用来确定被测量的位置(或零位），要求瞄准的重复性精度要好。 信息处理与运算装置信息处理与运算装置 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。可以利用硬件电路、单片机或微机来 完成。 显示部件显示部件 显示部件是用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。 驱动控制器部件驱动控制器部件 驱动控制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器中常用步进电机、交直流伺服电机、力矩电 机、测速电机、压电陶瓷等实现驱动。控制一般用计算机或单片机来实现，这时要将一个控制接口卡插入 到计算机的插槽中。 机械结构部件机械结构部件 仪器中的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 ,如导轨、轴系、基座、支 架、微调、锁紧、限位保护等机构。所有的零部件还要装到仪器的基座或支架上 ,这些都是测控仪器必不 可少的部件，其精度对仪器精度影响起决定作用。 1.5. 5. 写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：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）；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。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。 分度值分度值 在计量器具的刻度标尺上，最小格所代表的被测尺寸的数值叫做分度值，分度值又称刻度值。 分辨力分辨力(resolution)(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的追求高分辨 力是不可取的。 示值误差示值误差(error of indication)(error of indication) 测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。由于真值不能确定，实际上用的是约定真值，即常用某量的多 光电管放大、倍增管放大等 电子信 息处理系 统 光电系统 名称 机械系统 光学式放大部件 次测量结果来作为约定真值。测量仪器的示值误差，包含有仪器的随机误差和系统误差，因此用测量的方 法确定仪器示值误差时，同一个值测量次数一般不要超过三次。示值误差越小，表明仪器的准确度越高。。 测量范围测量范围(measuring range)(measuring range) 测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量范围包含示值范围还包含仪器的调节范围。如光学计的示值范 围为±0.1mm，但其悬臂可沿立柱调节 180mm，在该范围内仍可保证仪器的测量精度，则其测量范围为 180±0.1mm。又如千分尺的测量范围有 0～25mm，25～50mm，50～7