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
成的误差，温度变形引起的误差，以及振动和干扰等）
7．误差独立作用原理：一个源误差仅使仪器产生一个局部误差，局部误差是源误差的线性
函数，与其他源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合
8.微分法：若能列出仪器全部或局部作用原理方程，且当源误差为各特性或结构参数误差时，
可使用对作用原理方程求全微分的方法求得各源误差对仪器精度的影响。
优点：简单、快速
不足：对于不能列入仪器作用方程的源误差，不能用微分法求解其对仪器精度产生的影响，
例如仪器中经常遇到的测杆间隙、度盘的安装偏心等
特点：简单、快速必须要求有作用方程
9．几何法利用源误差与其局部误差之间的几何关系，分析计算源误差对仪器精度的影响
具体步骤是：
画出机构某一瞬时的作用原理图
按比例放大地画出源误差与局部误差之间的关系
依据其中的几何关系写出局部误差表达式
将源误差代入，求出局部误差大小
10、作用线和瞬时臂法：前两种方法是直接研究源误差与局部误差之间的关系 本方法研究
源误差如何随着机构传递位移逐步传递到仪器示值上
一般公式0dl r()d =φφ
dφ为转动件的瞬时微小角位移
r0(φ)为瞬时臂，定义为转动件的瞬时回转中心至作用线l-l 的垂直距离
dl 为平动件沿作用线上的瞬时微小直线位移
11运动副的作用误差
一对运动副上，存在多个源误差
一对运动副上的一个源误差所引起的作用线上的附加位移称为作用误差
一对运动副上所有源误差引起的作用线上的附加位移的总和称为该运动副的作用误差
运动副的作用误差是在运动副的作用线方向上度量源误差对该运动副位移准确性的影响
分三种情况讨论：
源误差可以转换成瞬时臂误差
源误差的方向与作用线一致
源误差既不能折算成瞬时臂误差，其方向又不与作用线一致
12.微小误差原理
与所有误差的总误差影响相比是微不足道的某一误差，称为微小误差
微小误差是可以忽略不计的，实际工作中一般要求为：若略去某项误差对总误差的影响小于
不略去结果的1/10，则该项误差可视为微小误差
根据微小误差原理，仪器的误差在测量总误差中所占的比重应该是微不足道的（1/3）。这就
是要求仪器精度高于总精度一个等级的原因
仪器总精度指标小于或等于被测参数测量总不确定度的1/3
在机械行业的参数检测中，确定测量仪器或设备精度通行的原则：仪器或设备总误差与被测
参数的公差值之比保持在1/3-1/10范围内
第三章测控仪器总体设计
1．Abbe 原则：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（被测零件的尺寸线和仪器中作为读数用的基准线（刻线基准）应顺序排成一条
直线）
误差和倾斜角成一次方关系，习惯上称为一次误差。误差和倾斜角成二次访关系，习惯上称为二次（微小）误差。遵守阿贝原则可消除一次误差，而仅留有二次微小误差
不适合Abbe原则的情况：外观尺寸过大多自由度测量仪器
Abbe原则的扩展：标尺与被测量一条线若做不到，则应使导轨没有角运动
应跟踪测量算出偏移加以补偿
2变形最小原则：尽量避免在仪器工作过程中，因受力变化或因温度变化而引起的仪器结构变形或仪器状态和参数的变化
如：仪器承重变化，引起仪器结构变形而产生测量误差
温度变化引起仪器或传感器结构参数变化，导致光电信号的零点漂移及系统灵敏度变化
3测量链最短原则
测量链的作用是感受被测量和标准量的信号。因此凡是和感受被测量和标准量有关的所有元件，如被测件、标准件、感受元件、定位元件等均属于测量链
测量链中的元件误差对仪器精度的影响最大，并且一般都是1:1影响到测量结果
测量链各环节的精度要求应最高，测量链环节的构件数目应最少，即测量链最短原则
测量链最短，只能从原始设计上加以保证，而不能采用补偿的办法来实现
放大指示链：是将感受的信号进行放大，以便于观察处理和显示
放大指示链和辅助链两大环节，它们对仪器精度的影响程度要低于测量链
3坐标基准统一原则：
设计、加工、测量基面统一,经济地获得规定的精度，避免附加的误差
对于部件：设计、装配、测量基面统一
4、精度匹配原则
根据各部分对仪器精度影响程度的不同来提出不同的精度要求和恰当的精度分配
测量链精度最高，依次递减
5经济原则
工艺决定成本计元件按照精度最低原则进行加调节环节、用光机电算进行补偿等都是有效的降低精度的方法
标准和批量是减少成本的最佳方案
6平均读数原理在光学度盘式圆分度测量中，当采用在度盘圆周上均布n个读数头的结构，并取n个读数头读数值的平均值作为读数值时，则可以消除k=cn阶谐波以外的所有谐波对读数误差的影响
平均读数原理小结：
多读数头结构平均读数原理不能消除测量过程中轴系晃动对测量结果的影响
平均读数原理已成为高精密圆分度测量装置中一条重要设计原理
不足：
采用多头读数系统，要求各个读数头的特性完全一致，这会使工艺装配调整的成本增加
平均读数原理的实质是起到补偿（抵消）部分系统误差的作用
7补偿原理
仪器的精度不可能完全靠加工来保证，巧妙的补偿可以取得较好的效果
补偿环节
一般应选择仪器中结构上的薄弱环节、工艺上的薄弱环节、精度上的薄弱环节、以及仪器中对环境条件及外界干扰的敏感环节作为补偿环节，在选择具体的补偿环节时，应考虑到通过该环节最易于实现补偿，且补偿效果最灵敏
补偿方法
结构补偿：如爱彭斯坦光学补偿法
数据处理补偿：如在高精度的圆度仪中，为了消除轴系径向误差对测量结果的影响，采用了误差分离技术，通过测量方法及数据处理，把轴系径向误差从测量结果中剔除出去
补偿要求
不同的补偿对象，有不同的补偿要求
有些需要对整个行程范围或量程范围进行连续的逐点的补偿，如对于导轨直线度偏差的补偿一般要求为整个行程范围内做连续的补偿
有些则仅要求在几个特征位置上进行，如仪器值的校正，一般可要求校正几个特征点，如首尾两点，或中间几个点，达到在选定的特征点保证仪器示值精确即可
综合补偿
补偿或校正仪器总体或某部分误差，在仪器设计中往往采用综合补偿的办法
不论仪器产生的误差来自哪个或哪些环节，通过对某个环节的调整后，便起到了综合补偿的效果
课后习题：
微分法若能列出仪器全部或局部的作用方程，那么，当源误差为各特性或结构参数误差时，可以用对作用原理方程求全微分的方法来求各源误差对仪器精度的影响。微分法的优点是具有简单、快速，但其局限性在于对于不能列入仪器作用方程的源误差，不能用微分法求其对仪器精度产生的影响，例如仪器中经常遇到的测杆间隙、度盘的安装偏心等，因为此类源误差通常产生于装配调整环节，与仪器作用方程无关。
几何法能画出机构某一瞬时作用原理图，按比例放大地画出源误差与局部误差之间的关系，依据其中的几何关系写出局部误差表达式。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。
作用线与瞬时臂法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
阿贝原则定义：为使量仪能给出正确的测量结果,必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸线的延长线上。或者说，被测零件的尺寸线和仪器的基准线（刻线尺）应顺序排成一条直线。
导轨间隙造成运动中的摆角由于标准刻线尺与被测件的直径不共线
而带来测量误差
导轨间隙造成运动中的摆角由于标准刻线尺与被测件的直径共线误
差微小到可以忽略不计
图3-3所示的三坐标测量机，或其它有线值测量系统的仪器。很难
作到使各个坐标方向或一个坐标方向上的各个平面内均能遵守阿贝
原则。
如图3-3所示的三坐标测量机，其测量点的轨迹是测头1的
行程所构成的尺寸线，而仪器读数线分别在图示的X、Y与Z直线位
置处，显然，在图示情况下测量时，X与Y坐标方向均不遵守阿贝
原则。
其中图3-3 a)为XZ平面，测头1在该平面内的行程所构成的尺
寸线与Z方向读数线共线，但与X方向读数线相距为L，在该平面
内不符合阿贝原则。
其中图3-3 b)为YZ平面，测头1在该平面内的行程所构成的尺寸线与Z方向读数线共线，但与Y方向读数线相距为L，在该平面内不符合阿贝原则。
1、对测控仪器设计的要求有( )、( )、( )、( )、( )、( )。
2、（）、（）、（）是在设计仪器的导轨时需要遵守的设计原理和原则。
3、按测控仪器的误差来源可分为（）、（）、（）三种。
4、相对误差是（）与（）的比值。
5、误差独立作用原理的表述为：一个源误差仅使仪器产生一定的局部误差，局部误差是其源误差的（），与（）源误差无关。
6、作用线是一对运动副之间（）的方向线。
9、正确度是（）大小的反映。
10、示值误差越小，表明仪器的（）越高。
11、仪器误差是指仪器（）的误差。
12、仪器精度指标的确定有（）、（）两种方法。2、误差平均原理的含义是什么？
4、仪器误差分析有哪些方法？各适用于什么场合？
五、什么是原理误差？减少它有哪些办法
六、如由于某种原因造成所设计的仪器不能符合阿贝原则时，一般应从何处着手去减小阿贝
误差？请举例说明。
十一、用微分法求出接触式光学球径仪(测环为刀口式，如图所示)的测量环半径
误差对球径仪测量球半径尺寸的影响，计算其误差影响方程式。设被测半球半
径为R ，测环半径r 、弦高h 。（8分）
十二、有一摩擦盘直线运动副，其原始误差有：摩擦盘直径误差△D = 0.004mm ，
摩擦盘回转偏心e = 0.003mm ，摩擦盘转角为0°～30°，求它们所带来的作用误
差？（8分）
附加题
用微分法分析并求出杠杆百分表的仪器误差。其中：S 为测量端输入量；t 为表
针指示值；L 为表针的长度；R 、r
`
测控仪器设计试题库
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、。
四、计算
1、机械式测微仪的原理如图1所示，试分析仪器的原理误差？
2、投影仪光路如图所示，光源发出的光线经聚光镜会聚，均匀照明不透明的被测物，经投影物镜放大成像，被测物体成像在屏上，如果由于投影仪机体加工有
?，试求：
误差，使屏到象方焦点的距离x'安装有误差x'
(1)用图解法求测量工件尺寸y的误差。
?＝0.1mm时，测量误差差值为多少?
(2)如果x'＝100mm，工件y＝20mm，x'
3、用微分法求出接触式光学球径仪的测量环半径误差对球径仪测量球半径尺寸精度的影响：(1)测环为刀口式(a)；(2)测环为半径为a的钢球(b)。设被测半球半径为R，测环半径r、弦高
h，测环上钢球的半径a。
2、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A1或A2两个位置均不能补偿阿贝误差。
答：当Z 轴滑块的瞬间摆动点为O 时，只有当平直度测量的工作点设在A 位置时，由于导轨误差引入的测量误差?=?0， 0?为辅助测量头感受到的导轨摆动带来的误差。而01??，均不能有效补偿导轨误差。
3、为什么在高精度的圆分度测量设计装置中，在度盘的对径方向上安装两个读书头，这一布局可以消除读数误差中哪些次谐波误差？为什么？
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
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
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
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。
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。
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。
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
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
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。
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
《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。（）