第一章绪论
什么是智能仪器：智能仪器是计算机与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能，具有一定的智能作用，因而被称为智能仪器。
智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展。
1.1 智能仪器发展概况
各个时期的发展：50年代：模拟式（指针式）仪器；60年代：数字式仪器；70年代：独立式智能仪器（简称称智能仪器）；80年代初：个人仪器（PC仪器）；80年代后期：虚拟仪器。
1.2智能仪器发展趋势
1、微型化
2、多功能化
3、人工智能化
4、网络化
1.3 智能仪器的分类、组成和特点
从发展应用的角度看，智能仪器分为微机内嵌式和微机扩展式两大类。
微机内嵌式：将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中，仪器包含一个或多个微机，属于嵌入式系统。
智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路等部分。微处理器是仪器的核心；存储器包括程序存储器和数据存储器用来存储程序和数据；输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等，完成信号的滤波、放大、模数转换等；输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等，将处理器处理后的数字信号转换为模拟信号；人机接口电路主要包括键盘和显示器，是操作者和仪器的通信桥梁，操作者可通过键盘仪器发出控制指令，仪器可通过显示器将处理结果显示出来；通信接口电路实现仪器与计算机或其它仪器的通信。
智能仪器的特点：1、操作自动化2、自测功能3、数据分析和处理功能4、友好的人机对话功能5、可程控操作能力
1.4智能仪器设计要求、原则及步骤
智能仪器设计的基本要求：功能及技术指标要求、可靠性要求、便于操作和维护、仪器工艺结构与造型设计要求
智能仪器的设计原则：1、从整体到局部(自顶向下)的原则2、较高的性能价格比原则3、开放式设计原则
智能仪器的设计步骤：1、确定设计任务2、拟定总体设计方案3、方案实施：（1）根据仪器总体方案，确定仪器的核心部件：单片机、信号处理器（DSP）、可编程控制器（PLC）或微计算机（MPC）等（2）设计和调试仪器。
第二章智能仪器输入/输出通道及接口技术
2.1 模拟量输入通道概述
模拟量输入通道:将实际存在的电压、电流、声音、图像、温度、压力等连续变化的模拟信号进行放大、滤波、隔离等处理，将其转换成计算机能接收的逻辑信号的电路称为模拟量输入通道。
从被转换模拟信号的数量及要求看模拟量输入道有单通道结构和多通道结构。
单通道结构（特点）：当被测信号只有一路时采用单通道结构。使用场合：带采样/保持器（S/H）的单通道结构常用于频率较高的模拟信号的A/D转换。
多通道结构（特点）：当被测信号有多路时采用多通道结构，分为并行结构和共享结构。使用场合：( 1 ) 多通道并行结构：常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统。该结构的优点速度快；缺点成本高，体积、功耗大。( 2 ) 多通道共享结构：当各路模拟输入信号不需要同时获取时，可选用共享S/H和A/D的多通道结构。这种形式的通道速度慢，但硬件开销少，适合对转换速度要求不高的系统。
2.2 传感器
传感器是指能把物理化学量转变成便于利用和输出的电信号，用于获取被测信息，完成信号的检测和转换的器件。其性能直接影响整个仪器的性能。
传感器的分类：
按转换原理分类：物理传感器和化学传感器；
按用途分类：压力敏、力敏传感器、位置传感器、液面传感器、速度传感器、热敏传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、气敏传感器、生物传感器等。
按输出信号分类：模拟传感器、数字传感器和开关传感器。
传感器的性能指标：1、线性范围2、精度3 、灵敏度4、稳定性5、频率响应特性2.3 放大器
放大器是信号调理电路中的重要元件，合理选择使用放大器是系统设计的关键。
程控放大器、仪用放大器、隔离放大器等是智能仪器中常用的放大器。
程控放大器:
作用：在通用测量仪器中，为了适应不同的工作条件，在整个测量范围内获得合适的分辨率，提高测量精度。
特点：智能仪器含有微处理器，用仪器内置的程序控制放大器的增益称为程控增益放大器简称程控放大器。
分类：程控反相放大器、程控同相放大器等
1、程控反相放大器：
由理想运放条件，有
反相放大器
反相程控放大电路
如图所示，虚线框为模拟开关，模拟开关的闭合位置受控制信号C1、C2的控制，反馈电阻又随开关位置而变，从而实现放大器的增益由程序控制。当放大倍数小于1时，程控反相放大器构成程控衰减器。
2、程控同相放大器：
同相放大电路 图为一般同相放大器的基本原理，类似的可导出同相放大器的增益
改变Rf 或R1，同样可改变放大器的增益，但同相放大器只能构成增益放大器，不能构成衰减放大器。（可构成射极跟随器）。
仪用放大器：
作用：用来放大传感器输出的微弱电压或电流信号的放大电路称为仪用放大电路（测量放大电路）。
特点：尺寸小，精度高，价格低
隔离放大器：
作用：可保护电子仪器设备和人身安全，提高共模抑制比，获得较精确的测量结果。
按耦合器件的不同，可分为光电耦合、变压器耦合和电容耦合（直流）三种。
光电耦合隔离放大器：光越强导通程度越高，光很强饱和状态，低电平。
2.4 模拟多路开关
模拟多路开关也称多路转换器，主要用于信号的切换，是输入通道的重要元件之一。当系统中有多个变化较为缓慢的模拟量输入时，常常利用模拟多路开关将各路模拟量分时与放大器、A ／D 转换器等接通，利用一片A ／D 转换器可完成多个模拟输入信号的依次转换，提高硬件电路的利用率，节省成本。
分类：机械触点式开关和集成模拟电子开关
模拟多路开关的性能指标：1、通道数量2、泄漏电流3、导通电阻4、开关速度
集成模拟多路开关：目前已有多种型号的集成模拟多路开关，如CD4051（双向、8路）、CD4052（单向、差动4路）、AD7501（单向、8路）、AD7506（单向、16路）等。它们功能
相似，仅在某些参数和性能指标上有所差异。
八通道双向模拟多路开关CD4051、双四路模拟开关CD4052
模拟开关的通道扩展：实际使用中，有时输入模拟信号数量较多，一片模拟开关不够用，需要使用多个集成模拟开关进行通道扩展，以满足使用要求。利用两片CD4051将8路开关扩展成16路开关的原理图。（实现16路扩展ROM/RAM）
2.5 采样保持器
采样定义：采样是对模拟信号周期性的抽取样值，使模拟信号变成时间上离散的脉冲串，采样值的大小取决于采样时间内输入模拟信号的大小。
常见的采样-保持电路
A为理想运算放大器，CH为保持电容，T为场效应管
（保持：使输出电压不随时间变化而变化）
当S为高电平（S=1）时：场效应管T导通，输入模拟信号Vi对保持电容CH充电，当S=1的持续时间tw远远大于电容CH的充电时间常数时，在tw时间内，CH上的电压Vc跟随输入电压Vi的变化，使输出电压Vo=Vc=Vi，这段时间为采样时间。
当S为低电平（S=0）时：场效应管T截止，由于电压跟随器的输入阻抗很高，存储在上CH的电荷不会泄露，CH上的电压Vc保持不变，使输出电压Vo能保持采样结束瞬时的电压值，这段时间为保持时间。
采样脉冲的频率即采样频率fs（1/Ts）越高，采样越密，采样值越多，采样信号的包络线越接近输入信号的波形
集成采样保持器：将采样保持电路的元器件集成在一片芯片上可构成集成采样保持器。集成采样保持器种类很多，常用的集成芯片有LF198/298/398、AD582等。其中LF198/298/398这三种芯片工作原理相同，仅参数有所差异。
LF398内部结构
两个运算放大器，接成单位增益的电压跟随器，S是模拟开关，是比较器，当逻辑控制端IN（+）为“1”时S闭合，输出跟随输入变化，处于采样状态；当IN（+）为“0”时，S断开，输出不随输入而变化，呈保持状态。
LF398的典型连接方法
2脚接1kΩ电阻，用于调节漂移电压；7脚接地，8脚接控制信号。当控制信号大于1.4V 时，LF398处于采样状态；当控制信号为低电平时，处于保持状态。6脚外接保持电容，保持电容可选用漏电流小的聚苯乙烯电容、云母电容或聚四氟乙烯电容，其数值直接影响采样时间及保持精度。增加保持电容CH的容量可提高精度，但会使采样时间加长。因此，当精度要求不高（±1%）而速度要求较高时，CH可小至100pF。当精度要求高（±0.01%），如与12位A/D相配合时，为减小下降误差和干扰，应取CH＝1000pF。（重点）
采样保持器主要性能指标（在设计智能仪器选择采样/保持时，主要考虑哪些因素）：捕捉时间、孔径时间、孔径不定时间：孔径变化范围、孔径误差、保持电压的下降速度
2.6 A/D 转换器
A/D转换器过程：采样---->量化---->编码
1.并联比较型A/D转换器：
并联比较型A/D转换器组成：分压电阻链、电压比较器、寄存器和优先编码器（性能最好、速度最快）
3位并联比较型A/D转换器原理图
VREF分压。R/2电阻分得的电压为
同理可得到其他各R上分得的电压
优点：转换速度快。缺点：随着输出位数的增加，所需器件数增加很快
2.逐次逼近型A/D转换器：是目前集成A/D转换器产品中使用较为普遍的一种。常用的集成
3.芯片AD0808/0809系列（8位）
双积分式A/D转换器：由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速度较慢。
4.Σ-ΔADC基本原理
Σ-△模数转换器内部主要构成：抗混叠滤波器、模拟Σ-△调制器、数字低通滤波器
过采样技术：这种采样频率远高于输入信号频率的技术称为过采样技术，过采样技术可提高ADC的分辨率。
5.A/D转换器的主要技术指标
转换精度常采用分辨率和转换误差来描述。
分辨率和量化误差：位数越多，能够区分模拟输入电压的最小值越小，分辨能力越高，量化误差越小。所以，分辨率常以ADC输出的二进制或十进制数的位数表示。如输出为12位
二进制数，分辨率为
转换误差：偏移误差、满刻度误差、非线性误差
2.7 A/D转换器与微处理器的接口
A/D转换器的控制方式：程序查询方式、延时等待方式、中断方式
AD作用把模拟量转化成数字量（电压）
2.8 开关量输入通道
指只有开和关、通和断、高和低两种状态的信号，可以用二进制数0和1表示。
2.9 模拟量输出通道
模拟量输出通道是计算机对采样数据实现某种运算处理后，将处理结果回送给被测对象的数据通路。输出数字信号的形式主要有开关量、数字量和频率量。模拟量输出通道是将微机输出的数字量转换成适合于执行机构所要求的模拟量的环节。
D/A转换器的主要技术指标：
1、转换精度：指在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差。通常用分辨率和转换误差描述。
（1）分辨率
指当输入数字发生单位数码变化时所对应的输出模拟量的变化量。DAC的位数（输入二进制数码的位数）越多，输出电压的取值个数越多，越能反映输出电压的细微变化，分辨率越高，一般可用DAC的位数衡量分辨率的高低。
另外，DAC的分辨率也可用DAC能够分辨出的最小电压（对应输入二进制代码中只有最低有效位为1，其余为零）与最大输出电压（对应输入二进制代码中各位全为1）的比值表征。
例如8位的D/A转换器，分辨率为:
4096
/1
2/112=
对于n位D/A转换器，分辨率为。分辨率是D/A转换器在理论上能达到的精度。不考虑转换误差时，转换精度即为分辨率的大小。
（2）转换误差
实际D/A转换器由于各元件参数值存在误差、基准电压不够稳定以及运算放大器的漂移等，使D/A转换器实际转换精度受转换误差的影响，低于理论转换精度。
转换误差指实际输出的模拟电压与理想值之间的最大偏差，常用这个最大偏差与输出电压满刻度（FSR）的百分比或最低有效位（LSB）的倍数表示。
一般是增益误差、漂移误差和非线形误差的综合指标。
增益误差（比例系数误差）、漂移误差（平移误差）、非线性误差（非线性度）P56页
例如某8位DAC的非线性误差为±0.05%，最大正、负误差为:
因此，非线性误差也常用若干个LSB表示（如上例的），一般要求DAC的非线
形误差小于。
2.10 开关量输出通道
固态继电器输出接口电路：是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点功率型电子开关。可达到无触点、无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。具有开关速度快、体积小、质量轻、寿命长、工作可靠等优点，特别适合控制大功率设备场合。
固态继电器又分为：直流型固态继电器（DC-SSR）和交流型固态继电器（AC-SSR）。直流型主要用于直流大功率控制场合；
交流型主要用于交流大功率控制场合。又分为：过零型和非过零型。
SSR应用中应注意的问题：
（1）直流型和交流型用途不同，不能互换。
（2）交流型有过零型和非过零型两种，要求射频干扰小的场合应使用过零型。
（3）SSR的输入均为发光二极管，可直接由TTL驱动，也可以用CMOS电路再加一级跟随器驱动。驱动电流约5～10mA时输出端导通，1mA以下输出端断开。
（4）切忌负载短路
第三章常见模拟量信号的检测方法
3.1 概述
智能仪器中起控制作用的微处理器所处理的信号是二进制的数字信号，但物理世界中大量的信号都是连续变化的模拟量，智能仪器能够对它们进行处理的前提，先要能把模拟信号变换为数字信号，完成这种变换的电路叫模-数变换器（A/D变换器，简称ADC）。
模拟信号转换为数字信号的原理图
3.2 电压类信号的检测
电压测量是其它许多电参量，也包括非电参量的基础。
1.对电压测量的基本要求：
频率范围宽：被测电压的频率可以是超低频、低频、高频或超高频，其频率范围为0HZ 到几百MHZ，甚至达到GHZ量级。电压测量范围广、输入阻抗高、测量准确度高、抗干扰能力强
2.交流电压的测量
一个交流电压的大小，可以用它的峰值，平均值，有效值v及波形因数、波峰因数来表征。
3.3 电流信号的检测
1.传统的手动分档测量方法
测量电流的基本原理是将被测电流通过已知电阻（取样电阻），在其两端产生电压，这个电压与被测电流成正比。
图3.3为一种用数字电压表分档测量直流电流的基本电路，该电路将输入电流分为20A、200mA、20mA、2mA四个量程，转换电阻用0.01Ω、0.99Ω、9Ω、90Ω四个电阻串连，将四种量程的电流接入电路的不同点，使得每种量程的电流在满量程时得到的电压都是0.2V（尽量选取数字电压表电压量程的最低档，以便做到尽可能小的电流测量的内阻），从而用0.2V 的数字电压表配合不同的显示单位及小数点位置指示被测电流的大小。这种方法是数字多用表常用的测量方法。
2.自动分档测量方法
在自动测试系统中一般以电流信号的最大值确定所需电阻，如最大值为100mA，A/D的输入最大值为10V，可选电阻为0.1KΩ，如果将自动量程分为四个档位，可用4个25欧的电阻串联，通过模拟开关引出不同的信号，电路如图3.4所示，图中运算放大器起输入缓冲作用。
这种方法对于直流电流和交流电流的测量都适用。
3.4 相位型信号的检测
相位测量方法的原理，已知未知被测量量，如何提高精度？
在检测系统中相位定义为同频的两路信号之间的相位之差，严格来讲是指两路正弦信号的相位差
1. 软件分析法
如图3. 5a所示，假如被测信号是不含直流分量的标准的正弦波X1和X2，用同步采样的方法将两路信号量化，对其进行分析，求得X1的两个同类过零点、求得X2的一个同类过零点（这里同类过零点是指都是由正到负或都是由负到正的过零点），由采样频率和采样点数通过X1的两个同类过零点求得信号的周期T，通过X1的过零点与X2的过零点之间的时间差ΔT。
这种方法是借助数据采集来完成的，其精度受采样点数和采样频率的限制，但在需要同步采样的场合可以兼而求得，如图3. 5b为一种对相位信号进行检测的采集电路，图中SHA为采样保持放大器，AD为A/D转换器，μP为微处理器。
2. 过零比较器法
设X1、X2为不含直流分量得正弦波或三角波，将X1、X2分别经过两个过零比较器变为方波，利用两个方波的上升沿或下降沿的时间差和其中一个方波的周期可求得相位，算法如上。图3. 6a为用中断法通过过零比较器输出的下降沿求相位的电路，所采用运算放大器无特殊要求.
过零比较器的整形过程见图3.6b。这里要求单片机内部定时器的计数频率与被测信号频率相比足够高，例如相位测试分辨率为0.1o，定时器的时钟频率应为被测信号频率的3600倍。
3.5 时间型信号的检测P75
时间型信号测量方法的原理，已知未知被测量量，如何提高精度？
3.6 频率及周期型信号的检测
简述频率测量的几种基本方法并比较各种方法的优缺点和适用范围并说明适用的原因。高频采用测频法低频采用测周法
频率及周期型信号的特点
由于频率和周期互成倒数关系，对于智能检测系统来说，计算倒数之类问题不需要作为主要问题考虑，主要考虑测量精度要高，电路尽可能要简单。使用电子计数器可以直接按照f=N/T所表达的频率的定义进行测量，考虑到电子计数器在计数时必然存在的±1误差，测量低频信号时不宜采用直接测频的方法，否则±1误差带来的影响比较显著甚至会很惊人。此时可以改为先测量信号的周期，然后计算其倒数得到频率值，称之为测周的方法。测周的方法同样不具有普遍的适用性，它可以用在测量较低频率的信号，而不适用在测量较高频率信号的场合。
此外被测型号也可能带有一定的干扰信号，因此加适当的低通滤波也是必需的。
优点：当被测信号的频率较低时我们应该反过来测信号的周期。这样才能提高测量精度和刷新频率。
3.7 电阻型信号的检测
1.恒流法测电阻
测量电阻的最简单的方法是根据欧姆定理利用一个恒定电流通过电阻先变成电压再求之。
2.恒压法测电阻
如图3.17电路所示，设Vref为恒定的电压，R0为标准电阻，则：
用恒压法测电阻时，参考电压、标准电阻的误差会直接反映在测量值中。
3.恒阻法测电阻
非常适用于同时检测多个电阻。
4.积分法测电阻
测量较大的电阻。
第5章智能仪器的典型数据处理功能
重点：1. 随机误差的处理和数字滤波方法2. 系统误差的处理和传感器的非线性校正3. 测量数据的标度变换
5.1 概述
与常规的模拟电路相比，智能仪器的数据处理具有如下优点：
（1）可用程序代替硬件电路，完成多种运算。
（2）能自动修正误差。
（3）能对被测参数进行较复杂的计算和处理。
（4）能进行逻辑判断。
（5）智能仪器不但精度高，而且稳定可靠，抗干扰能力强。
5．2 测量结果的非数值处理
一、查表
所谓查表法就是把事先计算或测得的数据按照一定顺序编制成表格，根据被测参数的值或者中间结果，查出最终所需要的结果。
1.顺序查表法：
顺序查表法就是从头开始，按照顺序把表中元素的关键项逐一地与给定的关键字进行比较。若比较结果相同，所比较的元素就是要查找的元素；若表中所有元素的比较结果都不相同，则该元素在表中查找不到。
顺序查表查找速度相对较慢。对于无序表，特别是在表中记录不多的情况下，用顺序查找法是适宜的。
2. 对半查表法
基本思想：设置两个指针L0和Hi，分别保存表的下限值和上限值的序号，开始查表时设
置Lo=0，Hi=N-1。设N个元素按照从小到大的顺序排列，则中心元素的序号为：
由此将表分为前半部分和后半部分。然后计算中心元素的地址：
根据中心元素的位置找出中心元素，并和查表的元素进行比较，若中心元素大于查表的元素，则选取表的前半部分，修改上限指针Hi ：(下限指针Lo不变)
若中心元素小于查表的元素，则选取表的后半部分，修改下限指针Lo：(上限指针Hi不变)
若中心元素等于查表的元素，则查表成功。
3. 计算查表法
这是智能仪器中经常使用的快速查表方法，仅适宜于有序表格。这种方法不需要像上述两种方法那样逐个比较表中的关键项，查出表中关键项的记录，而是直接由关键项或经过简单计算，即可直接找到所需数据。
二、排序
1.冒泡排序法
在有N个数据的数列中依次比较两个相邻的一对数据，如果不符合规定的递增(或递减)顺序，则交换两个数据的位置，接着比较第二对(第二个和第三个数据)，直到数列所有的数据依次比较完毕后，第一轮比较结束，这时最大(或最小)的数据降到数列中最后的位置。第一轮排序需要进行(N一1)次比较
同理，第二轮比较需要进行(N一2)次比较，第二轮结束后，次最大(或最小)的数据排在底部往上第二位置上。
重复上述过程，直至全部排完，从而实现这组数据由大到小（或由小到大）的顺序排列。
2. 希尔排序法]2/)
[(Hi
L
Mi+
=
i
Mi?
+
=表首地址
Addm
Mi
Hi=
Mi
Lo=
先取一个正整数d1（d1＜n，n为数据个数），把全部记录分成d1个组，所有相距为d l的数据看成是一组，然后在各组内分别进行插入排序，也就是在每组中将一个待排序的数据按其大小插到这组已经排序的序列中的适当位置，直到这组数据全部插入完毕为止；
接着取d2（d2＜d1 ），重复上述分组和排序操作；
直到d i=1 (i＞＝1)，即所有记录成为一个组为止。
希尔排序对d i的选择没有严格规定，一般选d1约为n／2，d2为d1／2，d3为d2／2，…，
d i＝1。这样大大减少了数据移动次数，提高了排序效率。
5.3 测量结果的数值处理
一、随机误差处理及数字滤波
随机误差(random error)由窜入仪器的随机干扰所引起。它是指在相同条件下多次测量同一物理量时，其大小和符号作无规则的变化，且无法进行预测，但在多次重复测量时，其总体服从统计规律的误差。
与硬件滤波相比，数字滤波具有以下优点：
①因为用程序滤波，无需增加硬件设备，且可多通道共享一个滤波器(多通道共同调用一个滤波子程序)，从而降低了成本。
②由于不用硬设备，各回路间不存在阻抗匹配等问题，故可靠性高，稳定性好。
③可以对频率很低的信号(如0．01Hz以下)进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。
④可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数，使用方便、灵活。
1.程序判断滤波
限幅滤波
限幅滤波的基本算法是把两次相邻的采样值相减，求出其增量(以绝对值表示)，然后与两次采样允许的最大差值(由被控对象的实际情况决定)△y进行比较，若小于或等于△y，则取本次采样值；若大于△y，则仍取上次采样值作为本次采样值，即：
|Y(k)－Y(k－1)|≤△y，则Y(k)=Y(k)，取本次采样值；
|Y(k)－Y(k－1)|>△y，则Y(k)=Y(k－1)，取上次采样值。
式中Y(k)——第k次采样值；
Y(k－1)——第(k－1)次采样值；
△y——相邻两次采样值所允许的最大偏差，取决于采样周期T及采样值Y的动态响应。限幅滤波程序流程
这种滤波方法主要用于变化比较缓慢的参数，如温度、物位等测量系统。门限值△y的选取是非常重要的，通常可根据经验数据获得，必要时也可由实验得出。
限速滤波
限速滤波是用3次采样值决定采样结果，设采样时刻t l、t2、t3所采集的参数分别为Y(1)，Y(2)，Y(3)，则
|Y(2)－Y(1)|≤△y，则Y(2)作为本次采样值；
|Y(2)－Y(1)|>△y，则Y(2) 不被采用，但仍保留，继续采样取得Y(3)；
|Y(3)－Y(2)|≤△y，则Y(3)作为本次采样值；
|Y(3)－Y(2)|>△y，则取[Y(3)+Y(2)]/2 作为本次采样值。
限速滤波是一种折中的方法，既照顾了采样的实时性，又兼顾了采样值变化的连续性。这种方法的缺点是：
①△y的确定不够灵活，必须根据现场的情况不断更换新值；
②不能反映采样点数N>3时各采样数值受干扰的情况。因此，它的应用受到一定的限制。
在实际使用中，可用[|Y(1)－Y(2)|+| Y(2)－Y(3) | ]/2取代△y，这样也可以基本保持限速滤波的特性，虽然运算量增加，但灵活性大为提高。
2. 中值滤波
中值滤波是对某一参数连续采样N次(N取奇数)，然后把N次采样值顺序排列，再取中间值作为本次采样值。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定所引起的脉动干扰十分有效。对缓慢变化的过程变量采用此法有良好的效果，但不宜用于快速变化的过程参数(如流量)。
3.算术平均值滤波
算术平均值滤波就是连续取N
式中，N为采样次数，y i为第i
结果越准确，但计算时间也越长。这种滤波方法适用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工，但对脉冲性干扰的平滑作用不理想，不宜用于脉冲性干扰较严重的场合。
4.递推平均值滤波
把N个测量数据y1、y2．
．．、y N看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的测量，把测量结果作为队尾的y N，而扔掉队首的y1，这样在队列中始终有N个“最新”数据。计算滤波值时，只要把队列中的N个数据进行算术平均，就可以得到新的滤波值，这样，每进行一次测量，就可以计算得到一个新的平均滤波值，其数学表达式
——第n次采样值经滤波后的输出
——未经滤波的第n－i次采样值;
N——递推平均项数。
递推平均滤波法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低;对偶然出现的脉冲干扰的抑制作用差，不易消除由于脉冲干扰引起的采样值偏差，因此它不适用于脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频震荡系统。
N值的选取既要考虑计算滤波值时少占用计算机的时间，又能达到较好的滤波效果。
5. 加权递推平均值滤波
为了提高滤波效果，可将各次采样值取不同的比例系数后再相加，这种方法被称为加权平均滤波法。其运算关系式为 c i
为加权系数，对它的选取应满足：
6. 一阶惯性滤波（低通数字滤波）
式中：x n 是第n 次采样值，y n 是第n 次滤波输出值，
y
是第n －1次滤波输出值。
为滤波系数，T f 和T 不产生明显的纹波即可。
7.高通数字滤波
数学表达式为 8.复合数字滤波
为了进一步提高滤波效果，有时可以把两种和两种以上不同滤波功能的数字滤波器组合起来，构成复合数字滤波器，或称多级数字滤波器。
二、系统误差的处理及传感器的非线性校正
系统误差(system error)是指在相同条件下多次测量同一物理量，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化。恒定不变的误差称为恒定系统误差，而按一定规律变化的误差称为变化系统误差。
产生误差的主要因素有：
（1）测量装置方面
（2）环境方面
（3）测量方法方面
（4）测量人员方面
1. 系统误差的模型校正法
在仪表中用运算放大器电路测量电压，常会引入零位误差和增益误差。设x 是实际值，y 是带有误差（零漂和误差增益）的测量值，ε是干扰或零漂，i 是放大器偏置电流，k 是放大器增益，从输出端y 引一反馈量y ′到输入端以改善系统的稳定性。
假设实际值x 与测量值y 是线性关系，
即建立系统误差模型为 c ...c c 11-N 2010<<<=∑-=N i i c 1)1(---=n n n y
x y αα01b
y b x +=
为了消除系统误差的影响，求出x，需要先求出式中的系数b1、b0。现在分别测量标准电源E和短路电压信号，由此得到两个方程：
联立求解，可得
于是经过修正的被测量x为
仪器分析试卷3及答案 一、选择题( 共18题30分) 1. 2 分(1725) 下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是( ) (1)凡极性分子的各种振动都是红外活性的, 非极性分子的各种振动都不是红外活性的 (2) 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的 (3) 分子的偶极矩在振动时周期地变化, 即为红外活性振动 (4) 分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化, 必为红外活性振动, 反之则不是 2. 2 分(1733) 原子光谱(发射、吸收与荧光)三种分析方法中均很严重的干扰因素是( ) (1)谱线干扰 (2)背景干扰 (3)杂散干扰 (4)化学干扰 3. 2 分(1134) 电池，Ca（液膜电极）│Ca2+(a = 1.35×10-2mol/L) || SCE 的电动势为0.430V, 则 未知液的pCa 是( ) (1) -3.55 (2) -0.84 (3) 4.58 (4) 7.29 4. 2 分(1202) 为了提高溶出伏安法的灵敏度，在微电极上电积富集的时间( ) (1) 越长越好 (2) 越短越好 (3) 一定时间 (4) 根据实验来确定 5. 2 分(1129) 在CuSO4溶液中，用铂电极以0.100A 的电流通电10min，在阴极上沉积的铜的质量 是多少毫克[A r(Cu) = 63.54] ( ) (1) 60.0 (2) 46.7 (3) 39.8 (4) 19.8 6. 2 分(1003) 在(a),(b)两图中, 实线代表原子发射光谱法中有背景时的工作曲线, 虚线代表扣除了背景后的工作曲线,
试说明: (1) 各属于什么情况下产生的光谱背景(判断光谱干扰是来自分析线还是来自内标线)？ (2) 对测定结果有无影响? 7. 2 分(1678) 某化合物的相对分子质量M r=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为 ( ) (1) C4H8O (2) C3H4O2(3) C3H6NO (4) (1)或(2) 8. 2 分(1348) 原子吸收光谱仪与原子发射光谱仪在结构上的不同之处是( ) (1)透镜 (2)单色器 (3)光电倍增管 (4)原子化器 9. 2 分(1156) 使pH 玻璃电极产生钠差现象是由于 ( ) (1) 玻璃膜在强碱性溶液中被腐蚀 (2) 强碱溶液中Na+浓度太高 (3) 强碱溶液中OH-中和了玻璃膜上的H+ (4) 大量的OH-占据了膜上的交换点位 *. 2 分(1932） 库仑分析与一般滴定分析相比（） （1）需要标准物进行滴定剂的校准 （2）很难使用不稳定的滴定剂 （3）测量精度相近 （4）不需要制备标准溶液，不稳定试剂可以就地产生 11. 2 分(1700) 试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰强度最大的是( ) (1) C-H (2) N-H (3) O-H (4) F-H
附件1 广东财经大学华商学院课程教学大纲模板 一、课程简介 人工智能是计算机与自动化学科的一门分支学科。它研究如何用机器来模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、学习、规划、诊断等智能活动。人工智能是当前科学技术中正在迅速发展，新思想、新观点、新技术不断涌现的一个学科，也是一门涉及数学、计算机科学、控制论、信息论、心理学、哲学等学科的交叉和边缘学科。人工智能原理是计算机科学技术类专业的应用学科。前修课程包括：离散数学、数据结构、算法分析与设计等，后续课程：专家系统，知识工程。 二、教学目标 （1）熟练掌握图搜索策略，熟练掌握回溯策略、图搜索策略的过程以及算法（BACKTRACK 以及AI算法），掌握一些典型问题的启发式函数； （2）掌握用命题逻辑、一阶逻辑表示知识的方法，并在此基础上进行推理，熟练掌握归结方法以及归结反驳过程，熟练掌握利用归结反驳方法进行推理。 （3）掌握基于贝叶斯规则的不确定性推理，掌握条件概率、独立、条件独立及贝叶斯公式；掌握利用贝叶斯定理检测垃圾邮件的基本方法。 三、主要教学模式和教学手段 1．本课程的教学包括课堂讲授、课外作业、辅导答疑、上机实验和期末考试等教学环节。
2．课堂教学采用启发式教学方法，理例结合，多媒体并用，引导学生加深对课程内容的理解，提高学生的学习兴趣和效果。 3．理论联系实际，通过本课程的教学，力争使学生在理解和掌握大纲所要求的知识内容的基础上，能正确地运用这些知识解决有关实际问题。 四、教学内容（要求编写所有章节的主要内容） 第一章人工智能概述 基本内容和要求： 1．人工智能的概念与目标； 2．人工智能的研究内容与方法； 3．人工智能的分支领域； 4．人工智能的发展概况。 第二章逻辑程序设计语言Prolog 基本内容和要求： 1．掌握Prolog语言的语句特点、程序结构和运行机理； 2．能编写简单的Prolog程序，能读懂一般的Prolog程序。 教学重点： Prolog程序设计。 教学难点： 表与递归，回溯控制 第三章基于图搜索的问题求解 基本内容和要求： 1．掌握状态图的基本概念、状态图搜索基本技术和状态图问题求解的一般方法，包括穷举式搜索、启发式搜索、加权状态图搜索和A算法、A*算法等； 2．掌握与或图的基本概念、与或图搜索基本技术和或图问题求解的一般方法； 3．理解一些经典规划调度问题（如迷宫、八数码、梵塔、旅行商、八皇后等问题）的求解方法； 教学重点：
一、基本概念及原理 本底信号：没有试样时，仪器所产生的信号，主要由随机噪声产生。 空白信号：当试样中没有待测组分时，仪器所产生的信号，由试样中除待测组分外的其他组分的干扰所引起的。 检出限：某一方法在给出的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量称为这种方法对该物质的检出限。 线性范围：校准曲线的直线部分所对应的被测物质的浓度或量的范围叫作该方法测定这种物质的线性范围。 旋光性：能使平面偏振光振动平面旋转的性质称为物质的旋光性; 旋光现象:使偏振光的振动面发生旋转的现象。 偏振光：只在一个平面上振动的光称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。 红外吸收光谱：红外光照射分子时，将引起振动能级间的跃迁所产生的分子吸收光谱称为红外吸收光谱（IR）或振动-转动光谱。 分子振动的类型：伸缩振动、变形振动 变形振动：原子与键轴成垂直方向振动，键角发生周期 变化而键长不变的振动称为变形振动。 据对称性的不同分为对称变形振动和不对称变形振动 据振动方向是否在原子团所在平面分为面内变形振动和面
外变形振动 面内变形振动：剪式振动、平面摇摆振动 面外变形振动：垂直摇摆、扭曲振动 偶极矩：表示分子中电荷分布情况的物理量；即分子正负电荷中心所带的电荷量q 与正负电荷中心之间的距离 d 的乘积。 极化率：表示分子中电子云变形的程度，它随着振动的变化而改变； 如图CO2分子的振动，对称伸缩振动时，极化率变化，但分子偶极矩不变，是非红外活性的； 不对称伸缩振动和弯曲振动，将引起偶极矩变化，显红外活性，但是极化率在键角变化前后同时增大或缩小，其净结果相互抵消。 可见光：电磁波谱中人眼可以感知的部分，一般为360——900nm 红外吸收光谱的产生条件： 1、分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化，这样分子才会吸收特定频率的红外光。只有同核双原子分子才是非红外活性，如H 2、N2等。 2、照射分子的红外光的频率与分子某种振动的频率相同时，分子吸收能量后，才能产生跃迁，在红外图谱上出现相应的吸收带。
分子吸收光谱 1.紫外光谱的电磁波谱范围是(C) （A）400～760nm (B) 0.75～2.5μm (C)200～400nm (D) 2.5～25μm (E) 50～1000μm 2.下列化合物中，羟基作为助色团的化合物是(C) (A) -CH2OH (B) -OH (C) -OH (D) CH2-CH-CH2 (E)CH3-CH-CH=CH2 | | | | OH OH OH OH 3下列5组数据中，哪一组数据所涉及的红外光谱区能包括CH3CH2CH2COH 的吸收带：E A 3000～2700 cm-11675～1500cm-11475～1300cm-1 B 3000～2700 cm-12400～2100cm-11000～650cm-1 C 3300～3010 cm-11675～1500cm-11475～1300cm-1 D 3300～3010 cm-11900～1650cm-11475～1300cm-1 E 3000～2700 cm-11900～1650cm-11475～1300cm-1 4分子光谱是由于______而产生的。B A 电子的发射 B 电子相对于原子核的运动以及核间相对位移引起的振动和转动 C 质子的运动 D 离子的运动 5不饱和烃类分子中除含有σ键外, 还含有π键, 它们可产生______两种跃迁。A A σ→σ*和π→π* B σ→σ*和n→σ* C π→π*和n→π* D n→σ*和π→π* 6溶剂对电子光谱的影响较为复杂, 改变溶剂的极性, _______。B A 不会引起吸收带形状的变化
B 会使吸收带的最大吸收波长发生变化 C 精细结构并不消失 D 对测定影响不大 O在红外光谱中出现的吸收峰数目为(A) 7.H 2 (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 2 (E) 1 8红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度, 可以用来（A）。 A 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定 B 确定配位数 C 研究化学位移 D 研究溶剂效应 9．表示红外分光光度法通常用(C) (A)HPLC (B)GC (C) IR (D)TLC （E）AAS 10 在有机化合物的红外吸收光谱分析中，出现在4000~1350cm-1频率范围的吸收峰可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为___ C ___。 A．指纹区，B．基团频率区，C．基频区，D．合频区。 11 紫外吸收光谱的最重要应用是为我们提供识别未知有机化合物分子中可能具有的_____和估计共轭程度的信息，从而推断和鉴别该有机物的结构。（A） A 生色团、助色团 B 质子数 C 价电子数 D 链长 12 光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。电磁辐射（电磁波）按其波长可分为不同区域，其中中红外区波长为__ B ____。 A 12820~4000cm-1 B 4000~200 cm-1 C 200~33 cm-1 D 33~10 cm-1 13 下列羰基化合物中C＝O伸缩振动频率最高的是：（C） A RCOR’
北京化工大学 仪器分析习题解答 董慧茹编 2010年6月
第二章 电化学分析法习题解答 25. 解： pHs = 4.00 , Es = 0.209V pHx = pHs ＋059 .0Es Ex - (1) pHx 1 = 4.00 + 059.0209 .0312.0- = 5.75 (2) pHx 2 = 4.00 ＋059 .0209 .0088.0- = 1.95 (3) pHx 3 = 4.00 ＋059 .0209 .0017.0-- = 0.17 26. 解： [HA] = 0.01mol/L , E = 0.518V [A -] = 0.01mol/L , ΦSCE = 0.2438V E = ΦSCE － Φ2H+/H2 0.518 = 0.2438 － 0.059 lg[H +] [H +] = k a ][] [- A HA = 01.001.0k a 0.518 = 0.2438 － 0.059 lg 01 .001 .0k a lg k a = - 4.647 k a = 2.25×10-5 27. 解： 2Ag + + CrO - 24 = Ag 2CrO 4 [Ag +]2 = ] [24- CrO Ksp
Ag CrO Ag SCE E /42φφ-= - 0.285 = 0.2438 - [0.799 + 2 24)] [lg(2059.0-CrO Ksp ] ][lg 24-CrO Ksp = - 9.16 , ] [24- CrO Ksp = 6.93×10-10 [CrO - 24 ] = 10 1210 93.6101.1--?? = 1.59×10-3 (mol/L) 28. 解：pBr = 3 , a Br- = 10-3mol/L pCl = 1 , a Cl- = 10-1mol/L 百分误差 = - - --?Br Cl Cl Br a a K ,×100 = 3 1 31010106---??×100 = 60 因为干扰离子Cl -的存在，使测定的a Br- 变为： a -Br = a -Br ＋K --Cl Br .×a -Cl = 10-3＋6×10-3×10-1=1.6×10-3 即a -Br 由10-3mol/L 变为1.6×10-3mol/L 相差3.0 - 2.8 = 0.2 pBr 单位 29. 解：
仪器分析试卷 一、填空题 1.光谱是由于物质的原子或分子在特定能级间的跃迁所产生的，故根据其特 征光谱的（波长(或波数、频率)）进行定性或结构分析；而光谱的（强度（或黑度、峰高））与物质的含量有关，故可进行定量分析。 2.在AAS分析中，只有采用发射线半宽度比吸收线半宽度小得多的（锐线光 源），且使它们的中心频率一致，方可采用测量（峰值吸收）来代替测量积分吸收的方法。 3.物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中（生色团）及（助色团）的特性， 而不是它的整个分子的特性。 4.一般而言，在色谱柱的固定液选定后，载体颗粒越细则（柱效）越高，理 论塔板数反映了组分在柱中（分配平衡）的次数。 5.库仑分析的必要条件是电流效率为（ 100% ）。 6. 按照极化产生的原因可把极化分为（浓差极化）和（电化学极化）。 7. 元素光谱图中铁谱线的作用是（元素光谱图中的铁光谱线为波长标尺，可为查找谱线时作对照用。） 二．选择题： 1. 分光光度计的可见光波长范围时: ( B ) A.200nm~400nm; B.400nm~800nm; C.500nm~1000nm; D.800nm~1000nm 2. 在直接电位法分析中，指示电极的电极电位与被测离子活度的关系为（D ） A.与其对数成正比； B.与其成正比； C.与其对数成反比； D.符合能斯特方程式。 3. 极谱分析中在溶液中加入支持电解质是为了消除( B ) A.极谱极大电流； B. 迁移电流； C. 残余电流； D. 充电电流。
4. 在原子发射光谱分析中，把一些激发电位低、跃迁几率大的谱线称为（A ）。 A.共振线； B.灵敏线； C.最后线； D.次灵敏线 5. 在分子吸收光谱中，把由于分子的振动和转动能级间的跃迁而产生的光谱称作（ C ）。 A.紫外吸收光谱（UV）； B.紫外可见吸收光谱； C.红外光谱（IR）； D.远红外光谱. 6. 某物质能吸收红外光波，产生红外吸收光谱图，那么其分子结构中必定（C）。 A.含有不饱和键； B.含有共轭体系； C.发生偶极矩的净变化； D.具有对称性。 7. 具有组成结构为：光源→单色器→吸收池→检测器的分析仪器是（C ）光谱仪。 A.原子发射光谱仪； B.原子吸收光谱仪； C.紫外-可见分光光度计； D.红外光谱仪。 8. 在电动势的测定中盐桥的主要作用是( A ) A．减小液体的接界电势B．增加液体的接界电势 C．减小液体的不对称电势D．增加液体的不对称电势 9．涉及色谱过程热力学和动力学两方面因素的是（B ）。 A. 保留值； B. 分离度； C. 相对保留值； D. 峰面积 10. 若在一个1m 长的色谱柱上测得两组分的分离度为0.68，若要使它们完全分离，则柱长(m) 至少应为( C ) A.0.5； B.2 ； C.5； D.9。 11. 分析线和内标线符合均称线对的元素应该是( D ) A. 波长接近； B.挥发率相近； C. 激发温度相同； D.激发电位和电离电位相近。 12. 气－液色谱法，其分离原理是（B ） A. 吸附平衡； B. 分配平衡； C. 离子交换平衡； D. 渗透平衡。 13.下列方法中，那个不是气相色谱定量分析方法：( D ) A．峰面积测量B．峰高测量 C．标准曲线法D．相对保留值测量
传感器原理复习提纲第一章绪论 1.检测系统的组成。 2.传感器的定义及组成。 3. 传感器的分类。 4.什么是传感器的静态特性和动态特性。
5.列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。 x输入量，y输出量，a0零点输出，a1理论灵敏度，a2非线性项系数 灵敏度传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。 表征传感器对输入量变化的反应能力 线性传感器非线性传感器 迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷 所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、 紧固件松动等。 线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。 4种典型特性曲线 非线性误差 % 100 max? ? ± = FS L Y L γ ，ΔLmax——最大非线性绝对误差，Y FS——满量程输出值。 直线拟合线性化：出发点→获得最小的非线性误差（最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小。） 例用最小二乘法求拟合直线。 设拟合直线y=kx+b 残差△i=yi-（kxi+b） k y x =?? % 100 2 max? ? = FS H Y H γ 最小 ∑? n i2
分别对k 和b 求一阶导数，并令其 =0，可求出b 和k 将k 和b 代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax 即为非线性误差。 重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时， 所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准 差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即 或 零点漂移 传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为零点漂移。 零漂＝，式中ΔY0——最大零点偏差；Y FS ——满量程输出。 温度漂移 温度变化时，传感器输出量的偏移程度。一般以温度变化1度，输出最大偏差与满量程的百分比表示， 即温漂＝Δmax ——输出最大偏差；ΔT ——温度变化值；YFS ——满量程输出。 6. 一阶特性的指标及相关计算。 一阶系统微分方程 τ：时间常数，k=1静态灵敏度 拉氏变换 )()()1(s X s Y s =+τ 传递函数 s s X s Y s H τ+= = 11 )()()( 频率响应函数 ωτ ωωωj j X j Y j H += = 11 )()()( 误差部分 7. 测量误差的相关概念及分类。 相关概念 （1）等精度测量（2）非等精度测量（3）真值（4）实际值（5）标称值（6）示值（7）测量误差 分类 系统误差 随机误差 粗大误差 %100)3~2(?± =FS R Y σ γ% 1002max ??± =FS R Y R γkx y dt dy =+τ
第二章气相色谱分析 1、气相色谱仪的基本设备包括哪几部分?各有什么作用? 载气系统（气路系统） 进样系统： 色谱柱和柱箱（分离系统）包括温度控制系统（温控系统）： 检测系统： 记录及数据处理系统（检测和记录系统）： 2、当下列参数改变时，是否会引起分配系数的改变?为什么? (1)柱长缩短, 不会（分配比，分配系数都不变） (2)固定相改变, 会 (3)流动相流速增加, 不会 (4)相比减少, 不会 当下列参数改变时:，是否会引起分配比的变化?为什么? (1)柱长增加, 不会 (2)固定相量增加, 变大 (3)流动相流速减小, 不会 (4)相比增大, 变小 答: k=K/b（b记为相比）,而b=VM/VS ,分配比除了与组分,两相的性质,柱温,柱压有关外,还与相比有关,而与流动相流速,柱长无关. 3、试述速率方程中A, B, C三项的物理意义. H-u曲线有何用途?曲线的形状主要受那些 因素的影响? A、涡流扩散项：气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成 类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。由于A=2λdp ，表明 A 与填充物的平均颗粒直径 dp 的大小和填充的不均匀性λ 有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。 B、分子扩散项：由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很 小一段空间中，在“塞子”的前后 ( 纵向 ) 存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而 B=2rDg r 是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数 ( 弯曲因子 ) ， D g 为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与 D g 的大小成正比，而 D g 与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分，其 D g 小 , 反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的载气( 如氮气 ) ，可使 B 项降低， D g 随柱温增高而增加，但反比于柱压。弯曲因子 r 为与填充物有关的因素。 C、传质阻力项：传质项系数 Cu C 包括气相传质阻力系数 C g 和液相传质阻力系数 C 1 两 项。所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。对于填充柱： 液相传质过程是指试样组分从固定相的气液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后以返回气液界面的传质过程。这个过程也需要一定时间，在此时间，组分的其它分子仍随载气不断地向柱口运动，这也造成峰形的扩张。液相传质阻力系数 C 1 为： 对于填充柱，气相传质项数值小，可以忽略。 在色谱分析中，理论塔板数与有效理论塔板数的区别就在于前者___没有考虑死时间(死
同一光栅，二级光谱的色散率是一级光谱的 0.5倍 1倍 2倍 4倍 按照产生光谱的物质类型不同，光谱可以分为 发射光谱、吸收光谱、散射光谱 原子光谱、分子光谱、固体光谱 线光谱、带光谱和连续光谱 X射线发射光谱、X射线吸收光谱、X射线荧光光谱、X射线衍射 光谱 光谱分析法是一种________来确定物质的组成和结构的仪器分析方法。 利用物质与光相互作用的信息 利用光的波动性 利用光的粒子性 利用物质的折射、干涉、衍射和偏振现象 波长短(小于10nm)、能量大(大于102eV)(如X射线，γ射线)的电磁波谱，粒子性比较明显，称为____，由此建立的分析方法称为____。 能谱；能谱分析法 波谱，波谱分析法
光谱分析法与其他仪器分析法的不同点在于光谱分析法研究涉及的是 样品中各组分间的相互干扰及其消除 光与电的转换及应用 光辐射与样品间的相互作用与能级跃迁 样品中各组分的分离 受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式释放多余能量，这种现象称为 光的吸收 光的发射 光的散射 光的衍射 每一种分子都具有特征的能级结构，因此，光辐射与物质作用时，可以获 得特征的分子光谱。根据样品的光谱，可以研究 该样品中化合物的分子式 样品中的各组分的分配及相互干扰 样品的组成和结构 样品中化合物的相对分子质量 利用光栅的______作用，可以进行色散分光。
散射 衍射和干涉 折射 发射 频率、波长、波数及能量的关系是 频率越低，波长越短，波数越高，能量越低 频率越低，波长越长，波数越低，能量越高 频率越高，波长越短，波数越高，能量越高 频率越高，波长越高，波数越低，能量越高 棱镜是利用其________来进行分光的。 散射作用 衍射作用 折射作用 旋光作用 原子光谱是一条条彼此分立的线光谱，分子光谱是一定频率范围的电磁 辐射组成的带状光谱。 正确错误 吸收光谱与发射光谱有什么不同? 吸收光谱是指原子光谱是一条条彼此分立的线光谱，分子光谱是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。 正确错误 ：材料在某一些频率上对电磁辐射的吸收所呈现的比率。
现代仪器分析习题解答 2009年春 第12章电位分析及离子选择性电极分析法 P216 1．什么是电位分析法？什么是离子选择性电极分析法？ 答：利用电极电位和溶液中某种离子的活度或浓度之间的关系来测定待测物质活度或 浓度的电化学分析法称为电位分析法。 以离子选择性电极做指示电极的电位分析，称为离子选择性电极分析法。 2．何谓电位分析中的指示电极和参比电极？金属基电极和膜电极有何区别？ 答：电化学中把电位随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化，并能反映出待测离子 活度或浓度的电极称为指示电极。电极电位恒定，不受溶液组成或电流流动方向变化 影响的电极称为参比电极。 金属基电极的敏感膜是由离子交换型的刚性基质玻璃熔融烧制而成的。膜电极的敏感 膜一般是由在水中溶解度很小，且能导电的金属难溶盐经加压或拉制而成的单晶、多 晶或混晶活性膜。 4. 何谓TISAB溶液？它有哪些作用？ 答：在测定溶液中加入大量的、对测定离子不干扰的惰性电解质及适量的pH缓冲剂和一定的掩蔽剂，构成总离子强度调节缓冲液（TISAB）。 其作用有：恒定离子强度、控制溶液pH、消除干扰离子影响、稳定液接电位。 5. 25℃时，用pH=4.00的标准缓冲溶液测得电池：“玻璃电极｜H+（a=X mol?L-1）║饱和甘汞电极”的电动势为0.814V，那么在c(HAc)=1.00×10-3 mol?L-1的醋酸溶液中，此电池的电动势为多少？(KHAc=1.8×10-5,设aH+=[H+]) 解：∵E1=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH1） E2=φ(+)--φ(-)=φ（+）-（K-0.0592pH2）
《仪器分析》模拟考试试题（1） 一、填空题：（每空1分，共20分） 1．按被作用物质的本质可分为__分子___光谱和___原子__光谱。 2．色谱分析中有两相，其中一相称为__流动相__，另一相称为__固定相__，各组分就在两相之间进行分离。 3．在气相色谱分析中用热导池作检测器时，宜采用_ H2_作载气，氢火焰离子化检测器进行检测时，宜用_ N2__作载气。 4．在色谱分析中，用两峰间的距离来表示柱子的_选择性_，两峰间距离越__大__，则柱子的_选择性__越好，组分在固液两相上的_热力学_性质相差越大。 5．红外光谱图有两种表示方法，一种是_透过率谱图_，另一种是__吸光度谱图__。 6．红外光谱法主要研究振动中有__偶极矩___变化的化合物，因此，除了__单分子_和_同核分子___等外，几乎所有的化合物在红外光区均有吸收。 7．原子发射光谱是由_电热能对气态原子外层电子的激发_跃迁产生的，线光谱的形成原因是__原子、离子外层电子产生的跃迁____。 8．影响有色络合物的摩尔吸收系数的因素是__入射光的波长___。 9．多组分分光光度法可用解联立方程的方法求得各组分的含量，这是基于__各组分在同一波长下吸光度有加合性_。 10．原子吸收光谱是由__气态物质中基态原子的外层电子___的跃迁而产生的。 二、选择题：（每小题2分，共40分） （ A ）1. 分子中电子跃迁的能量相当于 A紫外/可见光B近红外光 C微波D无线电波 （ D ）2. 在气相色谱法中，用于定量的参数是 A. 保留时间 B. 相对保留值 C. 半峰宽 D. 峰面积 （ B ）3. 在气相色谱法中，调整保留值实际上反映了哪些部分分子间的相互作用 A. 组分与载气 B. 组分与固定相 C. 组分与组分 D. 载气与固定相 （ A ）4. 在气相色谱中，直接表征组分在固定相中停留时间长短的保留参数是 A. 调整保留时间 B. 死时间
第一章 1.科学:是人类创建的关于自然和社会（因而也包括人类自身）的本质以及它们的运动规律的开放性理论知识体系，它经过长期的社会实践而被人们逐渐发现，提炼和抽象出来，又经过长期的社会实践检验而得到确立和更新。 2.知识的形成是个复杂的过程，至少需要经历两个基本的阶段，首先是在实践过程中有所发现和创新，然后是在实践过程中经历严格的检验和确证。 3.技术:也叫工艺学，是人类创造的关于如何认识自然和如何改造自然的工艺方法体系，它从实践过程中被人们逐渐总结出来，或在科学理论指导下被人们发明出来，经过实践检验而逐渐得到确认和应用 技术创造也大体要经历两个阶段:新技术的发明和新技术的检验 4.科学技术的本质: 利用外部资源，创制先进工具，扩展人力能力 5.本体论层次的信息定义:某个事物的本体论层次信息，是该事物的运动状态及其变化方式的自我表述。 认识论层次信息定义:主体关于某个事物的认识论层次信息，是指主体所表述的关于该事物的运动状态及其变化方式，包括这种状态，方式的形式，含义，效用。 第二章 1、信息的定义： 本体论层次的信息定义：某个事物的本体论层次信息，是该事物的运动状态及其变化方式的自我表述（自我呈现）。 认识论层次的信息定义：主体关于某个事物的认识论层次信息，是指主体所表述的关于该事物的运动状态及其变化方式，包括这种状态/方式的形式、含义和效用。 2、在语法、语义和语用信息三者之间，语法信息是最简单、最基础的层次；语用信息则是最完全、最实用的层次；语义信息介于其中。 3、信息的特征：（1）信息来源于物质，但又不是物质本身，因此，它从物质的运动中产生出来，又可以脱离源物质而寄生于它物质（媒体），相对独立地存在。（2）信息也来源于精神世界，但是又不限于精神领域。（3）信息与能源紧密相关，但是又与能量有质的区别。（4）信息可以被提炼成为知识，但信息本身不等于知识。（5）信息是具体的，可以被主体所感知、处理和利用。（6）信息可以被复制，可以被共享。（7）语法信息在传递和处理过程中永不增值。（8）在封闭系统中，语法信息的最大值不变。 4、信息最重要的功能：信息可以通过一定的算法被加工成知识，并针对给定的目标被激活成为求解问题的智能策略，进而按照策略求解实际的问题。这是信息的最核心，最本质的功能。信息-知识-智能（策略），这是人类智慧的生长链，或称为智慧链。 5、信息过程：1、信息获取2、信息传递3、信息处理4、信息再生5、信息施效。 6、信息科学方法论体系主要包括三个方法和两个准则：信息系统分析方法、信息系统综合方法、信息系统进化方法、功能准则、整体准则。 第三章 1.信息的表示方法 （1）信号表示 （2）符号表示 （3）机器表示 （4）语音信息表示
研究生复习提纲 1.色谱法定性和定量的依据是什么？ 答.色谱定性的依据是保留值，定量的依据是m=fA 色谱定性分析方法:1、用保留时间定性2、用峰高增加法定性3、与其他仪器连用定性（如：GC-MS） 定量分析方法:1、归一化法2、外标法3、内标法 用保留值定性的依据是：当固定相和操作条件严格固定不变时，任何一种物质都有确定不变 的保留值，通过比较已知物和未知物的保留值，就可以确定色谱图中某一色谱峰代表什么物质。 2.什么叫程序升温？它有什么作用？ 答.程序升温色谱法，是指色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或 非线性逐渐升高，使柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中 都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。程序升温具有改进分离、使峰变窄、检测限 下降及省时等优点。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。在气相色 谱中多采用程序升温技术解决洗脱色谱的一般问题，而在液相色谱中多采用梯度洗脱技术解 决这一问题。 3.什么叫梯度洗脱？它有什么优点？ 答：梯度洗脱就是在分离过程中，让流动相的组成、极性、pH 等按照一定程序连续变化，使样品中各组分能在最佳的分配比下出峰，使保留时间短、拥挤不堪、甚至重叠的组分，或 保留时间过长而峰形扁平的组分获得很好的分离，特别适合样品中组分的分配比值范围很宽 的复杂样品的分析。梯度洗脱十分类似气相色谱的程序升温，两者的目的相同。不同的是程 序升温是通过程序改变柱温，当流动相和固定相不变时，分配比的变化是通过温度变化引起的。而液相色谱是通过改变流动相组成、极性、PH 来达到改变分配比的目的，一般柱温保持 恒定。 4.为什么用分离度R作为色谱柱的总分离效能指标？ 答：塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度，即柱效为多大时， 相邻两组分能够被完全分离。难分离物质对的分离度大小受色谱分离过程中两种因素的综合 影响：保留值之差——色谱分离过程中的热力学因素；区域宽度——色谱分离过程中的动力 学因素。考虑色谱分离过程的热力学因素和动力学因素，引入分离度(R)来定量描述混合物 中相邻两组分的实际分离程度。分离度R 由三项的乘积决定。第一项为动力学因素项，表现 在色谱峰的宽度，由色谱柱性能决定。第二项为热力学因素项，决定于色谱峰问的距离。第 三项为分配比项，影响组分的保留时间。 5.根据速率理论，色谱柱的板高H由哪些因素决定？试给出最佳流动相流速U最 和最小板 佳高H最 的计算公式。 小 答：H 首先取决柱子填充均匀程度和固定相颗粒大小。气相载气流速、柱温和载气分子 质量影响纵向扩散。液相固定相性质，组分在固定相和流动相的扩散系数影响传质阻力。因 液相中纵向扩散很小，塔板高度H 主要由传质阻力项决定，即流速越大，H 越大。气相中纵 向扩散明显，低流速时增大流速H 降低，流速继续增大，传质阻力增大，H 增大。
1?在以下因素中，属热力学因素的是A A. 分配系数； B.扩散速度； C.柱长；D ?理论塔板数。 2. 理论塔板数反映了D A. 分离度； B.分配系数； C ?保留值；D ?柱的效能。 3. 欲使色谱峰宽减小，可以采取B A ?降低柱温； B ?减少固定液含量； C ?增加柱长； D ?增加载体粒度。 4. 如果试样中各组分无法全部出峰或只要定量测定试样中某几个组分，那么应采用下列定量分析方法中哪一种为宜？C A ?归一化法； B ?外标法； C ?内标法； D ?标准工作曲线法。 5. 俄国植物学家茨维特在研究植物色素成分时，所采用的色谱方法是B A ?液-液色谱法； B ?液-固色谱法；C?空间排阻色谱法；D ?离子交换色 谱法。 A ?极性差异； B ?沸点差异；C.热力学性质差异；D ?动力学性质差异。 7. 假如一个溶质的分配比为0.1，它分配在色谱柱的流动相中的质量分数是C ；B. 0.90；C. 0.91；D. 0.99。 8. 下列因素中，对色谱分离效率最有影响的是A A .柱温； B .载气的种类；C.柱压；D .固定液膜厚度。 9. 当载气线速越小，范式方程中，分子扩散项B越大，所以应选下列气体中哪一 种作载气最有利？D A. H2； B. He； C. Ar； D. N2。 10. 对某一组分来说，在一定的柱长下，色谱峰的宽或窄主要决定于组分在色谱柱中的B A .保留值B.扩散速度C.分配比D.理论塔板数 11. 载体填充的均匀程度主要影响A A .涡流扩散相B.分子扩散C.气相传质阻力D.液相传质阻力 正确答案： 1: (A)、2: (D)、3: (B)、4: (C)、5: (B)
第一章、绪论 一、选择题 1、利用电流-电压特性进行分析的相应分析方法是（C） A、点位分析法 B、电导法 C、极谱分析法 D、库仑法 2、利用两相间分配的分析方法是（D） A、光学分析法 B、电化学分析法 C、热分析法 D、色谱分析法 3、下列哪种分析方法是以散射光谱为基础的？（D） A、原子发射光谱 B、X荧光光谱法 C、原子吸收光谱 D、拉曼光谱法 4、下列分析方法中，哪一个不属于电化学分析法？（D） A、电导分析法 B、极谱法 C、色谱法 D、伏安法 5、仪器分析与化学分析比较，其灵敏度一般（A） A、比化学分析高 B、比化学分析低 C、相差不大 D、不能判断 6、仪器分析与化学分析比较，其准确度一般（B） A、比化学分析高 B、比化学分析低 C、相差不大 D、不能判断 7、仪器分析法与化学分析法比较，其优点是（ACDE） A、灵敏度高 B、准确度高 C、速度快 D、易自动化 E、选择性高 8、下列分析方法中，属于光学分析法的是（AB） A、发射光谱法 B、分光光度法 C、电位分析法 D、气相色谱法 E、极谱法 9、对某种物质进行分析，选择分析法时应考虑的因素有（ABCDE） A、分析结果要求的准确度 B、分析结果要求的精确度 C、具有的设备条件 D、成本核算 E、工作人员工作经验
10、仪器分析的发展趋势是（ABCDE） A、仪器结构的改善 B、计算机化 C、多机连用 D、新仪器分析法 E、自动化 二、填空题 1、仪器分析法是以测量物质的物理性质为基础的分析方法。 2、仪器分析具有简便、快捷、灵敏，易于实现自动操作等特点。 3、测量物质试液的电化学性质及其变化来进行分析的方法称电化学分析法。 4、属于电化学分析法的有电导分析法、电位分析法、极谱、电解、库伦分析法。 5、光学分析法是一类重要的仪器分析法。它主要根据物质发射和吸收电磁波以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析。 三、名词解释 1、化学分析是基于化学反应和它的计量关系来确定被测物质组成和含量的一类分析方法。 2、仪器分析是基于测量某些物质的物理性质或物理化学性质、参数及其变化来确定被测物质组成与含量的一类分析方法。 四、简答题 1、定量分析方法的评定指标有哪些？ 答：精密度、准确度、检出限、灵敏度、标准曲线的线性范围等指标。 2、检出限的定义及意义？ 答：定义，某一方法在给定的置信水平上能够检出被测物质的最小浓
智能控制复习提纲 一、自动控制的发展经历了三个阶段：经典控制论、现代控制论和智能控制。请分别陈述上述三个阶段的研究对象的特点、数学工具和数学模型、主要研究内容和主要研究成果。
二、请列举2个智能控制应用的例子。并说明被控对象的特点和所使用的数学工具。 模糊控制全自动洗衣机 被控对象：洗衣机 数学工具：模糊控制器、隶属度函数、模糊控制规则表。 模糊控制火灾报警系统 被控对象：火灾报警器 数学工具：模糊控制器、模糊控制决策、模糊控制规则表。 三、设论域{}1234,,,U x x x x =，A 和B 是论域上的两个模糊集合，已知： 1234 0.30.50.70.4A x x x x =+++， 123 0.510.8B x x x =++ 请分别计算： A ， B ， A B ?和A B ?。 解：
四、已知输入的模糊集合A 和输出的模糊集合B ： 12345 1.00.80.50.20.0A a a a a a =++++， 1234 0.7 1.00.60.0B b b b b =+++， 1）请计算A 到B 的模糊关系R 。 2）若输入 12345 0.4/0.7/ 1.0/0.6/0.0/A a a a a a '=++++，求输出'B 。
五、 已知双输入单输出的模糊系统的输入量为x 和y ，输出量为z ，其输入输出关系模糊规则如下： 1111 :R if x is A and y is B then z is C 22 22 :R if x is A and y is B then z is C 若已知'' is and is x A y B ，求输出量z 。以下为已知：1123 1.00.50.0 A a a a = ++， 1123 1.00.60.2 B b b b =++， 1123 1.00.40.0 C c c c = ++， 2123 0.00.5 1.0 A a a a = ++， 21230.20.6 1.0B b b b = ++， 21230.00.4 1.0C c c c =++， 1230.5 1.00.5A a a a '=++， 123 0.6 1.00.6 B b b b '=++。
二、填空题(共１5题33分) 1。当一定频率的红外光照射分子时,应满足的条件是红外辐射应具有刚好满足分子跃迁时所需的能量和分子的振动方式能产生偶 极矩的变化才能产生分子的红外吸收峰． 3。拉曼位移是___＿＿_____＿____________＿____＿＿＿__＿__＿＿＿，它与＿_____＿__＿__＿_无关，而仅与_＿__＿__________＿__＿__＿______＿____＿_____。 4.拉曼光谱是_＿__＿_________光谱，红外光谱是_____＿＿_______光谱；前者是由于___＿____________＿_＿＿____产生的,后者是由于__＿__＿_＿_＿ ______________
产生的;二者都是研究_____＿______＿_，两种光谱方法具有__＿＿__＿＿＿＿____。 5。带光谱是由_分子中电子能级、振动和转动能级的跃迁;产生的，线光谱是由_＿原子或离子的外层或内层电子能级的跃迁产生的. 6。在分子荧光光谱法中，增加入射光的强度，测量灵敏度增加 原因是荧光强度与入射光强度呈正比 7.在分子（ＣH 3) 2 NCＨ＝C H 2 中,它的发色团是-N－C=C< 在分子中预计发生的跃迁类型为_σ→ｓ＊n→π＊n→σ*ｐ→ｐ* 8。在原子吸收法中,由于吸收线半宽度很窄，因此测量＿_＿___＿积分吸收 ________有困难,所以用测量＿_峰值吸收系数 _＿____＿_＿__＿___来代替。 ９。用原子发射光谱进行定性分析时,铁谱可用作_谱线波长标尺来判断待测元素的分析线. 10。当浓度增加时,苯酚中的ＯH基伸缩振动吸收峰将向__低波数方向位移。１１。光谱是由于物质的原子或分子在特定能级间的跃迁所产生的,故根据其特征光谱的（)进行定性或结构分析;而光谱的（)与物质的含量有关,故可进行定量分析。 12.物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中( ）及（)的特性，而不是它的整个分子的特性。 1３.一般而言,在色谱柱的固定液选定后,载体颗粒越细则（)越高,理论塔板数反映了组分在柱中( )的次数。
气相色谱分析 一．选择题 1.在气相色谱分析中, 用于定性分析的参数是( ) A 保留值 B 峰面积 C 分离度 D 半峰宽 2. 在气相色谱分析中, 用于定量分析的参数是( ) A 保留时间 B 保留体积 C 半峰宽 D 峰面积 3. 使用热导池检测器时, 应选用下列哪种气体作载气, 其效果最好？( ) A H2 B He C Ar D N2 4. 热导池检测器是一种( ) A 浓度型检测器 B 质量型检测器 C 只对含碳、氢的有机化合物有响应的检测器 D 只对含硫、磷化合物有响应的检测器 5. 使用氢火焰离子化检测器, 选用下列哪种气体作载气最合适？( ) A H2 B He C Ar D N2 6、色谱法分离混合物的可能性决定于试样混合物在固定相中（）的差别。 A. 沸点差， B. 温度差， C. 吸光度， D. 分配系数。 7、选择固定液时，一般根据（）原则。 A. 沸点高低， B. 熔点高低， C. 相似相溶， D. 化学稳定性。 8、相对保留值是指某组分2与某组分1的（）。 A. 调整保留值之比， B. 死时间之比， C. 保留时间之比， D. 保留体积之比。 9、气相色谱定量分析时（）要求进样量特别准确。 A.内标法； B.外标法； C.面积归一法。 10、理论塔板数反映了（）。 A.分离度； B. 分配系数；C．保留值；D．柱的效能。 11、下列气相色谱仪的检测器中，属于质量型检测器的是（） A．热导池和氢焰离子化检测器； B．火焰光度和氢焰离子化检测器； C．热导池和电子捕获检测器；D．火焰光度和电子捕获检测器。 12、在气-液色谱中，为了改变色谱柱的选择性，主要可进行如下哪种（些）操作？（） A. 改变固定相的种类 B. 改变载气的种类和流速 C. 改变色谱柱的柱温 D. （A）、（B）和（C） 13、进行色谱分析时，进样时间过长会导致半峰宽（）。 A. 没有变化， B. 变宽， C. 变窄， D. 不成线性 14、在气液色谱中，色谱柱的使用上限温度取决于（） A.样品中沸点最高组分的沸点， B.样品中各组分沸点的平均值。 C.固定液的沸点。 D.固定液的最高使用温度 15、分配系数与下列哪些因素有关（） A.与温度有关； B.与柱压有关； C.与气、液相体积有关； D.与组分、固定液的热力学性质有关。 二、填空题 1.在一定温度下, 采用非极性固定液，用气-液色谱分离同系物有机化合物, ____________先流出色谱柱,