《测控系统原理与设计》第3版习题解答

第五章 信号运算电路5-1图5-37中所示的电路称为放大极性系数电路，试推导出其输出电压U o 与输入电压U i 的关系表达式。

输出电压U o 与输入电压U i 的关系表达式为：()i o 2U n nq U -=5-2试画出一个能实现()()5i 2i 1i 5i 2i 1i o 5151U U U U U U U '++'+'-+++=的加减混合运算电路。

该加减混合运算电路如图X5-1所示。

5-3 在粗糙度的标准中，平均波长a λ定义为a a a /π2∆=R λ，现有代表a R 和a ∆的电压信号a a ∆U U R ，，试设计一电路，使其输出电压代表平均波长a λ。

图X5-1图5-37 第五章题1图U o为了获得平均波长λa , 需将R a 乘以2π再除以Δa ，为实现这一运算采用N 1、N 3、N 4三个对数运算电路，其输入分别为代表2π、R a 和Δa 的电压U 2π、U R a 和U Δa 。

U A 等于T 1和T 3的-U be 之和，它与)2ln(ln 2ln a a R R ππ-=--成正比，U B 与-ln Δa 成正比。

N 2是指数电路，T 2的-U be 等于U B -U A ，它与aR a∆π2ln 成正比，流经T 2的I a 与aR a∆π2成正比，从而T 2输出与λa 成正比的电压。

5-4 图5-38中所示是利用乘法器和运算放大器组成的功率测量电路。

设t U u ωsin 2i =，)sin(2L ϕω-=t I i ，L i Z R <<，Z L 是负载，i R 3和i L 相比可以忽略，试写出u o 和u i 、i L 的关系式，并证明当u o 经过RC 滤波器)/π2(ω>>RC 后，其平均值U o 代表有功功率。

a5-5如何用乘法器构成立方运算电路？5-6图5-14 a 所示的积分电路中，积分电容C =1μF ，τ =100ms ，若放大器的U 0s =2mV ，要求输入偏置电流I b 对积分器的影响不超过U 0s 影响，试选择运算放大器的I b 。

1-2．典型检测仪表控制系统的结构式怎么样的？各单元主要起什么作用？（1）被控对象：是控制系统的核心、它是以单输入单输出、也可以是多输入多输出（2）检测单元：是控制系统实现控制调节的基础、它完成对所有被控变量的直接测量同时也可实现某些参数的间接测量（3）变送单元完成对被测变量信号的转换和传输、其转换结果符合国际标准的符号制式（4）显示单元：是控制系统的附属单元、它将检测单元获得的有关参数、通过适当方式显示操作人员（5）调节单元：完成调节控制规律的运算、它将变送器传输出来的测量信号与给定值进行比较、并对比较结果进行调节运算、以输出作为控制信号（6）执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构它负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生出相应信号、以驱动执行机构实现对被控变量的调节作用1-6.什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么联系？灵敏度是仪表对被控参数变化的灵敏程度、分辨率是输出能相应和分辨率的最小输入量分辨率是灵敏度的一种一般来说仪表的灵敏度越高分辨率也越高1-7.仪表的精度是如何确定的？是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量的1、被检测物理模型的前提条件属理想条件、与实际检测条件有出入2、测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间而发生劣化3、电气、空气压、油压等动力源的噪音及容量的影响4、检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻5、检测系统的惯性即延迟传递特性不符合检测的目的要求、因此要同时考虑系统静态特性和动态特性6、检测环境的影响、包括温度、气压、振动、辐射7、不同采样所得测量值的差异造成的误差8、人为的疏忽造成误差、包括个人读表偏差、知识经验的深浅、体力及精神状态等9、测量器件进入被测对象、破坏了所要测量的原有状态10、被测对象本身变动大、易受外界干扰以至测量值不稳定。

3-2.说明锁定放大原理在检测系统中的作用？检测埋没在噪声中的微弱信号时、可以主动调制信号、抑制噪声、专门提取微弱信号幅值和相位等有效信息3-3.利用检测方程式说明补偿结构的特点。

第3章习题解答1、为什么常见的中小型微机化测控系统大多采用单片机?答：单片机是指将计算机的基本部件集成在一块芯片上而构成的微型计算机，单片机的优点是可靠性高、控制功能强、易扩展、体积小。

用单片机开发各类微机化产品，周期短、成本低，在计算机和仪器仪表一体化设计中有着一般微机无法比拟的优势。

正因为如此，目前常见的微机化测控系统、特别是中型测控系统和便携式测控仪器大多采用单片机。

2、指出图3-1-6中存贮器和I/O接口寻址范围。

答：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0寻址范围2764000×××××0000H~1FFFH6116-11×××0×××8000H~87FFH6116-21×××1×××8800H~8FFFH8155RAM0××××××00000H~00FFH8155I/O0××××××10100H~0105H3、主机从A/D读取转换结果有哪些方式?它们在硬件上和软件上有什么区别?答：主机从A/D转换器读取转换结果数据的联络方式，可以是中断、查询或等待延时三种方式。

以ADC0809为例，这三种方式的硬件连接电路如下图所示，开关K打到“1”端为查询方式，打到“2”端为等待延时方式，打到“3”端为中断方式，查询方式的程序为：等待延时方式的程序为：中断方式的程序为：4、图3-2-4所示VFC 接口电路所能转换的模拟电压Ux 的最大允许值是多少?答：由公式（3-2-1）可得 )2(160m S N f V x x -=因的最大计数值为FFH 即，故模拟电压Ux 的最大允许值为1T )12(16-)2()12(16160max m S f V x --=5、仿照图3-2-11设计一个三路同步输出的D/A 转换接口电路并写出接口程序。

测控原理习题答案测控原理习题答案测控原理是现代工程中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的测量和控制技术。

在学习这门学科的过程中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题，可以更好地理解和掌握测控原理的基本原理和方法。

下面，我将为大家提供一些测控原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是测控原理？测控原理是一门研究测量和控制技术的学科，它主要研究如何通过各种手段对物理量进行测量，并根据测量结果进行控制。

测控原理涉及到传感器、信号处理、数据采集、控制系统等多个方面的知识。

2. 什么是传感器？传感器是测控系统中非常重要的组成部分，它能够将被测量的物理量转化为电信号或其他形式的信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

传感器的选择应根据被测量的物理量以及测量的要求来确定。

3. 什么是信号处理？信号处理是指对传感器输出的信号进行处理和分析的过程。

信号处理可以包括滤波、放大、采样、数字化等一系列操作。

通过信号处理，可以提取出有用的信息，并将其用于后续的控制或分析。

4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器采集到的信号进行采样、存储和传输的过程。

数据采集系统由模拟信号采集模块、模数转换器、存储器、数据传输接口等组成。

数据采集的目的是获取到准确的测量数据，为后续的分析和控制提供基础。

5. 什么是控制系统？控制系统是指根据测量结果对被控对象进行控制的系统。

控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种。

开环控制是指根据预先设定的控制规律对被控对象进行控制，而闭环控制是在测量结果的基础上进行反馈调整的控制方式。

6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，它通过比较被控对象的测量值与设定值的差异，计算出一个控制量，并通过调节执行机构来实现对被控对象的控制。

PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。

7. 什么是反馈控制？反馈控制是指根据被控对象的测量结果对控制器进行调整的控制方式。

第三章信号调制解调电路3-1什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统中常用的调制方法有哪几种？在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。

而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。

为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。

在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。

在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。

一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相。

也可以用脉冲信号作载波信号。

可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽。

3-2什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？调制是给测量信号赋以一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。

常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。

用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。

这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。

在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。

经过调制的载波信号叫已调信号。

3-3什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。

调幅就是用调制信号x 去控制高频载波信号的幅值。

常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x 线性函数变化。

调幅信号s u 的一般表达式可写为：tmx U u c m s cos )(ω+=式中c ω──载波信号的角频率；m U ──调幅信号中载波信号的幅度；m ──调制度。

图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。

课后答案网 ww w.kh da w .c o m图X3-1双边带调幅信号a)调制信号b)载波信号c)双边带调幅信号3-4什么是调频？请写出调频信号的数学表达式，并画出它的波形。

[测控仪器设计第三版课后答案]测控仪器设计试题及参考答案（Word可编辑版）试题1：什么是测控仪器设计的主要目标？参考答案1：测控仪器设计的主要目标是设计和制造出能够准确测量和控制物理量的仪器。

这些仪器应该具有高精度、高可靠性、高稳定性和高灵敏度等特点，以满足各种测量和控制需求。

试题2：测控仪器设计的基本流程是什么？参考答案2：测控仪器设计的基本流程包括需求分析、方案设计、电路设计、硬件设计、软件设计、原型制作和测试等步骤。

首先，需要对测量和控制需求进行详细的分析和定义。

然后，根据需求设计出测控系统的整体方案。

接下来，进行电路设计，包括选择合适的传感器和信号处理电路等。

然后，进行硬件设计，包括选择合适的元器件和进行PCB设计等。

同时，还需要进行软件设计，包括编写控制程序和界面设计等。

最后，制作出原型并进行测试，根据测试结果进行优化和修改。

试题3：测控仪器设计中常见的传感器有哪些？参考答案3：测控仪器设计中常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、加速度传感器、位移传感器等。

这些传感器可以将待测物理量转换为电信号，并通过信号处理电路进行处理和放大，最终得到测量结果。

试题4：测控仪器设计中常见的控制器有哪些？参考答案4：测控仪器设计中常见的控制器包括单片机、PLC和DSP等。

这些控制器可以对测控系统进行控制和调节，实现目标物理量的精确控制。

试题5：测控仪器设计中常见的接口有哪些？参考答案5：测控仪器设计中常见的接口包括串口、并口、USB接口、以太网接口等。

这些接口可以实现与外部设备的数据交换和通信，方便用户进行数据采集和控制操作。

第一章绪论1- 1 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。

在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。

测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。

1- 2 影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：（1）噪声与干扰；（2）失调与漂移，主要是温漂；（3）线性度与保真度；（4 ）输入与输出阻抗的影响。

其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。

1- 3 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。

它包括：（1）模数转换与数模转换；（2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。

幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；（3）量程的变换；（4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。

1- 4 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响？试述模拟式测量电路与增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。

随着传感器类型的不同，输入信号的类型也随之而异。

主要可分为模拟式信号与数字式信号。

随着输入信号的不同，测量电路的组成也不同。

图X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。

传感器包括它的基本转换电路，如电桥，传感器的输出已是电量（电压或电流）。