现代测控技术与系统 第1章
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填空选择:1光电效应:因光照引起的材料电学特性改变的现象称为光电效应,分为外光电效应(光电管和光电倍增管)和内光电效应,内光电效应又包括光电导效应(光敏电阻)和光生伏特效应(光敏二极管,光敏三极管,光电池)2热电偶的基本定律:a.均质导体定律:两种均质导体组成的热电偶的热电势大小与电极的直径、长度以及长度方向的温度部分无关,只与热电极材料和温差有关。
如果材质不均匀,当热点,极上各处温度不同时,将产生附加热电势,造成无法估计得测量误差,因此热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。
b.标准电极定律:若导体ABC分别与三种导体C组成热电偶,那么由导体AB组成的热电偶的热电势可以由标准电极定律来确定。
标准电极定律指出:如果将导体C(热点极,一般为纯铂丝)作为标准电极(也叫做参考电极),并且已知标准c.中间导体定律:在热电偶回路中,只要中间导体两端温度相同,对热电偶回路的总电势没有影响。
D.中间温度定律:在热电偶回路中,当结点温度为T,T0时,总热电势等于该热电偶在节点温度为T,Tn 和Tn,T0时相应的热电势的代数和。
3误差来源:方法误差、环境误差、数据处理误差、使用误差、仪器误差、人身误差。
误差分类:系统误差:在相同条件重复测量同一量时,误差的绝对值和符号保持不变,或在条件改变时按照一定的规律变化。
产生的主要原因是仪表制造,安装或使用不当。
是一种有规律的误差,系统误差越小、则表明准确度越高。
随机误差:在相同条件下多次重复测量同一量时,误差绝对值和符号无规律变化的误差。
主要来源有机械干扰、热和湿干扰、电磁场变化、放电噪音,光空气原件噪声。
总体来说服从统计规律,误差大小放映数据的分散程度,误差越小,精密度越高。
粗大误差:测量值偏离实际值的误差。
操作不当造成的。
测得的值明显地偏离实际值所形成的的误差。
判断哪个测量值是坏值或是异常值,处理数据时应剔除。
4数字PID算法是比例、积分、微分算法。
(增量型算法与位置型算法)5人耳可以听到的声波频率范围是16~20kHz,超过20kHz的声波称为超声波。
测控电路内容:第⼀章绪论第⼀章测控电路设计实⽤技术基础测量与控制是认识客观世界和顺应客观规律的必不可少的重要⼿段。
现代⽣产为了保证产品质量和提⾼⽣产效益,必须对⽣产过程进⾏严格控制,⽽要实现这种控制,就必须对⽣产过程的各种参数和状态进⾏实时有效的测量。
因此,测量是控制的基础,控制离不开测量。
实际上,在科学技术⾼度发达的今天,测量与控制已经渗透到⼯业、农业、国防、科学研究和现代社会⽣活等各个领域。
由于⽬前电参量在信息转换、处理、传输、存储等⽅⾯具有较成熟的技术和⼿段,多数物理量的测量和控制以电参量的形式进⾏,故测量和控制电路在测控系统中具有不可替代的作⽤1.1测控电路的作⽤与基本组成现代测控系统常见的基本构成如图1-1所⽰。
测控系统的最前级为传感器,其作⽤是将各类被测量转换成与之具有⼀定函数关系的电量(通常为电压);但是,传感器的输出信号⼀般都很微弱,还可能伴随着各种噪声,需要⽤测量电路即信号调理及数字化等电路将它放⼤,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,形成为计算机能够识别及处理的信号;计算机系统的作⽤是对数字化了的被测信号进⾏计算、定标、误差校正或⾃校准等处理,⼀⽅⾯,经处理的测量结果由显⽰输出系统显⽰,由记录系统打印、绘图或由报警系统给出报警信息;另⼀⽅⾯,经算法运算过的控制信号经控制电路驱动执⾏机构,对测控对象进⾏控制。
通常我们将测量电路和控制电路统称为测控电路,它已融⼊测控系统的各个环节,并在其中发挥重要的作⽤,可以说离开测控电路,测控系统是⽆法实现的。
测量电路担负着信号⼆次变换的重任,其实质是电位或波形变换,其主要功能是放⼤有⽤信号,抑制传感器输出信号中的噪声,并将放⼤后的信号进⾏数字化;控制电路担负着实现控制功能的输出驱动信号的重任。
由于被测和被控物理量及其相应传感器和驱动器的多样性,与此相应的测量与控制电路必然具有多样性,因此测控电路在设计上灵活性很强。
课程名称:现代测控技术及系统试卷构成:名词解释;简答;分析一.名词解释:1. 调制:利用低频信号来控制或改变高频振荡信号的某个参数(幅值、频率或相位)的过程。
2.自相关函数:描述随机过程一个时刻的幅值与另一个时刻幅值之间的依赖关系。
或者说,现在的波形与时间坐标移动了之后的波形之间的相似程度。
互相关函数Rxy(τ):描述一个系统中的一处测点上所得的数据x(t)与同一系统的另外一测点数据y(t)互相比较得出它们之间的关系。
3.线性度:指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。
4.幅频特性:定常线性系统在简谐信号激励下其稳态输出信号和输入信号的幅值比定义为该系统的幅频特性,记为 A(ω)。
5.霍尔效应:金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种物理现象称为霍耳效应。
该电动势称霍耳电势,半导体薄片称霍耳元件。
6.编码盘:编码盘是一种通过直接编码进行测量的元件,它直接把被测转角或直线位移转换成相应的代码,指示其绝对位置。
这种测量方式没有积累误差,电源切除后位置信息也不丢失。
7.图像分割:是把图像分解成构成它的部件和对象的过程;达到有选择性地定位感兴趣对象在图像中的位置和范围。
8.图像配准:是指同一目标的两幅(或者两幅以上)图像在空间位置上的对准。
图像配准的技术过程,称为图像匹配,或者图像相关。
9.图像融合:就是将不同类型传感器获取的同一对象的图像数据进行空间配准,然后采用一定的算法将各图像数据中所含的信息优势或互补性有机地结合起来产生新图像数据的技术。
图像描述:是图像分析和理解的必要前提。
图像描述是用一组数量或符号(描述子)来表征图像中被描述物体的某些特征。
10.压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。
第一章绪论1-1为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术?1-2为什么说科学技术的发展、高科技的发展都离不开测控技术?1-3试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、科学研究、生活与各种工作中的广泛应用。
1-4测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用?1-5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?1-6为什么说科技发展对测控电路的可靠性提出了越来越高的要求?1-7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?1-8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。
1-9为什么要采用闭环控制系统?试述闭环控制系统的基本组成及各组成部分的作用。
第二章绪论1-10为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术?为了保证产品质量,必须对产品进行检测,把好产品质量关。
测控的目的不仅仅是了解产品质量,更主要是提高质量的产品。
为此要求机器在测控系统控制下按照给定的规程运行。
生产效率一方面与机器的运行速度有关,另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。
为了使机器能在高速下可靠运行,必须要求机器本身的质量高,其控制系统性能优异。
要做到这两点,还是离不开测量与控制。
当今时代的自动化已不是20世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化,而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。
越是柔性的系统就越需要检测。
没有检测,机器和生产系统就不可能按正确的规程自动运行。
1-11为什么说科学技术的发展、高科技的发展都离不开测控技术?实践是检验真理的唯一标准,没有经过实践的检验,一些新的思想只能是假说或学说,只有经过测量等实践检验,才能将假说或学说变为科学。
许多重大发现和发明从都是测试和仪器仪表的进步开始。
哈勃望远镜对天体科学的发展,扫描隧道显微镜对纳米科技的形成,起了关键作用。
《现代检测技术及仪表》思考题与习题参考答案第1章绪论1-1 测控仪表在控制系统中起什么作用?答:检测仪表完成对各种过程参数的测量,并实现必要的数据处理;控制仪表是实现各种作用的手段和条件,它将检测得到的数据进行运算处理,实现对被控变量的调节。
1-2 典型测控系统由哪些环节构成?答:一个典型的测控仪表系统所包含的自动控制装置有测量变送器(检测仪表)、控制器和执行器,另外还有被控对象。
1-3 典型测控系统中各环节的作用是什么?答:(1)测量变送器(检测仪表)测量被控变量并将其转化为标准、统一的输出信号。
(2)控制器接受变送器送来的信号,与希望值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用标准、统一的信号发送出去。
(3)执行器自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
第2章检测方法及技术2-1 简述参数检测过程。
答:一般来说,检测的过程就是用敏感元件将被测参数的信息转换成另一种形式的信息,通过显示或其他形式被人们所认识。
2-2 根据敏感元件的不同,参数检测的方法一般可分为哪些?答:根据敏感元件的不同,参数检测的方法一般可分为:光学法利用光的发射、透射、折射和反射定律或性质,用光强度(常常是光波波长的函数)等光学参数来表示被测量的大小,通过光电元件接收光信号。
辐射式温度计、红外式气体成分分析仪是应用光学方法进行温度和气体成分检测的例子。
力学法也称机械法,它一般是利用敏感元件把被测变量转换成机械位移、变形等。
例如利用弹性元件可以把压力或力转换为弹性元件的位移。
热学法根据被测介质的热物理量(参数)的差异以及热平衡原理进行参数的检测。
例如热线风速仪是根据流体流速的大小与热线在流体中被带走的热量有关这一原理制成的,从而只要测出为保证热线温度恒定需提供的热量(加热电流量)或测出热线的温度(假定热线的供电电流恒定)就可获得流体的流速。
电学法一般是利用敏感元件把被测变量转换成电压、电阻、电容等电学量。