测控仪器的概念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。
按功能将仪器分成以下几个组成部分：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 驱动控制器部件8 机械结构部件
测控仪器的设计要求(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
微分法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。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。数学逼近法
原理误差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引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。原始误差由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。
误差的分类及表示方法
按误差的数学性质分1）随机误差2）系统误差3）粗大误差
按被测参数的时间特性分1）静态参数误差2）动态参数误差
按误差间的关系分1）独立误差2）非独立误差
误差的来源与性质
原理误差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引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。制造误差,运行误差:仪器在使用过程中所产生的误差。（一）力变形误差（二）测量力（三）应力变形（四）磨损（五）间隙与空程（六）温度（七）振动与干扰（八）干扰与环境波动引起的误差
3.2. 归纳测控仪器的设计流程
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，对仪器设计中的全局问题进行全面的设想和规划。要考虑的主要问题有：1.设计任务分析2.创新性构思（所能达到的新功能，所实现的新方法，所反映出的新技术，新理论等）3.测控仪器若干设计原则的考虑4.测控仪器若干设计原理的斟酌 5.测控仪器工作原理的选择和系统设计 6.测控系统主要结构参数与技术指标的确定7.仪器总体的造型规划
测量仪器设计的六项基本原则是什么？一、阿贝原则及其扩展阿贝原则定义：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。
二、变形最小原则及减小变形影响的措施变形最小原则定义：应尽量避免在仪器工作过程中，因受力变化或因受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。
三、测量链最短原则测量链定义：仪器中直接感受标准量和被测量的有关元件，如被测件、标准件、等均属于测量链。根据各环节对仪器精度影响程度的不同，可将仪器中的结构环节区分为测量链、放大指示链和辅助链三类。测量链的误差对仪器精度的影响最大，一般都是1:1影响测量结果。因此，对测量链各环节的精度要求应最高。四、坐标系统一原则,在设计零件时，应该使零件的设计基面、工艺基面和测量基面一致起来，符合这个原则，才能使工艺上或测量上能够较经济地获得规定的精度要求而避免附加的误差。五、精度匹配原则, 在对仪器进行精度分析的基础上，根据仪器中各部分各环节对仪器精度影响程度的不同，分别对各部分各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，这就是精度匹配原则。六、经济原则1）工艺性。2）合理的精度要求。3）合理选材。4）合理的调整环节。5）提高仪器寿命。
测量仪器设计的基本原理一、平均读数原理。二、比较测量原理
差动比较测量原理
一）位移量同步比较测量原理
位移量同步比较原理主要应用于复合参数的测量：渐开线齿形误差，齿轮切向综合误差，螺旋线误差，凸轮型面误差的测量
▼特点：这类复合参数一般都是由线位移和角位移，或角位移和
角位移以一定关系作相互运动而成。二）差动比较测量原理电学量差动比较测量可以大大减小共模信号的影响，从而可以提高测量精度和灵敏度，并可以改善仪器的线性度。光学量差动比较测量
三）零位比较测量原理
补偿原理是仪器设计中一条内容广泛而意义重大的设计原理能提高仪器精度和改善仪器性能。核心包括：1．补偿环节的选择2．补偿方法的确定3．补偿要求的分析4．综合补偿（最佳调整原理）的实施
综合补偿的优点是什么？综合补偿（最佳调整原理）的实施优点：综合补偿方法具有简单、易行、补偿效果好的特点。涵义：该方法不必研究仪器产生的误差来自哪个或哪些环节，但通过对某个环节的调整后，便起到了综合补偿的效果。
阿贝误差产生的本质原因是什么？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
举例说明减小阿贝误差的方法 1.爱彭斯坦光学补偿方法 2.激光两坐标测量仪中监测导轨转角与平移的光电补偿方法3．以动态准直仪为标准器的电学补偿方法4．标准器工作点与被测点共线的平直度测量系统5．遵守阿贝原则的传动部件设计
零位比较测量原理与利用仪器指示测量绝对值的方法相比，优点是什么?
1)在2和4之间没有放入具有偏光性质的被测物3,则检偏器输出的光通量为零;
2)在2和4之间放入被测物3, 引起偏振面旋转。使检偏器有光通量输出，使指示表的指针偏离零位。
3)通过读数装置5转动检偏器直至指示表示值再次为零，此时，检偏器的转角等于被测物引起的偏振面转角。
人机工程所谓人机工程是指所设计的仪器设备要达到机器—人—环境的协调统一,使仪器设备适合人的生理和心理要求,从而达到工作环境舒适安全、操作准确、省力、轻便,减轻了劳动强度,提高了工作效率的目的。（1）人体尺度在仪器总体设计时，应考虑操作人员的身高、体重等与人体有关的数据，（2）视角要求仪器设备的显示和读数部件对人的视觉影响最大。（3）作用力要求作用力要求指人在操作时，需使用的作用力的大小和作用点相对于操作者的位置。（4）工作环境和安全设计工作环境
应最大限度地减小噪音，工作的时序、操作的难易、故障的排除应有利于减轻操作者的精神紧张状况，尽量减轻人的体力和脑力消耗；在设计时，应有直接安全技术措施和间接安全技术措施。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。
导向精度动导轨运动轨迹的准确度，直线度。
设计要求导向精度导轨运动平稳性刚度要求耐磨性要求
导轨原理和准则运动学原理弹性平均效用原理导向导轨和压紧导轨分立原则
导轨的几何精度—导轨的几何精度包括导轨在垂直平面内与水平面内的直线度，导轨面间的平行度和导轨间的垂直度。
接触精度—指动静导轨之间的微观不平度，它将影响导轨的接滑动摩擦导轨两导轨面间直接接触形成滑动摩擦。
滚动导轨动静导轨面间有滚动体，形成滚动摩擦。
静压导轨两导轨面间有压力油或压缩空气，由静压力使动导轨浮起形成液体或气体摩擦。
弹性摩擦导轨利用材料弹性变形，使运动件做精密微小位移。这种导轨仅有弹性材料内分子间的内摩擦。
基座与支承件的基本要求
基座立柱结构尺寸较大，结构比较复杂，要承受外载荷及其变化，受热变形影响较大。
A要具有足够的刚度，力变形要小刚度设计常采用的方法有模拟试验法、量纲分析法和有限元分析法。采用正确的结构设计也是保证支承件刚度的重要手段。B稳定性好，内应力变形小对铸造的基座和立柱要进行时效处理，以消除内应力，减少应力变形。时效处理的方法有两种，即自然时效和人工时效。C热变形要小严格控制工作环境温度, 控制仪器内的热源, 采取温度补偿措施D良好的抗振性尽量减轻重量，以提高固有频率，防止共振；如合理地选择截面形状和尺寸，合理地布置肋板或隔板以提高静刚度；减小内部振源的振动影响，如采用气体、液体静压导轨或轴系；对驱动电动机的振动加隔离措施；对运动件进行充分润滑以增加阻尼等；
基座与支承件结构设计1）正确选择截面形状与外形结构：构件受压时变形量与截面积大小有关；受弯、扭时，变形量与截面形状有关。2）合理地选择和布置加强肋，以增加刚度，3）正确
的结构布局，减小力变形4）良好的结构工艺性，减小应力变形5）合理地选择材料通常要求基座及支承件的材料具有较高的强度和刚度、耐磨性以及良好的铸造、焊接以及机械加工的工艺性6)基座与支承件的壁厚、肋板、肋条厚度设计
主轴回转精度定义：主轴轴系误差运的大小，指旋转体回转轴线相对于其轴线平均线的位置变动。
主轴回转精度包括：①径向误差运动—包括倾角运动和纯径向运动之和。②径向跳动—包括径向误差运动及偏心和圆度误差③端面误差运动—轴向误差运动④端面跳动--端面误差运动及端面与轴线的垂直度、平行度。
主轴系统设计的基本要求A主轴回转精度造成回转误差的原因是主轴和轴承的尺寸误差、形状误差、装配误差及刚度、润滑、阻尼等因素综合作用的结果。
B主轴刚度C主轴系统振动引起原因：传动轴与主轴连接方式不好；主轴上的零部件不平衡。不能采用刚性连接的方法。一般采用弹性元件连接，以力偶的方式传递
D主轴系统的热稳定性提高措施1正确选择和设计轴系2合理选择推力支撑位置3减小热源影响4采用热补偿措施E减小力变形F寿命
提高主轴系统的刚度方法①加大主轴直径，但导致机构尺寸加大。一般D取锥孔大端直径的1.5—2倍②合理选择支撑跨距③缩短主轴悬伸长度a / l0=1/2—1/4④提高轴承刚度
微位移技术是一行程小、分辨力和精度都很高的技术，其精度要达到亚微米和纳米级。通常把应用微位移技术的系统称为微系统，它由微位移机构、精密检测装置和控制装置三部分组成。微位移驱动技术有哪些 1.压电及电致伸缩器件是用逆压电效应工作的对压电器件要求其具有压电灵敏度高、行程大、线性好、稳定性好和重复性好等。2.电磁驱动器是用电磁力来驱动微工作台。通过改变电磁铁线圈的电流来控制电磁铁的吸引力，克服弹簧的作用力，达到控制工作台微位移的目的。电磁微驱动器方法简单，驱动范围大但线圈通电流后易发热，易受电磁干扰。
柔性铰链用于绕轴作复杂运动的有限角位移，特点无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高。利用柔性铰链原理研制的角度微调装置，在3′的角度范围内，达到了10-7（°）的稳定分辨率。
广泛地用于陀螺仪、加速度仪、精密天平等仪器仪表中。
柔性铰链设计要求1）微动工作台的支承或导轨副应无机械摩擦、无间隙。2）具有高的位移分辨率及高的定位精度和重复性精度。3）具有高的几何精度，工作台移动时直线度误差要小，即颠摆、扭摆、滚摆误差小，运动稳定性好。4）微动工作台应具有较高的固有频率，以确保工作台具有良好的动态特性和抗干扰能力。5）工作台最好采用直接驱动，即无传动环节，这不仅刚性好，固有频率高，而且减少了误差环节。6）系统响应速度要快，便于控制。
压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同压电效应分正压电效应（顺压电效应）和逆压电效应（电致收缩效应）。前者是机械能转变为电能，后者是电能转变为机械能。
各种微位移机构的原理
1柔性支承一压电器件驱动的微位移机构精度高、无噪声、不受温度和电磁场影响、体积小、不老化，因而很容易实现0.l～0.001μm的微位移。
2、平行片簧导轨一电压器件驱动的微位移机构这种微位移机构可以达到O.Olμm的位移分辨力，方法简便，精度高，是常用的微位移机构。
3、滚动导轨一压电器件驱动常用的导轨形式，它具有运动灵活、行程大、结构较简单、精度较高等优点。
4、平行片簧导轨一步进电机及机械式位移缩小机构驱动
5、平行弹簧导轨一电磁位移器驱动
6、气浮导轨一步进电机及摩擦传动气浮导轨精度高，极灵敏，无摩擦，无磨损，运动平稳。摩擦传动无振动，运动平稳，缩小比大，定位精度可达±O.1μm。
7、二维X-Y双向微位移工作台
第一部分：AES,AAS,AFS AES原子发射光谱法是根据待测元素的激发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度，对元素进行定性和定量测定的分析方法。 特点： 1．灵敏度和准确度较高 2．选择性好，分析速度快 3．试样用量少，测定元素范围广 4．局限性 （1）样品的组成对分析结果的影响比较显著。因此，进行定量分析时，常常需要配制一套与试样组成相仿的标准样品，这就限制了该分析方法的灵敏度、准确度和分析速度等的提高。 (2）发射光谱法，一般只用于元素分析，而不能用来确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、卤素等元素几乎无法分析。 （3）仪器设备比较复杂、昂贵。 术语： 自吸 自蚀 ?击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压。 ?自持放电：电极间的气体被击穿后，即使没有外界的电离作用，仍能继续保持电离，使放电持续。 ?燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。 由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。由较低级的激发态（第一激发态）直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。当该元素在被测物质里降低到一定含量时，出现的最后一条谱线，这是最后线，也是最灵敏线。用来测量该元素的谱线称分析线。 仪器： 光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、跃迁。 光源的影响：检出限、精密度和准确度。 光源的类型： 直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体(ICP)
ICP 原理 当高频发生器接通电源后，高频电流I 通过感应线圈产生交变磁场(绿色)。 开始时，管内为Ar 气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流电场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大(数百安)，产生高温。又将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。 ICP-AES 法特点 1．具有好的检出限。溶液光谱分析一般列素检出限都有很低。 2．ICP 稳定性好，精密度高，相对标准偏差约1%。 3．基体效应小。 4．光谱背景小。 5．准确度高，相对误差为1%，干扰少。 6．自吸效应小 进样： 溶液试样 气动雾化器 超声雾化器 超声雾化器：不连续的信号 气体试样可直接引入激发源进行分析。有些元素可以转变成其相应的挥发性化合物而采用气体发生进样（如氢化物发生法）。 例如砷、锑、铋、锗、锡、铅、硒和碲等元素。 固体试样 (1). 试样直接插入进样 (2). 电弧和火花熔融法 (3). 电热蒸发进样 (4). 激光熔融法 分光仪棱镜和光栅 检测器：目视法，摄谱法，光电法 干扰： 光源 蒸发温度 激发温度/K 放电稳定性 应用范围 直流电弧 高 4000～7000 较差 定性分析，矿物、纯物质、 难挥发元素的定量分析 交流电弧 中 4000～7000 较好 试样中低含量组分的定量分析 火花 低 瞬间10000 好 金属与合金、难激发元素的定量分析 ICP 很高 6000～8000 最好 溶液的定量分析
《智能仪器原理及设计》报告 专业： 学号： 姓名：
目录 1.1 设计要求 (3) 1.2 设计过程 (3) 1.2.1 设计总体方案 (3) 1.2.2 器件的选择 (4) 1.2.3 电路设计 (7) 1.2.4 软件设计 (9) 1.3 总结 (12)
基于单片机的温度传感器设计 1.1 设计要求 实现室温测量，并使用液晶屏显示实时温度。 1.2 设计过程 1.2.1 设计总体方案 根据系统的设计要求，选择DS18B20作为本系统的温度传感器，选择单片机AT89C52为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。 采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0～100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。 采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的工艺兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数。 该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C52单片机上，经过单片机处理，将把温度在显示电路上显示，本系统显示器液晶屏显示实现。检测范围-55摄氏度到125摄氏度。 按照系统设计功能的要求，确定系统由3个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。 数字温度计总体电路结构框图如图1所示 图1 数字温度计总体电路结构框图
中南大学仪器分析各章节经典习题 第2章气相色谱分析 一．选择题 1.在气相色谱分析中, 用于定性分析的参数是 (保留值保留值) 2. 在气相色谱分析中, 用于定量分析的参数是 ( D ) 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 ) A H2 B He C Ar D N2 4. 热导池检测器是一种 (浓度型检测器) 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？ ( D ) 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（ D ）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（ C ）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（调整保留值之比）。 9、气相色谱定量分析时（ B ）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（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（ B ） 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？（ D ） 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（变宽）。 14、在气液色谱中，色谱柱的使用上限温度取决于（ D ） 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（ D ） 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, 低碳数的有机化合物先流出色谱柱, _____高碳数的有机化合物____后流出色谱柱。 2.气相色谱定量分析中对归一化法要求的最主要的条件是试样中所有组分都要在一定时间内分离流出色谱柱，且在检测器中产生信号。 3.气相色谱分析中, 分离非极性物质, 一般选用非极性固定液, 试样中各组分按沸点的高低分离, 沸点低的组分先流出色谱柱,沸点高的组分后流出色谱柱。 4.在一定的测量温度下,采用非极性固定液的气相色谱法分离有机化合物, 低沸点的有机化合物先流出色谱柱, 高沸点的有机化合物后流出色谱柱。 5.气相色谱分析中, 分离极性物质, 一般选用极性固定液, 试样中各组分按极性的大小分离, 极性小的组分先流出色谱柱, 极性大的组分后流出色谱柱。 6、在气相色谱中，常以理论塔板数（n）和理论塔板高度(H)来评价色谱柱效能，有时也用单位柱长(m) 、有效塔板理论数(n有效)表示柱效能。
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
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
单片机技术课程设计说明书智能仪器人机接口电路设计 专业电气工程及自动化 学生姓名 班级BMZ电气081 学号 指导教师周云龙 完成日期2011年6月9 日
摘要 随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高，尤其是微电子技术的发展，犹如雨后春笋般的变化。电子产品的更新速度快就不足惊奇了。计算器在人们的日常中是比较的常见的电子产品之一。如何使计算器技术更加的成熟，充分利用已有的软件和硬件条件，设计出更出色的计算器，使其更好的为各个行业服务，成了如今电子领域重要的研究课题。 科技的进步需要技术不断的提升。一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。而现在，只需要一块几厘米平方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。 现在应用较广泛的是科学计算器，所谓科学计算器，与我们日常所用的简单计算器有较大差别：只能进行正数加、减、乘、除四则运算的计算器叫做简单计算器；科学计算器是指能兼容正数的四则运算和乘方、开方运算，具有指数、对数、三角函数、反三角函数及存储等计算功能的计算器。 计算器的未来是小型化和轻便化,如使用太阳能提供电池的计算器,使用ASIC设计的计算器,如使用纯软件实现的计算器等,随着社会的发展,知识的更新,各行各业的需要带动了电子产品的发展,未来的智能化计算器将是我们的发展方向,更希望成为现代社会应用广泛的计算工具。 关键词：MCS-51 8051单片机；人机接口扩展4X4按键；计算器；加减乘除；LCD128X64;
目录 第一章绪论 (4) 1.1本课题的研究意义 (4) 1.2设计目的 (4) 设计任务 (4) 第二章计算器系统简介 (3) 2.1单片机发展现状 (3) 2.2计算器系统现状 (4) 第三章主要器件简介 (4) 3.1MCS-51系列单片机简介 (4) 3.2键盘电路的设计 (7) 3.3LCD12864模块介绍 (8) 第四章计算器系统设计 (15) 4.2键盘扫描的程序设计 (15) 4.3显示模块的程序设计 (16) 4.4主程序的设计 (17) 4.5系统调试 (17) 结语 (19) 谢辞 (20) 参考文献 (21) 附录1 系统PCB图............................................................ 错误！未定义书签。 附录2 PROTEUS仿真图 (23) 附录3 程序由于采用的是汇编语言太长，可以在软件KEIL中查阅 (23)
第八章电位法和永停滴定法- 章节小结 1．基本概念 指示电极：是电极电位值随被测离子的活（浓）度变化而变化的一类电极。 参比电极：在一定条件下，电极电位基本恒定的电极。 膜电位：跨越整个玻璃膜的电位差。 不对称电位：在玻璃电极膜两侧溶液pH相等时，仍有1mV～3mV的电位差，这一电位差称为不对称电位。是由于玻璃内外两表面的结构和性能不完全相同，以及外表面玷污、机械刻划、化学腐蚀等外部因素所致的。 酸差：当溶液pH<1时，pH测得值（即读数）大于真实值，这一正误差为酸差。 碱差：当溶液pH>9时，pH测得值（即读数）小于真实值，这一负误差为碱差，也叫钠差。 转换系数：指当溶液pH每改变一个单位时，引起玻璃电极电位的变化值。 离子选择电极：一般由电极膜（敏感膜）、电极管、内充溶液和内参比电极四个部分组成。 电位选择性系数：在相同条件下，同一电极对X和Y离子响应能力之比，亦即提供相同电位响应的X和Y离子的活度比。 可逆电对：电极反应是可逆的电对。 此外还有相界电位、液接电位、原电池、残余液接电位。 2．基本理论 （1）pH玻璃电极： -浓度一定）、内参比电极（Ag-AgCl电极）、绝缘套； ①基本构造：玻璃膜、内参比溶液（H+与 Cl ②膜电位产生原理及表示式：； ③玻璃电极作为测溶液pH的理论依据。 （2）直接电位法测量溶液pH： ①测量原理。 ②两次测量法。pHs 要准，而且与pHx差值不大于3个pH单位，以消除液接电位。（3）离子选择电极： ①基本构造：电极膜、电极管、内参比溶液、内参比电极； ②分类：原电极、敏化电极； ③响应机理及电位选择性系数； ④测量方法：两次测量法、校正曲线法、标准加入法。 （4）电位滴定法：以电位变化确定滴定终点（E－V曲线法、曲线法、曲线法）。 （5）永停滴定法：以电流变化确定滴定终点，三种电流变化曲线及终点确定。 第九章光谱分析法概论- 章节小结 1．基本概念 电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流。 磁辐射性质：波动性、粒子性 电磁波谱：所有的电磁辐射在本质上是完全相同的，它们之间的区别仅在于波长或频率不同。若把电磁辐射按波长长短顺序排列起来，即为电磁波谱。 光谱和光谱法：当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁，记录由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长（或相应单位）的变化，所得的图谱称为光谱。利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称光谱法。 非光谱法：是指那些不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的变化的分析方法。 原子光谱法：测量气态原子或离子外层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法。为线状光谱。 分子光谱法：以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级（包括分子转动能级）和分子电子能级（包括振－转能级
现代仪器分析：一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。灵敏度：指待测组分单位浓度或单位质量的变化所引起测定信号值的变化程度。灵敏度也就是标准曲线的斜率。斜率越大，灵敏度就越高 光分析法：利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。 光吸收：当光与物质接触时，某些频率的光被选择性吸收并使其强度减弱，这种现象称为物质对光的吸收。 原子发射光谱法：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。 主共振线：在共振线中从第一激发态跃迁到激发态所发射的谱线。 分析线：复杂元素的谱线可能多至数千条，只选择其中几条特征谱线检验，称其为分析线。 多普勒变宽：原子在空间作不规则的热运动所引起的谱线变宽。 洛伦兹变宽：待测原子和其它粒子碰撞而产生的变宽。 助色团：本身不吸收紫外、可见光，但与发色团相连时，可使发色团产生的吸收峰向长波方向移动，且吸收强度增强的杂原子基团。 分析仪器的主要性能指标是准确度、检出限、精密度。 根据分析原理，仪器分析方法通常可以分为光分析法、电分析化学方法、色谱法、其它仪器分析方法四大类。 原子发射光谱仪由激发源、分光系统、检测系统三部分组成。 使用石墨炉原子化器是，为防止样品及石墨管氧化应不断加入（N2）气，测定时通常分为干燥试样、灰化试样、原子化试样、清残。 光谱及光谱法是如何分类的？ ⑴产生光谱的物质类型不同:原子光谱、分子光谱、固体光谱；⑵光谱的性质和形状：线光谱、带光谱、连续光谱；⑶产生光谱的物质类型不同：发射光谱、吸收光谱、散射光谱。 原子光谱与发射光谱，吸收光谱与发射光谱有什么不同 原子光谱：气态原子发生能级跃迁时，能发射或吸收一定频率的电磁波辐射，经过光谱依所得到的一条条分立的线状光谱。 分子光谱：处于气态或溶液中的分子，当发生能级跃迁时，所发射或吸收的是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。 吸收光谱：当物质受到光辐射作用时，物质中的分子或原子以及强磁场中的自选原子核吸收了特定的光子之后，由低能态被激发跃迁到高能态，此时如将吸收的光辐射记录下来，得到的就是吸收光谱。发射光谱：吸收了光能处于高能态的分子或原子，回到基态或较低能态时，有时以热的形式释放出所吸收的能量，有时重新以光辐射形式释放出来，由此获得的光谱就是发射光谱。 选择内标元素和分析线对有什么要求？ a. 若内标元素是外加的，则该元素在分析试样中应该不存在，或含量极微可忽略不计，以免破坏内标元素量的一致性。 b. 被测元素和内标元素及它们所处的化合物必须有相近的蒸发性能，以避免“分馏”现象发生。 c. 分析线和内标线的激发电位和电离电位应尽量接近（激发电位和电离电位相等或很接近的谱线称为“均称线对”）；分析线对应该都是原子线或都是离子线，一条原子线而另一条为离子线是不合适的。 d. 分析线和内标线的波长要靠近，以防止感光板反衬度的变化和背景不同引起的分析误差。分析线对的强度要合适。 e. 内标线和分析线应是无自吸或自吸很小的谱线，并且不受其他元素的谱线干扰。 原子荧光光谱是怎么产生的？有几种类型？ 过程：当气态原子受到强特征辐射时，由基态跃迁到激发态，约在10-8s后，再由激发态跃迁回到基态，辐射出与吸收光波长相同或不同的辐射即为原子荧光。 三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光。 为什么原子发射光谱法可采用内标法来消除实验条件的影响？ 影响谱线强度因素较多，直接测定谱线绝对强度计算难以获得准确结果，实际工作多采用内标法。内标法属相对强度法，是在待测元素的谱线中选一条谱线作为分析线，然后在基体元素或在加入固定量的其他元素的谱线中选一条非自吸谱线作为内标线，两条谱线构成定量分析线对。 通常为什么不用原子吸收光谱法进行物质的定性分析？ 答：原子吸收光谱法是定量测量某一物质含量的仪器，是定量分析用的，不能将物质分离，因此不能鉴定物质的性质，因此不能。。。。 原子吸收光谱法，采用峰值吸收进行定量分析的条件和依据是什么？ 为了使通过原子蒸气的发射线特征(极大)频率恰好能与吸收线的特征(极大)频率相一致，通常用待测元素的纯物质作为锐线光源的阴极，使其产生发射，这样发射物质与吸收物质为同一物质，产生的发射线与吸收线特征频率完全相同，可以实现峰值吸收。 朗伯比尔定律的物理意义是什么？偏离朗伯比尔定律的原因主要有哪些？ 物理意义是：当一束平行单色光通过均匀的溶液时，溶液的吸光度A与溶液中的吸光物质的浓度C及液层厚度L的乘积成正比。A=kcL 偏离的原因是：1入射光并非完全意义上的单色光而是复合光。2溶液的不均匀性，如部分入射光因为散射而损失。3溶液中发生了如解离、缔合、配位等化学变化。 影响原子吸收谱线宽度的因素有哪些？其中最主要的因素是什么？ 答：影响原子吸收谱线宽度的因素有自然宽度Δf N、多普勒变宽和压力变宽。其中最主要的是多普勒变宽和洛伦兹变宽。 原子吸收光谱法，采用极大吸收进行定量的条件和依据是什么？ 答：原子吸收光谱法，采用极大吸收进行定量的条件：①光源发射线的半宽度应小于吸收线半宽度；②通过原子蒸气的发射线中心频率恰好与吸收线的中心频率ν0相重合。定量的依据：A=Kc 原子吸收光谱仪主要由哪几部分组成？各有何作用？ 答：原子吸收光谱仪主要由光源、原子化器、分光系统、检测系统四大部分组成。
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
《智能仪器》学习心得首先，非常荣幸《智能仪器》这门课程由我们的周老师授课。现在我将学习这门课程的心得、所获得的知识介绍如下。 随着微型计算机及微电子技术在测试领域中的广泛应用，仪器表在测量原理、准确度、灵敏度、可靠性、多种功能及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，逐步形成了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器。在信息技术的高速发展和人工智能应用的推动下，智能仪器必将有更大的进展。测试仪器的智能化已是现代仪器发展的主流方向。因此，学习智能仪器的工作原理、掌握新技术和设计方法无疑是十分重要的。 了解教材的特点对我们学习的课程是相当关键的，所以我了解到本教材的特点是：1、结构合理，章节安排、重点与难点分布符合教学要求，内容系统、新颖、翔实，可教性和可实践性强；2、紧密结合科研实践，融入了DSP、FPGA/CPLD、∑-△型24位A/D、USB 接口、触摸屏、条图显示、非线性决策滤波算法、智能传感器、网络仪器等当今智能仪器的先进技术；3、较强了软件设计方法、课测试性实践、可靠性设计；4、有利于授课教师灵活选材，可以选取不同章节，构成深度和学时有区别的课程；5、通过附录介绍了实验设备和实验项目，形成了完整的教学方案。 下面我就我们学到的知识做一个简单的概况。 本书第一章概述，简要介绍了仪器仪表的分类、重要性及智能仪器的发展概况，重点论述了智能仪器的概念、智能化层次、基本结构
与特点，综述了推动智能仪器的发展的七方面主要介绍和智能仪器微型化技术。 第二章数据采集技术，介绍了集中式和分布式采集系统结构、模拟信号调理，重点论述了普通型和∑-△型A/D转换器原理、接口技术，通过实例深入讨论了采集系统设计、误差分析等问题。智能仪器的数据采集系统简称DAS，是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便有计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。传统的A/D转换技术在实现极高精度的A/D转换时，在性能、代价等方面搜到了极限性的挑战，而且由于难以与数字电路系统实现单片集成，因而不适应VL-SI技术的发展。近年来∑-△型A/D转换器以其分辨率高、线性度好、成本低等特点得到越来越广泛的应用，特别是在既有模拟又有数字的混合信号处理场合更是如此。过采样∑-△型A/D转换器由于采用了过采样技术和∑-△调制技术，增加了系统总数字的电路的比例，减少了模拟电路的比例，并且易于与数字系统实现单片集成，因而能够以较低成本实现高精度的A/D转换器，适应了VLSI技术发展的要求。过采样技术使得量化噪音功率平均分配到更宽的频带范围中，从而减低了基带内的量化噪声功率。∑-△型A/D转换器一很低的采样分辨率和很高的才艺速率将模拟信号数字化，通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率，然后对A/D转换器输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。 第三章人机对话与数据通信，既介绍键盘、LCD显示、RS-232C
仪器分析复习资料（改进版） 绪论 分子光谱法：UV-ＶＩS、ＩR、F 原子光谱法:ＡAＳ 电化学分析法:电位分析法、电位滴定 色谱分析法:GC、HPLＣ 质谱分析法:MＳ、ＮRS 第一章绪论 ⒈经典分析方法与仪器分析方法有何不同？ 经典分析方法:是利用化学反应及其计量关系,由某已知量求待测物量，一般用于常量分析,为化学分析法。 仪器分析方法：是利用精密仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化学组成、含量及化学结构的一类分析方法，用于微量或痕量分析，又称为物理或物理化学分析法。 化学分析法是仪器分析方法的基础,仪器分析方法离不开必要的化学分析步骤，二者相辅相成。 ⒉仪器的主要性能指标的定义 1、精密度（重现性）:数次平行测定结果的相互一致性的程度,一般用相对标准偏差表示（RＳD%),精密度表征测定过程中随机误差的大小。 2、灵敏度：仪器在稳定条件下对被测量物微小变化的响应，也即仪器的输出量与输入量之比。 3、检出限(检出下限):在适当置信概率下仪器能检测出的被检测组分的最小量或最低浓度。 4、线性范围：仪器的检测信号与被测物质浓度或质量成线性关系的范围。 5、选择性：对单组分分析仪器而言，指仪器区分待测组分与非待测组分的能力。 校准曲线包括工作曲线和标准曲线： 工作曲线:配置4到6个不同浓度的标准溶液,加入与实际样品类似的基体中制成加标模拟样品采用和实际样品相同的分析方法测定（经过预处理的）,以加标模拟样品的浓度为横坐标，响应信号为纵坐标绘制的标准曲线。 没有经过预处理的为标准曲线 标准参考物质法:取与待测试样相似的一定量标准参考物质，在规定的实验条件下进行检测根据测量值与给定的标准参考量值计算相对误差，越小越准确。 加标回收法:没有标准参考物质的条件下,向样品中加入一定量的被测成分的纯物质或者已知量的标准物质，两份试样同时按照相同的分析步骤加标的一份所得结果减去未加标的一份，差值同标准物质的理论值只比即加标回收率。(越接近100％越好） 注意事项:加标物质不能过多，一般为测量物含量的０．5-2．0倍，加标后的总含量不应超过方法测定的总含量。加标物质的浓度应该高,体积小，不超过原始试样体积的1% 标准方法比较法:和国标（已知方法)得到的结果比较。至少设计9组，分浓度的高，中,低三个浓度。 线性:被测物信号值与试样中被测物浓度直接呈正比关系的程度 线性范围：待测物质的浓度或量和测量信号值呈线性关系的浓度或者量的范围。（从测定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线性浓度的范围。) ⒊简述三种定量分析方法的特点和应用要求 一、工作曲线法(标准曲线法、外标法） 特点:直观、准确、可部分扣除偶然误差。需要标准对照和扣空白 应用要求:试样的浓度或含量范围应在工作曲线的线性范围内,绘制工作曲线的条件应与试样的条件尽量保持一致。 二、标准加入法(添加法、增量法) 特点：由于测定中非待测组分组成变化不大,可消除基体效应带来的影响 应用要求:适用于待测组分浓度不为零，仪器输出信号与待测组分浓度符合线性关系的情况 三、内标法 特点:可扣除样品处理过程中的误差 应用要求：内标物与待测组分的物理及化学性质相近、浓度相近,在相同检测条件下，响应相近，内标物既不干扰待测组分,又不被其他杂质干扰 第2章光谱分析法引论 习题 １、吸收光谱和发射光谱的电子能动级跃迁的关系 吸收光谱：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需要的能量满足ΔE=hv 的关系时,将产生吸收光谱。M+hv→M* 发射光谱：物质通过激发过程获得能量,变为激发态原子或分子M*,当从激发态过渡到低能态或某态时产生发射光谱。M*→M＋hv 2、带光谱和线光谱 带光谱:是分子光谱法的表现形式。分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生。 线光谱：是原子光谱法的表现形式。原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的。 第６章原子吸收光谱法（P130) 1、定义:它是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收来进行定量分析的方法。基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。 原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。 优点:灵敏度高,准确度高，选择性好,分析速度块，试样用量少,应用范围光 缺点:换等频率频繁,不可同时测定多个元素,对于难溶解元素有困难。 ２、原子吸收定量原理：频率为ν的光通过原子蒸汽,其中一部分光被吸收,使透射光强度减弱。 3、谱线变宽的因素（P-１31)： 自然宽度：由原子本身性质引起,在无外界因素影响情况下谱线仍有一定宽度，这种宽度为自然宽度△VＮ ⑴多普勒（Doppｌer）宽度ΔυD：由原子在空间作无规热运动所致。故又称热变宽。 Ｄｏｐplｅr宽度随温度升高和相对原子质量减小而变宽。 ⑵压力变宽ΔυL(碰撞变宽）:由吸收原子与外界气体分子之间的相互作用引起 外界压力愈大，浓度越高,谱线愈宽。 4、对原子化器的基本要求：①使试样有效原子化；②使自由状态基态原子有效地产生吸收; ③具有良好的稳定性和重现形；④操作简单及低的干扰水平等。 锐线光源：指发射线的半宽度比吸收线半宽度窄得多，且发射中心频率与吸收线中心频率相一致的光源。 石墨炉原子化法的过程:干燥，灰化，原子化，净化 1.测量条件选择 ⑴分析线:一般用共振吸收线。 ⑵狭缝光度:Ｗ=ＤS没有干扰情况下,尽量增加Ｗ,增强辐射能。 ⑶灯电流：按灯制造说明书要求使用 ⑷原子条件:燃气：助燃气、燃烧器高度石墨炉各阶段电流值 ⑸进样量：（主要指非火焰方法） 2.分析方法 (1)．工作曲线法 最佳吸光度0．１---0．5，工作曲线弯曲原因:各种干扰效应。 ⑵. 标准加入法 标准加入法能消除基体干扰，不能消背景干扰。使用时,注意要扣除背景干扰。 Boｌtmaｎ分布定律:(Nj,N０分别代表单位体积内激发态原子数和基态原子数）1,Nｊ/N0值温度越高,比值越大２,在同一温度下,不同元素电子跃迁的能级Ej值越小,共振波长越长，比值越大。 习题 ⒈引起谱线变宽的主要因素有哪些？ ⑴自然变宽:无外界因素影响时谱线具有的宽度 ⑵多普勒(Doppler)宽度ΔυD：由原子在空间作无规热运动所致。故又称热变宽。 ⑶．压力变宽ΔυＬ(碰撞变宽）：由吸收原子与外界气体分子之间的相互作用引起
课程名称:数据采集与智能仪器 姓名: 学号: 班级: 《数据采集与智能仪器》课程考核(大作业) 武汉理工大学信息学院 参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》(第三版) 电子工业出版社 程德福《智能仪器》(第二版)机械工业出版社 第1章概述 本章要求掌握的内容:智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点 考试题(10分) 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 第2章数据采集技术 本章要求掌握的内容:数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计 考试题(30分) 1 设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时,增益为1000,而输入信号每增加1mv时,其增益自动减少一倍,直到100mv为止。(15分) 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试,实现基本功能(5分); 2 运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造,画出采集系统电路原理图,简述其工作过程。(15分) 评分标准:正确设计硬件电路图(10分);正确描述工作过程(5分); 第3章人机接口 本章要求掌握的内容:键盘;LED、LCD、触摸屏 考试题(30分) 1 设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路,画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序(包含程序流程图)。
评分标准:正确设计硬件电路图(10分);正确画出程序流程图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试(10分) 第4章数据通信 本章要求掌握的内容:RS232C、RS485串行总线,USB通用串行总线,PTR2000无线数据传输 考试题(30分) 1 设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路(单片机端含8位LED 显示),编写从PC机键盘输入数字,在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确画出程序流程图(5分);正确编写单片机通信程序(5分);在开发系统上运行,实现基本功能(10分);制作实物,实现基本功能,效果良好(5分)。 第1章概述 考试题(10分) 1 智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？ 答:FPGA/CPLD芯片都就是特殊的ASIC芯片,她们除了ASIC的特点之外,还有以下优点:(1)随着VLSI工艺的不断提高,FPGA/CPLD的规模也越来越大,所能实现的功能越来越强可以实现系统集成;(2)FPGA/CPLD的资金投入小,研制开发费用低;(3)FPGA/CPLD可反复的编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能;(4)FPGA/CPLD芯片电路的实际周期短;(5)FPGA/CPLD软件易学易用,可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA/CPLD适合于正向设计,对知识产权保护有利。 第2章数据采集技术 考试题(30分) 1、设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时,增益为1000,而输入信号每增加1mv时,其增益自动减少一倍,直到100mv为止。(15分) 评分标准:正确设计硬件电路图(5分);正确编写控制程序(5分);完成仿真调试,实现基本功能(5分); 1.设计原理及简介 程控放大器利用选通开关,控制放大器的反馈电阻阻值,实现改变放大倍数的原理工作。这里采用两片8选1模拟开关器件CD4051作为放大器反馈电阻选择开关,通过两两电阻并联得到32种放大倍数。下面有程序将电阻组合一一列出
σ分析化学：是研究获取物质的组成、形态、结构等信息及其相关理论的科学。 分析化学分为化学分析和仪器分析 化学分析：利用化学反应及其计量关系进行分析的一类分析方法。 仪器分析：一般的说，仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。 动化4相对误差较大5需要价格比较昂贵的专用仪器6能进行无损分析7 组合能力适应性强，能在线分析 仪器分析方法的评价指标：1.精密度2.准确度3.选择性4.灵敏度5.检出限6.标准曲线 仪器分析应用领域：1社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）2化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；3生命科学：DNA测序；活体检测；4环境科学：环境监测；污染物分析；5材料科学：新材料，结构与性能；6药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；7外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。 仪器分析发展趋势：1 引进当代科学技术的新成就，革新原有仪器分析方法，开发新仪器分析方法2 分析仪器实现小型化、自动化、数学化和计算机化3 发挥各种仪器分析方法的特长，实现不同仪器分析方法的联用。如气-质谱联用4各学科互相渗透，与各学科所提出的新要求、新任务紧密结合，促进仪器分析的发展5仪器分析的发展，可为新理论、新技术的研究提供强有力的研究手段，推动其飞速发展 光学分析法：以物质的光学性质为基础建立的分析方法 物质对光的吸收：当光与物质接触时，某些频率的光被选择性吸收并使其强度减弱 光与物质的相互作用：1.光的吸收、发射2.光的透射、散射和折射3.光的干涉、衍射和偏振分子吸光分析法：基于物质分子对光的选择性吸收而建立的分析方法。它包括比色法和分子吸收分光光度法 分子吸光分析法：1.比色法（基于比较待测溶液颜色的分子吸光分析法称为比色法，它分为目视比色和光电比色法）2.分子吸收光谱法（紫外吸收分光光度法、可见吸收分光光度法和
AES 原子发射光谱：原子的外层由高层能及向底层能级，能量以电磁辐射的形式发射出去， 这样就得到了发射光谱。原子发射一般是线状光谱。 原理：原子处于基态，通过电至激发，热至激发或者，光至激发等激发作用下，原子获得能 量，外层电子从基态跃迁到较高能态变成激发态，经过10-8s ，外层电子就从高能级向较低 能级或基态跃迁，多余能量的发射可得到一条光谱线。 光谱选择定律：①主量子数的变化△n 为包括零的整数，②△L=±1,即跃迁只能在S 项与P 项间，P 与S 或者D 间，D 到P 和F 。③△S=0，即不同多重性状间的迁移是不可能的。 ③△J=0，±1。但在J=0时，J=0的跃迁是允许的。 N 2S+1L J 影响谱线强度的主要因素：1激发电位2跃迁概率3 统计权重4激发温度（激发温度↑离子 ↑原子光谱↓离子光谱↑）5原子密度 原子发射光谱仪组成：激发光源，色散系统，检测系统， 激发光源：①火焰：2000到3000K ，只能激发激发电位低的原子：如碱性金属和碱土金属。 ② 直流电弧：4000到7000K ，优点：分析的灵敏度高，背景小，适合定量分析和低含量的 测定。缺点：不宜用于定量分析及低熔点元素的分析。 ③交流电弧：温度比直流高，离子线相对多，稳定性比直流高，操作安全，但灵敏度差 ④火花：一万K ，稳定性好，定量分析以及难测元素。每次放电时间间隔长，电极头温度低。 适合分析熔点低。缺点：灵敏度较差，背景大，不宜做痕量元素分析（金属，合金等组成均 匀的试样）⑤辉光 激发能力强，可以激发很难激发的元素，（非金属，卤素，一些气体）谱 线强度大，背景小，检出限低，稳定性好，准确度高（设备复杂，进样不方便）⑥电感耦合 等离子体10000K 基体效应小，检出限低，限行范围宽⑦激光 一万K ，适合珍贵样品 分光系统：单色器：入射狭缝，准直装置，色散装置，聚焦透镜，出射狭缝。 棱镜：分光原理：光的折射，由于不同的光有不同的折射率，所以分开。 光栅：光的折射与干涉的总效果，不同波长的光通过光栅作用各有不同的衍射角。 分辨率： 原子发射检测法：①目视法，②光电法， ③摄谱法：用感光板来记录光谱，感光板：载片（光学玻璃）和感光乳剂（精致卤化 银精致明胶）。 曝光量H=Et E 感光层接受的照度、 黑度：S=lgT -1=lg io/i io 为没有谱线的光强，i 通过谱线的光强度i ,透过率T 定性分析：铁光谱比较法，标样光谱比较法，波长测定法。 定量法：①基本原理②内标法 ⑴内标元素和被测元素有相近的物理化学性质，如沸点，熔 点近似，在激发光源中有相近的蒸发性。⑵内标元素和被测元素有相近的激发能，如果选用 离子线组成分析线对时，则不仅要求两线对的激发电位相等，还要求内标元素的电离电位相 近。⑶内标元素是外加的，样品中不应有内标元素，⑷内标元素的含量必须适量且固定，⑸ 汾西线和内标线无自吸或者自吸很小，且不受其他谱线干扰。⑹如采用照相法测量谱线强度， 则要求两条谱线的波长应尽量靠近。 简述内标法基本原理和为什么要使用内标法。 答：内标法是通过测量谱线相对强度进行定量分析的方法。通常在被测定元素的谱线中选一 条灵敏线作为分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选一条谱线为比较线， 又称为内标线。分析线与内标线的绝对强度的比值称为分析线对的相对强度。在工作条件相 对变化时，分析线对两谱线的绝对强度均有变化，但对分析线对的相对强度影响不大，因此 可准确地测定元素的含量。从光谱定量分析公式a c b I lg lg lg +=，可知谱线强度I 与元素 的浓度有关，还受到许多因素的影响，而内标法可消除工作条件变化等大部分因素带来的影 响。 激发电位：原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能量。共振线：由激发态像基 态跃迁所发射的谱线。（共振线具有最小电位，最容易被激发，最强谱线） 火花线：火法激发产生的谱线，激发能量大，产生的谱线主要是离子线。又称共振线。