测控仪器设计

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测控仪器设计试题库

选择题

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

4.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是（）A缜密度B正确度C确凿度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.表征测量结果稳定地接近真值的程度的是确凿度

3.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

4.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。

5.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。

6.测控仪器发展趋势：高精度与高可靠性、______________、____________、多样化与多维化8.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

10.仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的________________

11.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12._____________和_____________是仪器设计的重要内涵

13.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。14.所谓干扰，一方面是_____________的干扰，另一方面是____________造成的干扰。15.仪器精度设计是仪器精度综合的反问题，其根本任务是________________________16.______精度_____与___可靠性____________指标是测控仪器设计的核心问题。

17.测控仪器的设计六大原则是阿贝原则及其扩展、变形最小原则及减小变形影响的措施、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。18.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

度灵敏度漂移和温度零点漂移。

19.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。

20.标准量的细分方法有、。

21、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，结构比较繁杂。

22、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。

23、导轨种类好多，依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。

24、在微位移机构中，微工作台的驱动方法有。

25在测控系统中，主轴系统由主轴，轴承，及安装在主轴上的传动件或分度元件组成，

26仪器的技术指标是用来说明一台仪器的性能和作用的，主要技术指标既作为设计依据，也用来考核所设计的仪器是否成功。

27精度分析和精度设计是仪器设计的重要内涵

28在测控仪器中，缜密机械系统对保证仪器的测量精度、定位精度和运动精度起着关键的作用。二、简答导轨的功用：

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。

滑动导轨是支承件和运动件直接接触的导轨。优点是结构简单、制造简单、接触刚度大。缺点是摩擦阻力大、磨损快，动、静摩擦系数区别大，低速度时，易产生爬行。

滚动摩擦导轨是在两导轨面之间放入滚珠、滚柱、滚针等滚动体，使导轨运动处于滚动摩擦状态。由于滚动摩擦阻力小，使工作台移动灵敏，低速移动时也不易产生爬行。工作台起动和运行消耗的功率小，滚动导轨磨损小，保持精度持久性好，故在仪器中广泛应用。

但是，这种导轨是点或线接触，故抗振性差，接触应力大。在设计这种导轨时，对导轨的直线度和滚动体的尺寸精度要求高。导轨对脏物比较敏感，要很好的防护，其结构比滑动导轨繁杂，制造困难，成本高。

静压导轨定义：

静压导轨是在动导轨与静导轨之间，因液体压力油或气体静压力而使动导轨及工作台浮起，两导轨之间工作面不接触，而形成完全的液体或气体摩擦。根据导轨面间产生静压力的介质不同而分为液体静压导轨和空气静压导轨。静压导轨的特点：

1）静压导轨的导轨面间摩擦是液体分子或气体分子摩擦，因而摩擦系数极低（0.0005），故没有爬行，不产生磨损，寿命长，驱动功率小。

2）精度高，静压导轨是根据弹性平均原理设计的，因液体或气体分子的弹性平均作用而使导轨运动精度提高。

3）导轨的承载能力较大，刚度好。液体静压导轨因压力油粘性远大于气体静压导轨的空气粘度，因而液体静压导轨刚性好于气体静压导轨。4）导轨工作面充满压力油或压缩空气，而有吸振作用，抗振性好。5）静压导轨的缺点是结构繁杂，调整费事，成本较高。需要一套严格过滤的供油或供气设备。

提高气浮导轨性能的方法为提高空气静压导轨的刚度和承载能力，可采用以下几种方法：

1）结构上采用闭式导轨，闭式导轨的工作面由两个相对安装的止推轴承构成，它的刚度一般为单面导轨的两倍，呈线性承载特性，稳定性好，运动精度高。2）增加供气压力，增加供气压力可提高气膜的刚度。

3）减小浮起间隙，加大封闭力，在一定范围内气浮导轨的刚度随气膜厚度的减小而增大。

4）载荷补偿，在导轨内或供气回路中，安装载荷补偿机构，使气浮导轨在载荷发生变化时，浮起量变化很小，从而使刚度增大。

5）提高阻尼力增加刚度，如采用粉末冶金多孔材料节流器，用大面积微孔节流代替小孔节流，使静压导轨刚度提高；采用气、液双向润滑液，因润滑面含有油层，而增加滑动阻尼，使导轨运动方向的刚度增加；采用半气浮导轨，使导轨面有部分接触，保持恒定的库伦摩擦力，又有适当的阻力，提高了承载力和刚度。

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。

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

广泛国民经济各个部门，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。1.6.对测控仪器的设计要求有哪些？

(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

2.1.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迫近法各适用在什么状况下，为什么？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，由于此类源误差寻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，但在应用于分析繁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

数学迫近法评定仪器实际输出与输入关系方法：测量（标定或校准）－－测出在一些离散点上仪器输出与输入关系的对应值，应用数值迫近理论，依据仪器特性离散标定数据，以一些特定的函数（曲线或公式）去迫近仪器特性，并以此作为仪器实际特性，再将其与仪器理想特性比较即可求得仪器误差中的系统误差分量。常用代数多项式或样条函数，结合最小二乘原理来迫近仪器的实际特性。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、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；分度值与分辩力灵敏度(sensitivity)

测量仪器响应(输出)的变化除以对应的鼓舞(输入)的变化。若输入鼓舞量为?X，相应输出是?Y，则灵敏度表示为：S=?Y／?X灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。鉴别力(阈)(discrimination)它表示仪器感受微小量的敏感程度。测量范围(measuringrange)测量仪器误差允许范围内的被测量值。

示值范围计量器具所指示的起始值到终值的范围，。

估读误差(interpolationerror)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(readingerror)由于观测者对计量器具示值读数不确凿所引起的误差，它包括视差和估读误差。分度值在计量器具的刻度标尺上，最小格所代表的被测尺寸的数值叫做分度值，分度值又称刻度值。分辩力(resolution)显示装置能有效分辩的最小示值。2、测控仪器由哪几部分组成，各部分的功能是什么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3放大部件7驱动控制器部件4瞄准部件8机械结构部件基准部件

有的仪器中无标准器而是用校准的方法将标准量复现到仪器标准量

测量的过程是一个被测量与标准量比较的过程，因此，仪器中要有与被测量相比较的标准量，标准量与其相应的装置一起，称为仪器的基准部件。的精度对仪器的测量精度影响很大中。，在大多数状况下是1∶1，在仪器设计时必需予以重视。传感器与感受转换部件

测控仪器中的传感器是仪器的感受转换部件，它的作用是感受被测量，拾取原始信号并将它转换为易于放大或处理的信号。放大部件分类实例齿轮放大，杠杆放大，弹性及刚度放大等机械式放大部件光准直式、显微镜式、投影放大、摄影放大式、莫尔条纹、光干光学系统光学式放大部件涉等前置放大、功率放大等电子放大部件光电放大部件瞄准部件

用来确定被测量的位置(或零位），要求瞄准的重复性精度要好。信息处理与运算装置

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。可以利用硬件电路、单片机或微机来完成。显示部件

显示部件是用指针与表盘、记录器、数字显示器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。驱动控制器部件

驱动控制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器中常用步进电机、交直流伺服电机、力矩电机、测速电机、压电陶瓷等实现驱动。控制一般用计算机或单片机来实现，这时要将一个控制接口卡插入到计算机的插槽中。机械结构部件

仪器中的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,如导轨、轴系、基座、支

光电管放大、倍增管放大等电子信息处理系统光电系统名称机械系统

架、微调、锁紧、限位保护等机构。所有的零部件还要装到仪器的基座或支架上,这些都是测控仪器必不可少的部件，其精度对仪器精度影响起决定作用。

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？

阿贝原则定义：为使量仪能给出正确的测量结果,必需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。

爱彭斯坦光学补偿方法，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，以动态准直仪来检测导轨摆角误差的电学补偿方法，平直度测量过程中的阿贝误差补偿，遵守阿贝原则的传动部件设计。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。导向精度是指动导轨运动轨迹的确凿度，导轨设计要求几何精度和接触精度，1）滑动摩擦导轨两导轨面间直接接触形成滑动摩擦。2）滚动导轨动静导轨面间有滚动体，形成滚动摩擦。

3）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。

4）弹性摩擦导轨利用材料弹性变形，使运动件做缜密微小位移。这种导轨仅有弹性材料内分子间的内摩擦。7，基座与支承件设计的基本要求？

一，具有足够的刚度，力变形要小，二，稳定性好，内应力变形小，三，热变形小，四，具有良好的的抗振性

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？

主轴回转精度是指旋转体回转轴相对于相对于其轴线平均线的位置变动。主轴设计的基本要求是主轴在一定的载荷下具有一定的回转精度，同时还要求有一定的刚度和热稳定性。9、提高主轴系统的刚度有几种方法？

一，加大主轴的直径，二，选择合理的支承跨距，三，缩短主轴的悬伸长度，四，提高轴承刚度10、气体静压导轨有哪些类型？各有何特点？

闭式平面导轨型导轨精度高，刚性大，承载能力也大，最适于作缜密