《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案-浦昭邦-王宝光

1.1.测控仪器的概念是什么？

测控仪器则是利用测量和限制的理论，采纳机、电、光各种计量测试原理及限制系统与计算

机相结合的一种范围广泛的测量仪器。

12为什么说测控仪器的发展与科学技术发展亲密砺

仪器仪表的用途和重要性一

遍及国民经济各个部门，深化到人民生活的各个角落，仪器仪表中的计量测试仪器与

限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记。

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；加工过程的限制与监测；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限制；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、强度的理量;对限制系统的电流、电压、绝缘强度的测量等。

1.3.现代测控仪器技术包含哪些百耘

发展趋势：

高精度与高牢靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高牢靠性随着科

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。同时对仪器的牢靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其牢

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、自适应限制、模糊限制、操作与限制的自动化、多点检测、机光电算一

体化是必定的趋势。（3）高智能亿在信息拾取与转换、信息测量、推断和处理及限制方面

大量采纳微处理器和微计算机，显示与限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定的趋势。（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）创建性突出人的创建性，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）计算机协助设计计算机将更全面地引入设计全过程，计算机协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。

14测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什行

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，用调焦评价函数来推断调焦质量。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。摄像机的输巴经图

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

3放大部件7驱动限制器部件

4瞄准部件8机械结构部件

基准部件

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。

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中。标准量的精度对仪

器的测量精度影响很大，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

分类实例名称

齿轮放大，杠杆放大，弹性及刚度放大等机械系统

机械式放大部件

光准直式、显微镜式、投影放大、摄影放大式、莫尔条光学系统

光学式放大部件纹、光干涉等

前置放大、功率放大等电子信息处理

电子放大部件系统

光电放大部件光电管放大、倍增管放大等光电系统

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。

驱动限制器部件

驱动限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、压电陶究等实现驱动。限制一般用计算机或单片机来实现,

这时要将一个限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、支架、微调、锁紧、限位爱护等机构。全部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行少的部件，其精度对仪器精度影响起确定作用。

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。

辨别力(resolution)

显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，辨别力是指仪器显示的最末一位

数字间隔代表的被测量值。对模拟式仪器，辨别力就是分度值。辨别刀是与仪器的精度亲密

相关的。要提高仪器精度必需有足够的辨别力来保证；反过来仪器的辨别力必需与仪器精度

相适应，不考虑仪器精度而一味的追求高辨别力是不行取的。

示值误差(errorofindication)

测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。由于真值不能确定，事实上用的是约定

真值，即常用某量的多次测量结果来作为约定真值。测量仪器的示值误差，包含有仪器的随

机误差和系统误差，因此用测量的方法确定仪器示值误差时，同一个值测量次数一般不要超

过三次。示值误差越小，表明仪器的精确度越高。

测量范围(measuringrange)

测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量范围包含示值范围还包含仪器的调整范

围。如光学计的示值范围为±0.lmm,但其悬臂可沿立柱调整180mm,在该范围内仍可保

证仪器的测量精度，则其测量范围为180±0.1mmo又如千分尺的测量范围有0〜25mm,25〜

50mm,50~75mm等规格，但其示值范围均为25mm。

灵敏度(sensitivity)

测量仪器响应(输出)的变更除以对应的激励(输入)的变更。若输入激励量为AX,相应

输出是AY,则灵敏度表示为：

S=AY/AX

仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特性曲线，特性曲线有线性的

也有非线性的，非线性特性用线性特性来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的

斜率即为灵敏度。

员敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感传感器的输入量是位移，而

输出量是电压，其灵敏度的量纲为V/mm；而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也

是位移，在这样状况下，灵敏度又称为放大比。

灵敏度是仪器对被测量变更的反映实力。

鉴别力(阈)(discrimination)

使测量仪器产生未察觉的响应变更的最大激励变更，这种激励变更应是缓慢而单调地

进行。它表示仪器感受微小量的敏感程度。仪器的鉴别力可能与仪器的内部或外部噪声有关,

也可能与摩擦有关或与激励值有关。

测量仪器的精确度(accuracyofmeasuringinstrument)

测量仪器的精确度是一个定性的概念，它是指测量仪器输出接近于真值的响应的实

力。符合肯定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等级或级别称为测量仪

器的精确度等级，如零级、一级、二级等。

测量仪器的示值误差(errorofindication)

测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。由于真值不能确定，事实上用的是约定

真值，即常用某量的多次测量结果来作为约定真值。测量仪器的示值误差，包含有仪器的随

机误差和系统误差，因此用测量的方法确定仪器示值误差时，同一个值测量次数一般不要超

过三次。示值误差越小，表明仪器的精确度越高。

视差(parallaxerror)

当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正确视察方向进行读数和瞄准所引

起的误差。

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)

由于观测者对计呈器具示值读数不精确所引起的误差,它包括视差和估读误差。

1.6.对测控仪器的设计要求有哪函'

⑴精度要求精度是测控仪器的生命，精度本身只是一种定性的概念。为表征一台仪器的

性能和达到的水平，应有一些精度指标要求，如静态测量的示值误差、重复性误差、复现性、

稳定性、回程误差、灵敏度、鉴别力、线性度等，动态测量的稳态响应误差、瞬态响应误差

等。这些精度指标不是每一台仪器都必需全部满意，而是依据不同的测量对象和不同的测量

要求，选用最能反映该仪器精度的一些指标组合来表示。

仪器的精度应依据被测对象的要求来确定，当仪器总误差占测量总误差比重较小时，

常采纳1/3原则，即仪器总误差应小于或等于被测参数总误差的1/3；若仪器总误差占测量

总误差的主导部分时，可允许仪器总误差小于或等于被测参数总误差的1/2。

为了保证仪器的精度，仪器设计时应遵守一些重要的设计原则和设计原理，如阿贝原

则、变形最小原则、测量链最短原则、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。

⑵检测效率要求一般状况下仪器的检测效率应与生产效率相适应。在自动化生产状况下，

检测效率应适合生产线节拍的要求。提高检测效率不仅有经济上的效益，有时对提高检测精

度也有肯定作用，因为缩短了测量时间可削减环境变更对测量的影响。同时还可以节约人力，

消退人的主观误差，提高测量的牢靠性。

(3)牢靠性要求一台测量仪器或一套自动测量系统，无论在原理上如何先进，在功能上如

何全面，在精度上如何高，若牢靠性差，故障频繁，不能长时间稳定工作，则该仪器或系统

就无运用价值。因此对仪器的牢靠性要求是非常必要的。牢靠性要求，就是要求设备在肯定

时间、肯定条件下不出故障地发挥其功能的概率要高。牢靠性要求可由牢靠性设计来保证。

(4)经济性要求仪器设计时应采纳各种先进技术，以获得最佳经济效果。盲目追求困难、

高级的方案，不仅会造成仪器成本的急剧增加，有时甚至无法实现。因此仪器设计时应尽量

选择最经济的方案，即技术先进、零部件少、工艺简洁、成本低、牢靠性高、装调便利，这

样在市场上才有竞争力。同时还要考虑仪器的功能，具有较好的功能与产品成本比，即价

值系数高。

⑸运用条件要求运用条件不同，仪器的设计也不同。如在室外运用的仪器仪表应适应宽范

围的温度、湿度变更，以及抗振和耐盐雾；在车间运用除了防振外，电磁干扰，尤其是强电

设名起动的干扰应重点防范；在易燃易爆场合下工作的仪器仪表则要求防爆和阻燃；在线测

量与离线测量，连续工作与间歇工作……其条件都有不同，在设计仪器时应慎重考虑，以满

意不同运用条件的要求。

⑹造型要求仪器的外观设计极为重要，美丽的造型、柔软的色泽是人们选择产品的考虑因

素之一，有利于销售，同时也会使操作者加倍爱惜和保养仪器，延长运用寿命，提高工作效

率。

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靠近法各适用在什么状

况下，为什么？一

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

有简洁、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，例如仪器中常常遇到的测杆间隙、度盘的安装偏心等，因为此类源误

差通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。几何法的优点是简洁、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，但在应用于分析困难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探讨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探讨的是机构传递位移的规律

数学靠近法评定仪器实际输出与输入关系方法：测量（标定或校准）一一测出在一些离散

点上仪器输出与输入关系的对应值，应用数值靠近理论，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）去靠近仪器特性，并以此作为仪器实际特性，再将其与仪器志

向特性比较即可求得仪器误差中的系统误差重量。常用代数多项式或样条函数，结合最小二

乘原理来靠近仪器的实际特性。

|2.2.什么是原理误差，原始误差,瞬时臂误差，作用误差？

原理误差仪器设计中采纳了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量限制

电路所引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和运用无关。

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（简称工艺系统）会有各种各样的误

差产生，这些误差在各种不同的造细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。

能转换成瞬时臂误差的源误差多发生在转动件上；而既不能换成瞬时臂误差，其方向又不

与作用线方向一样的源误差多发生在平动件上。

2.3.误差的分类及表示方法

按误差的数学性质分1）随机误差是由大量的独立微小因素的综合影响所造成的，其数值

的大小和方向没有肯定的规律，但就其总体而言，听从统计规律，大多数随机误差听从正态

分布。2）系统误差由一些稳定的误差因素的影响所造成，其数值的大小的方向在测量过程

中恒定不变或按肯定的规律变更。3）粗大误差粗大误差指超出规定条件所产生的误差，一

般是由于疏忽或错误所引起，在测量值中一旦出现这种误差，应予以剔除。

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

肯定误差：被测量测得值x与其真值（或相对真值）xO之差

特点：有量纲、能反映出误差的大小和方向。

相对误差：肯定误差与被测量真值的比值

特点：无量纲

2.4误差的来源写桂版

原理误差仪器设计中采纳了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量限制

电路所引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和运用无关。

（1）采纳近似的理论和原理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。

（2）原理误差属于系统误差，使仪器的精确度下降，应当设法减小或消退。

（3）方法：

•采纳更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算。

•探讨原理误差的规律，实行技术措施避开原理误差。

•采纳误差补偿措施。

制造误差

产生于制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差。主要由仪器的零件、元件、部件和

其他各个环节在尺寸、形态、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的

误差。

运行误差

仪器在运用过程中所产生的误差。如力变形误差、磨损和间隙造成的误差，温度变形引起的

误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效，以及振动和干扰等。

（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

3.1.测控仪器的发展趋势可以概括为那几个方面，其中高效率，高智能化的是指那些内容？

高精度与高牢靠性、高效率、智能化、多样化与多维化（1）高精度与高牢靠性随着科学技

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。同时对仪器的牢靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器，其牢靠性

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、自适应限制、模糊限制、操作与限制的自动化、多点检测、机光电算一体化

是必定的趋势。（3）高智能化在信息拾取与转换、信息测量、推断和处理及限制方面大量

采纳微处理器和微计算机，显示与限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定的趋势。（4）多维化、多功能化（5）开

发新原理（6）动态测量

32归纳测控仪器的设计流程

测控仪器总体设计，是指在进行仪器详细设计以前，从仪器自身的功能、技术指标、检测与

限制系统框架及仪器应用的环境和条件等总体角度动身，对仪器设计口的全局问题进行全面

的设想和规划。

要考虑的主要问题有：

L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

3.3.测量仪器设计的六项基本原则是什么？

共有六项设计原则：

一、阿贝（Abbe）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）应依次排成一条直线。

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：应尽量避开在仪器工作过程中，因受力变更或因受温度变更而引起的仪

器结构变形或仪器状态和参数的变更。

三、测量链最短原则

测量链定义：仪器中干脆感受标准量和被测量的有关元件，如被测件、标准件、感受元件、

定位元件等均属于测量链。

在精密测量仪器中，依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、放大指示链和协助链三类。

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。

因此测量链最短原则明显指一台仪器中测量链环节的构件数目应最少，即测量链应最短。因

此，测量链最短原则作为一条设计原则要求设计者予以遵守。

四、坐标系统一原则

在设计零件时，应当使零件的设计基面、工艺基面和测量基面一样起来，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开附加的误差。

五、精度匹配原则

在对仪器进行精度分析的基础上，依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安排，这就是精度匹配原则。

六、经济原则

经济原则

经济原则是一切工作都要遵守的一条基本而重要的原则。

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。

34测量仪器设计的基本原理有哪国-

一、平均读数原理

在计量学中，利用多次读数取其平均值，能够提高读数精度，即称之为平均读数原理。

二、比较测量原理

差动比较测量原理

■）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肯定关系作相互运

动而成。它们的测量过程，事实上是相应的位移量之间的同步比较过程，故在设计这类参数

的测量仪器中，形成了一种位移量同步比较的测量原理。这一原理的特点是符合按被测参数

定义进行测量的基本原则。

二）差动比较测量原理

1.电学量差动比较测量

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。

2.光学量差动比较测量

三）零位比较测量原理

三、补偿原理

补偿原理是仪虢设计中一条内容广泛而意义重大的设计原理。假如在设计中，采纳包

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。补偿原理的核心包括：

1.补偿环节的选择

为了取得比较明显的补偿效果，补偿环节应选择在仪器结构、工艺、精度上的薄弱环

节，对环境条件及外界干扰敏感的环节上。

2.补偿方法的确定

有光电方法、软件方法、电学方法、标准器比较的方法等。

3.补偿要求的分析

依据不同的补偿对象，有不同的补偿要求：

例如，对于导轨直线度偏差的补偿，必须要对整个行程范围进行连续逐点的补偿：而

对仪器示值的校正，一般可要求校正几个特征点，如首尾两点，或中间选几点，达到选定的

特征点保证仪器示值精确即可。

4.综合补偿（最佳调整原理）的实施

优点：综合补偿方法具有简洁、易行、补偿效果好的特点。

涵义：该方法不必探讨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。

35阿贝误差产生的本质缘由是什么？分析三坐标测量机测量某一工件时，哪个坐标方向上

的各个平面内均能遵守阿贝原理

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）应依次排成一条直线。

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

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共线误差微小到可以忽视不计

图3-3所示的三坐标测量机，或其它有线值测量系统的仪器。很难作到使各个坐标方向或一

个坐标方向上的各个平面内均能遵守阿贝原则。

如图3-3所示的三坐标测量机，其测量点的轨迹是测头1的行程所构成的尺寸线，而

仪器读数线分别在图示的X、Y与Z直线位置处，明显，在图示状况下测量时，X与Y坐

标方向均不遵守阿贝原则。

其中图3-3a）为XZ平面，测头1在该平面内的行程所构成的尺寸线与Z方向读数线

共线，但与X方向读数线相距为L,在该平面内不符合阿贝原则。

其中图3-3b）为YZ平面，测头］|在该平面内的行程所构成的尺寸线与Z方向读数线

共线，但与Y方向读数线相距为L,在该

平面内不符合阿贝原则。

图3-3三坐标测微机

】一冽头的触球2一被测工件

3.6.举例说明减小阿贝误左则刀俎

爱彭斯坦（Eppenstein）光学补偿方法主要

被应用于高精度测长机的读数系统中。

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

例测长机原理图。

刻尺面位于焦距f相同的两个透镜

Nl,N2的焦面上。M2,N2与尾座联为一体，

Ml,N1与头座联为一体。刻尺由装在尾座内的光源照明。对零时，设0刻线成象

在si点。测量时，尾座向左移动，当导轨平直时，设相应于被测长度读数值的刻线

0'亦成象在si处时不产生误差。现假设由于导轨直线度的影响，使尾座产生倾角

0,则在测量线方向上，测端因倾斜而向左挪动△L==htan6,如无补

偿措施，则此

值即为阿贝误差。

但这时与尾座联为一体的M2,N2也随之倾斜。角，这样，刻线0'通过M2,N2及Ml,

N1便成象到s2点，则S2点相对于S1点在刻尺面上也有一挪动量sis2=ftanO

为了补偿阿贝误差，头座需向左移

动靠紧工件4L二htan。

为使读数正确，S1S也需等于向左

移动sisz=ftan0==AL==h

tan0即h=f

于是，曰尾座倾斜而带来的阿

贝误差，由了在仪器中设置了上述

光学系统，在读数时自动消逝了，

即达到了补偿的目的。这种补偿原

理被称为爱彭斯坦光学补偿原理，

是通过结构布局随机补偿阿贝误差

的方法。

3.7丝杆动态测量仪对环境变更产生的测量误差进行补偿的先决条件是什么？

1）.如丝杠动态测量仪，由于温度的影响，被测丝杠将伸长或缩短，此外，当环境温度、气

压、湿度偏离标准状态时，激光波长也将发生变更，这些都将带来测量误差。因此，可以采

纳在激光一路信号中增减脉冲数的方法来进行补偿的方案。在补偿时，

①先测出环境的温度、气压和湿度，

②再计算出每米需累积补偿量同，

③再计算每米补偿量的脉冲数E«;I/2）=N|，1m长度内的激光脉冲数为

|M=IXKW75］，则每隔=脉冲，一寸激光一路增减一个脉冲信号。

7.零位比较测量原理与利用仪器指示测量肯定值的方法相比，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。

测量方法的误差分析:当直新调整使表指示为零时，则必需使被测量与补偿量相平

衡。因此它的测量精度仅取决于指零表的零位漂移，而读数装置的非线性误差及光通量的不

稳定对测量精度的影响大大减小

0T

1一平行光光源2—起偏器3—被测物4—检偏器5—读数装置6—光电检测

器7—放大器8—指示表

3.9.综合补偿的优点是什么？试举例说明

综合补偿（最佳调整原理）的实施

优点：综合补偿方法具有简洁、易行、补偿效果好的特点。

涵义：该方法不必探讨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。

J

1）对菜甫正弦机构的仪器误差进行综合补偿

以杠杆齿轮式测微仪为例来说明：

测微仪的第一级为正弦杠杆放大，放大比为

R/a：第二级放大比为L/r。

但从图3-30可看出：

被测位移是直线-g*,但传递上去的是孤

显然。炉>s,因此产生原理误差：

As-=aa>-asing）=a（a>-sin矽

S图3—29杠杆齿轮式测微仪原理图

UL

QS

YI

因为:sin<p=§-----H--—

所以:

图3-an杆杆齿轮涮撇仪的涮杆钝介记住正弦机构产生（正）的误差

R采用综合补偿法的方法如下：

在刻度盘及内部结构都已经确定的情况下，我们采用增长杠杆短臂a的方法

来减小后,即将。调整为由理论分析可以得知（采用最小二乘法计算），当

调整。，使公。374%处的原理误差为零时，达到最佳调整，这时的最大原理误

差为&，=1/24却"即为调整前的1/4,调整后的杠杆臂长优可由下式求得

,0.374

°=sin（0.874^）

，图3-31显示了调整前后的特性

曲线。其中为调整前的

-%-0L87FD-OJF.特性曲线,=为调整后的特

性曲线，…e为刻划特性曲线。

图3—31正弦杠杆三条特性曲线

|3.8造型设计的要点包括哪些

造型设计是总体设计中一个重要的问题，造型设计是与设备的功能、结构、材料、工艺、视

觉感受与市场关系紧密相关的重要设计工作。造型设计也是具有好用功能的设计，造型中所

采纳结构、材料和工艺要符合经济原则。

造型设计还要使产品的外形、色调和表面特征符合美学原则，以适应人们的时尚要求,

并从式样、形态、风格、气氛上体现时代的特点。外形轮廓应给人以美的享受，运用户宠爱

它，使操作者珍爱它，加倍爱护它。

下面主要从造型设计中如何依据科学技术原理和依据美学原则的两个方面进行探讨。

一、外形设计

（一）外形比例的选择

一台仪器的零部件组合必需匀整谐调，在尺寸上要符合肯定的比例关系，这是达到

符合美学原则的前提条件。

（二）外形的均衡与稳定

均衡与稳定是自然界物体美感的基本规律，凡是美的形象必定给人以各部分

形体间平衡、安定的视觉感。

（1）均衡，均衡是指仪器的整体各部分轻重对称，相对和协。获得形体均衡

的方法是以支承面的中点为对称轴线，使形体两边的重量矩大致相等。并以图

形、色调等视觉重量感来弥补实际较轻的一边。从而取得较好的视觉平衡，产

生最强的静态美、条理美，但又产生心理上的庄重、肃穆的感觉。

（2）稳定，对一台仪器而言，其下部分应大而重，而上面的部分小而轻，从

而使仪器自身重心较低，也给人以稳定感。除此之外，还有利用色调对比的方

法，增加下部色调的浓度，以达到增加下部重量感的效果。

（三）外形的风格

在艺术造型中，统一与差别，整体和特性是辩证的统一。在外形设计中，要

充分考虑到各零部件的功能和结构具有统一性和差别的因素。

（四）外形形体的过渡

（五）表面装饰处理

二、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一人一环境的协调统一，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平安、操作精确、省力、轻巧，减轻了劳动

强度，提高了工作效率的目的。人机工程包括以下几方面：

（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，以便达到上述要求。

（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，需运用的作用力的大个和作用点相对于操作

者的位置。对于精密测控仪器而言，由于操作的对象是按钮，按动按钮无需很大的作用力，

因此，按钮的位置需按视角要求的位置和操作者简洁达到的位置来设计。

（4）工作环境和平安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、

故障的解除应有利于减轻操作者的精神惊慌状况，尽量减轻人的体力和脑力消耗;在设计时,

应有干脆平安技术措施和间接平安技术措施。

4.1、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精确度，直线度。

1）导轨的几何精度一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。

2）接触精度一指动静导轨之间的微观不平度，它将影响导轨的接触变形。因此要求接触积

大于80%。为此，要有粗糙度指标。对滑动摩擦导轨、动导轨（=0.2-0.8〃小；静导

轨=0.1—0.4对滚动摩擦导轨Ra<0.2pm

3）事实上因导轨引起的误差是很困难的。以单轴方向导轨为例：其存在扭摆（Raw）误差、

俯仰（Pitch）误差和偏转（Roll）误差，此外还有两维平行度（Straightness）误差、线性（Linear）

误差。

1）滑动摩擦导轨两导轨面间干脆接触形成滑动摩擦。

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，使运动件做精密微小位移。这种导轨

仅有弹性材料内分子间的内摩擦。

|4・2、基座与支承件的基本要求是筋-

1）支承件的结构特点和设计要求

基座立柱结构尺寸较大，结构比较困难，要承受外载荷及其变更，受热变形影响较大。

A要具有足够的刚度，力变形要小B稳定性好，内应力变形小C热变形要小D良好的

抗振性

相应措施

A刚度设计常采纳的方法有模拟试验法（仿真试验）、量纲分析法和有限元分析法。有限元

分析已有成熟的分析软件可借用。采纳正确的结构设计也是保证支承件刚度的重要手段。

B对铸造的基座和立柱要进行时效处理，以消退内应力，削减应力变形。时效处理的方法有

两种，即自然时效和人工时效。

C严格限制工作环境温度，限制仪器内的热源，实行温度补偿措施

D在满意刚性要求状况下，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

形态和尺寸，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，如采纳气体、

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；采纳减振或隔振设计，如弹簧隔振、橡胶隔振、气垫隔振等。

2）支承件的结构设计内容

刚度设计

1）有限元分析法：此分析法是一种将数学、力学与计算机技术相结合的对支承件刚度和动

特性进行分析的一种方法；

2）仿真分析法：对结构形态困难的支承件，可采纳模型仿真，虽然花费些物力和时间，但

得出的结果与实际比较接近。

结构设计

1）正确选择截面形态与外形结构：构件受压时变形量与截面积大小有关；受弯、扭时，变

形量与截面形态有关。参阅表4-1横截面积相同时不同断面形态惯性矩的比较进行设计

2）合理地选择和布置加强肋，以增加刚度，参阅表4-1-1所示各种肋条（板）的形态及其优缺

点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参阅表4-1-2支承件常用材料性能及改善措施6）基座与支承件的壁

厚、肋板、肋条厚度设计可参阅表4-2

4.3、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

包括：径向、轴向、倾角、端面误差运动。

①径向误差运动一包括倾角运动和纯径向运动之和。

②径向跳动一包括径向误差运动及偏心和圆度误差

③端面误差运动一轴向误差运动

④端面跳动--端面误差运动及端面与轴线的垂直度、平行度。

主轴回转精度定义：指旋转体回转轴线相对于其轴线平均线的位置变动。

基本要求

A主轴回转精度

造成回转误差的缘由

是主轴和轴承的尺寸误差、形态误差、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

提高主轴刚度的措施：

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/10=1/2—1/4

④提高轴承刚度

C主轴系统振动

引起缘由：传动轴与主轴连接方式不好；主轴上的零部件不平衡。因此，不能采纳刚性连接

的方法。一般采纳弹性元件连接，以力偶的方式传递

D主轴系统的热稳定性

减小力变形主轴设计应形态简洁，避开产生应力变形。主轴上的紧固件尽量少，以减小夹

紧应力产生变形。必要时应设计有凸肩。

E寿命

4.4、提高主轴系统的刚度有几种方法？

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L5—2倍

②合理选择支撑跨距

③缩短主轴悬伸长度a/10=1/2—1/4

④提高轴承刚度

4.5、密珠轴系有何特点？

1.密珠轴承轴系的特点及结构密集的滚珠近似于多头螺旋排列，每个滚珠公转时有自

己滚道，

互不重复。滚珠装配时过盈，相当于预加载荷，起到消退间隙，减小几何形态误差。这种轴

系成本

低，运用便利，寿命长，精度高，但承载实力不大。

2.密珠轴承设计要点

滚珠的密集度：适当提高滚珠密集度，即增加滚珠数量，可以使主轴的“飘移”有所改善，所

以，提高滚珠的密集度是有好处的。但过多的增加不仅使结构尺寸增大，而且摩擦力矩随之

增大，影响主轴运动的敏捷性。一般依据受力状况按公式（4-47）、式（4-50）计算，再考

虑结构的可能性和过盈量确定滚球数量。

滚珠的排列方式：排列方式必需满意每个滚珠的滚道互不重叠，并在直径方向上滚珠的配置

成对称的原则。

过盈量的确定过盈量能补偿轴承零件的加工误差，提高轴系的回转精度和刚度。过盈量过小

则不能消退轴承间隙，回转精度和刚度均下降；过盈量太大，则摩擦力矩增大，轴系转动的

敏捷性降低，主轴、轴套、滚珠的磨损加快，还简洁引起轴、套和滚珠的塑性变形，破坏原

有几何形态的正确性，同样会引起回转精度下降。

4.6、液体动压滑动轴系获得液体摩擦的条件是什么？运用时应留意什么？

动压轴承获得油动压的条件是：

1）在结构上，轴承必需有斜楔。主轴只有向斜楔减小方向转动时，才会产生油动压，

若主轴转动速度高，则油膜加厚。因此为保证主轴有高的回转精度，转速应匀整。不允许向

斜楔增大方向转动，这时没有油动压，主轴与轴承刚性接触，而产生磨损。

2）轴系在转动之前必需加有肯定粘度的润滑油，进行充分润滑。润滑油不能随意代替,

必需用圆度仪主轴专用油。

4.7、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，承载实力也大，最适于作精密机械的长行程导轨。

经过研磨，使导轨面的精度和导轨与工作台之间的间隙达到所须要的数值。

闭式圆柱或矩形导轨型结构简洁，零件的精度可由机械加工保证。随着工作台的移动，导

向圆轴可能产生挠度，故不适用做长导轨，可用于高精度、高稳定性的短行程工作台的导轨。

开式重量平衡型这是工作台重量（包括负载）与空气静压相平衡保持肯定间隙的一种形式,

其结构简洁、零件加工也比较简洁。但刚度小，承载实力低，可用于负载变动小的精密仪器

和测量仪器。

开式真空吸附平衡型其结构与重量平衡型相同。由真空泵的真空压力来限制工作台的浮起

量，因此，可以削减工作台浮起间隙量，甚至可以削减到lum,故可提高刚度。常在微细

加工设备中应用。如250CC型图形发生器X向导轨，就是用气垫中心真空吸附加载的，在

气垫外环有气浮平衡以保持间隙。

4.8、什么是微位移技术？柔性锐链有何特点？

微位移技术是一行程小、辨别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、精密检测装置和限制装置三部分组

成。

柔性较链用于绕轴作困难运动的有限角位移，它的特点是：无机械摩擦、无间隙、运动灵敏

度高。利用柔性较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

稳定辨别率。近年来，柔性较链又在精密微位移工作台中得到了好用，并被广泛地用于陀螺

仪、加速度仪、精密天同等仪器仪表中。柔性较链有许多种结构，最一般的形式是绕一个轴

弹性弯曲，这种弹性变形是可逆的。

4.9、采纳柔性钱链的微动工作台与其它方案相比有何优点？

（一）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）具有高的位移辨别率及高的定位精度和重复性精度。

3）具有高的儿何精度，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实

力。

5）工作台最好采纳干脆驱动，即无传动环节，这不仅刚性好，固有频率高，而且削减

了误差环节。

6）系统响应速度要快，便于限制。

（二）精密微动工作台设计中的几个问题

（1）导轨形式的选择在微动工作台微位移范围内，要求工作台有较高的位移辨别率,

又要求响应特性好。因此要求导轨副导向精度高。

▼滑动摩擦导轨摩擦力不是常数，动、静摩擦系数差较大，有爬行现象，运动匀整性不好。

▼滚动摩擦导轨虽然摩擦力较小，但由于滚动体的尺寸一样性误差、滚动体与导轨的形

态误差会使滚动体与导轨面间产生相对滑动，使摩擦力在较大范围内变动，即动、静摩擦力

也有肯定差别，也有爬行现象产生，但运动敏捷性好于滑动导轨。

▼弹性导轨，包括平行片簧导轨和柔性支承导轨，它们无机械摩擦，无磨损，动、静摩

擦系数差很小，几乎无爬行，又无间隙，不发热，可达到很高的辨别率，是高精度微动工作

台常用的导轨形式，但它们行程小，只适合用于微位移。

▼空气静压导轨，这种导轨导向精度高，无机械摩擦、无磨损、无爬行，又具有减震作

用，但成本较高。

▼在要求既要大行程，又要高精度微位移状况下，可采纳粗、细位移相结合的方法。大

行程时用步进电动机以机械减速机构推动工作台在空气静压导轨上运动，而微位移时用压电

器件推动工作台以弹性导轨导向运动。

（2）微动工作台的驱动微工作台的驱动可采纳如下方法：

▼电机驱动与机械位移缩小装置（杠杆传动、齿轮传动、丝杠传动、楔块传动、摩擦传

动）相结合，这是一种常规方法，但结构困难、体积大、定位精度低于0.1um。适于大行程,

中等精度微位移场合。

▼电热式和电磁式机构较简洁，但伴随发热，易受电磁干扰，难以达到高精度，一般

为0.1um左右，行程较大，可达数百微米。

▼压电和电致伸缩器驱动不存在发热问题，稳定性和重复性都很好，辨别力可达纳米

级，驱动工作台的定位精度可达0.01um。但行程小，一般为几十微米。

（3）微动工作台的限制微动工作台的限制有开环限制和闭环限制，并配有适当的误差校

正和速度校正系统。对于闭环限制还要有精密检测装置。用微机进行限制具有速度快、精确、

敏捷、便于实现精密微工作台与整机的统一限制等优点，是目前发展的主要方向。

4.10、微驱动技术有哪些方法？

一.压电及电致伸缩器件压电器件和电致伸缩器件是近年来发展起来的新型微位移器件，

它结构紧凑，体积小，位移辨别力高，限制简洁，不发热，抗干扰性强，因而是志向的微位

移器件，辨别力可达至IJ0.001um,定位精度可达到正负0。1um

二.在微位移器件中压电及电致伸缩器是应用逆压电效应或电致伸缩效应工作的

压电微位移器件是用逆压电效应工作的，广泛用于激光稳频、精密微动及进给等。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。

电磁驱动器是用电磁力来驱动微工作台。微工作台可用平行片簧导轨导向，也可用金属丝悬

挂导向。原理见图4-96o通过变更电磁铁线圈的电流来限制电磁铁的吸引力，克服弹簧的

作用力，达到限制工作台微位移的目的。电磁微驱动器方法简洁，驱动范围大，但线圈通电

流后易发热，易受电磁干扰。

4.11、试述压电效应和电致伸缩效应在机理上有何不同？

简洁说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。

详细说：当某些物质沿其某方向被施加压力或拉力时，会发生变形，此时这种材料的两个

表面将产生符号相反的电荷；当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象叫压电效

应。有时，也把这种机械能转变为电能的现象称为正压电效应或顺压电效应。反之，在某些

物质的极化方向上施加电场，它会产朝气械变形，当去掉外加电场后，该物质的变形随之消

逝，这种电能转变为机械能的现象，称为逆压电效应或电致收缩效应。

4.12、试总结各种微位移机构的原理及特点。

1、柔性支承一压电器件驱动的微位移机构这种机构是一种新型微位移机构，微移动工作台

被安装在柔性支承上；压电元件在电压驱动下可精密伸长与缩短，并推动柔性支承与工作台

一起位移。由于柔性支承无间隙、无摩擦、不发热，而压电驱动精度高、无噪声、不受温度

和电磁场影响、体积小、不老化，因而很简洁实现0.1〜0.001Um的微位移。

2、平行片簧导轨一电压器件驱动的微位移机构微工作台由平行片簧导向，压电器件驱动,

无间隙，无摩擦。微位移时片簧产生的弹性变形，即为工作台的微位移。这种微位移机构可

以达到0.01um的位移辨别力，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滚动导轨是精密仪器中常用的导轨形式，它具有运动敏捷、

行程大、结构较简洁、精度较高等优点。用压电器件驱动，可以得到高的位移辨别力。这种

组合的微动工作台，易于实现大行程及微位移的结合。

4、平行片簧导轨一步进电机及机械式位移缩小机构驱动微位移机构用平行片簧导轨，驱

动采纳步进电机，为获得微位移，需将步进电机的输出用机械式位移机构缩小，如用精密螺

旋传动、弹性传动、齿轮传动、楔块传动等。

5、平行弹簧导轨一电磁位移器驱动为克服丝杠螺母机构的摩擦和间隙，可采纳电磁驱动

的弹簧导轨微动工作台，其原理见图4-92。微动工作台用平行片簧导向，在工作台端部固

定着强磁体，如坡莫合金制成的小片，与坡莫合金小片相隔适当的间隙装有电磁铁，通过电

磁铁的吸力与上述平行片簧导轨的反力平衡，进行移动工作台的定位。

6、气浮导轨一步进电机及摩擦传动弹性导轨是为解决高辨别力而采纳的，但行程小。为

解决大行程和亚微米辨别力的冲突，可采纳气浮导轨。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±0.1um。图

4-93是用于分步重复照相机上的气浮导轨一步进电机及摩擦传动工作台。

7、二维X-y双向微位移工作台由于常用的压电和电致伸缩传感器本身的最大伸长量为8〜

25um,不能满意宽范围微位移工作台的要求，故常采纳•级或两级杠杆放大机构，以达到

宽范围的位移。

X、y双向微位移部分，相互垂直地设计在同一整体结构平面内，其中X向微位移部分，

刚性地嵌套在y向微位移部分工作台之内，即内层为X向工作台，外层为y向工作台。通

过二级杠杆放大机构驱动，可以实现无爬行、无蠕动、无转角的大范围移动。

测控电路一般由哪几部分组成？各有什么作甬亍

1.测量电路

测量电路是信息流的输入通道，其作用是将传感器输出的测量信号进行调理、转换、

或者运算等。

测量电路包含的电路类型众多，例如各种放大电路、调制解调电路、滤波电路、阻抗

变换电路、电平转换电路、模数转换(A/D)电路、频率-电压转换电路、傅立叶变换电路、

量程自动切换电路、非线性补偿电路、温度补偿电路、运算电路等等。

2.限制电路

限制电路是信息流的输出通道，其作用是依据中心处理系统发出的吩咐，对被控参数

实行限制。

限制电路也包含多种电路，例如各种电压放大电路、电流放大电路、功率放大路、驱

动与隔离电路、数字模拟(D/A)转换电路、电压•电流转换电路、遥控电路等。

3.中心处理系统

中心处理系统同时连接着测量电路和限制电路，即连接着信息流的输入通道和输出通

道，因此它是整个电路与软件系统的中心，同时也是整个测控仪器的神经中枢。

多数的中心处理系统一般都采纳计算机。小型的测控仪器常采纳单片机(MPU)、微处

理器(UP)、可编程逻辑限制器(PLC)、数字信号处理(DSP)芯片，并配以相应的外围电路，

组成便携式测控仪器和工业过程限制仪器。

4.电源

上述的测量电路、限制电路和中心处理系统在硬件形式上均为电路系统，因此电源是

必不行缺的重要环节。电源的主要作用包括：①为整个电路系统各单元供应必要的能量，②

为各个电路单元供应电平基准，③为测量信号和限制信号供应参考电同等等。

5.软件系统

在基于计算机或各种微处理器构建的中心处理系统中，必需配以软件系统才能正常工

作，否则系统将成为“裸机”。

软件系统对于完成各种信息处理、提高系统的自动化和智能化水平、提升系统性能和

牢靠性、共享测量数据以及系统之间相互通讯和联络等具有干脆的作用，同时它也是提高测

控仪器附加值的重要手段之一。

影响测控电路精度的因素有那些？各有什么询-

信噪比：衡量系统抗干扰实力的技术指标，以有用信号强度与噪音信号强度之间的比率来表

示，称其为信号噪声比，简称信噪比(Signal/Noise),通常以S/N表示，单位为分贝(dB)

辨别力：对于数字式仪器辨别力是指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。对模拟

式仪器，辨别力就是分度值。

线性度：测控系统的实际静态特性输出是一条曲线而并非是一条直线。

灵敏度：在稳态工作状况下输出量变更ay对输入量变更△x的比值。它是输出一输入特

性曲线的斜率。

量化误差：当输入量的变更小于数字电路的一个最小数字所对应的被测量值时，数字系统将

没有变更，这一误差称为量化误差。

稳定性（漂移）一般分为时间稳定性（时间漂移）和温度稳定性（温度漂移）两种。时间稳

定性是指测控系统在不同时间段内特性的检定程度。

频率特性：在动态测试状况下，输出信号幅度和相位随输入信号的频率变更而变更的特性，

即幅频和相频特性。

输入与输出阻抗

对于模拟式限制电路，抗干扰实力差将导致限制精确性的降低；而对于数字式限制电路,

抗干扰实力低将有可能产生误动作，从而带来破坏性的后果。

其影响包括：①非线性的标尺和刻度盘难于制作；②在系统换档时须要重新标定；③测

试数据记录简洁失真；④当进行模/数、数/模转换时不易保证精度；⑤当进行反馈限制时，

限制方法和算法不易实现等。提高灵敏度，可以提高信噪比和辨别力，从而得到较高的测量

精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

选用不同的传感器、电子元器件以及电路原理，可对信噪比有较大的改进①选择适当的测量

电路形式，选取合适的测量段，可以显著减小非线性误差。②可以通过适当设计或增加补偿

和校正环节，降低非线性误差。灵敏度与系统的量程及辨别力是相互关联的指标，须要统筹

考虑

[5-3]传感器输出模拟信号时，测量电路一般由哪几部分构成？试举例说明

对于输出模拟信号的传感器而言〔如图5-2所示），放大电路和滤波电路般是必需的。对

于须要沟通激励信号的传感器而言，还需振荡器和调制解调器。许多测控场合还需运算电路,

来实现一些简洁的运算和数据处理任务。对于采纳计算机和微处理器的场合，常常还需模数

转换电路。

中

模

3央

数

算

传放处

转

理

感大电

换

器器