总复习提纲

第一章 测控仪器设计概论

从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。（计-计-控-控） 计量测试仪器的主要测量对象是各种物理量，即8大物理量，它分为

(1)几何量计量仪器 包括各种尺寸检测仪器，如长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等．

(2)热工量计量仪器 包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。

(3)机械量计量仪器如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、 振动测量仪等。 (4)时间频率计量仪器 如各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等。

(5)电磁计量仪器 用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交直流电流表、电压表、功率表、电阻测量仪、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。

(6)无线电参数测量仪器 如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。 (7)光学与声学参数测量仪器 如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。

(8)电离辐射计量仪器 如各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。

测控仪器：是利用测量与控制的理论，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。

4．测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么? （8大组成部分）

5．写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：分度值与分辨力；示值范围与测量范围；灵敏度与鉴别力(灵敏阀)；仪器的准确度、示值误差、重复性误差；视差、估读误差、读数误差。 通用计量术语及定义．

(1)测量仪器(measuring instrument) 测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。

测量仪器和测量器具是有区别的，测量仪器是将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有转换和指示功能。测量器具是以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。

(12)灵敏度(sensitivity) 测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。若输入激励量为AX，相应输出是△Y，则灵敏度表示为 S=△Y／△X

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。

灵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，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。

灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。

(13)鉴别力(阈)(discrimination) 使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化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。

(14)分辨力(resolution) 显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，分辨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，分辨力就是分度值。

分辨力是与仪器的精度密切相关的。要提高仪器精度必须有足够的分辨力来保证；反过来仪器的分辨

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力必须与仪器精度相适应。不考虑仪器精度而一味地追求高分辨力是不可取的。

第二章 仪器精度理论

对某物理量进行测量，所测得的数值xi与其真值x0之间的差称为测量误差。即

(2-1)

该误差的大小反映了测得值对于真值的偏离程度，它具有以下特点：

1)任何测量手段无论精度多高，总是有误差存在。即误差是客观存在的，永远不会等于零。

2)多次重复测量某物理量时，各次的测得值并不完全相等，这是误差不确定性的反映，只有测量仪器的分辨力太低时，才会出现相等的情况。

3)误差是未知的，因为通常被测量的真值是未知的。

为了能正确地表达仪器精度，人们在长期实践中，确定了以下基本概念： (1)理论真值 它是设计时给定的或是用数学、物理公式计算出的给定值。

(2)约定真值 对于给定目的具有适当不确定度并赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。例如常数委员会(CODATA)推荐的阿伏加德罗常数值为

(3)相对真值 若标准仪器的误差比一般仪器的误差小一个数量级，则标准仪器的测得值可视为真值，称作相对真值，有时也作为约定真值来使用。 (三个真值)

1．绝对误差， 被测量测得值x与其真值x0(或相对真值)之差称为绝对误差。

2．相对误差 绝对误差与被测量真值的比值称为相对误差。相对误差无量纲，可以表示为

相对误差有两种表示方法：

(1)引用误差 它指绝对误差的最大值与仪器示值范围的比值。 (2)额定相对误差 它指示值绝对误差与示值的比值。 二、精度

精度是误差的反义词，精度的高低是用误差来衡量的。误差大则精度低，误差小则精度高。

图2．1 仪器精度

仪器的精度是一种定性的概念，表征仪器的精度水平应由一些精度指标来体现，

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图5-26正弦机构 图5-27 正切机构

图5-28 正弦机构设计简图 图5-29正切机构设计简图

8．有一测杆在轴套孔中运动，测杆和轴套孔的公差分别为轴套长

测杆长L=50mm，求测杆倾斜带来的误差。

3．机械式测微仪的原理如图2-30所示。 1)试分析仪器的原理误差。 2)阐述仪器各个误差源。

3)用作用线与瞬时臂法分析杠杆短臂误差 和表盘安装偏心e所引起的局部误差。

图 2-30 1-测杆2-扇形齿轮 3-小齿轮4-指针 5-表盘

4．自准直仪简化原理图如图2-31所示，用分划板上的刻尺来测量反射镜偏转角α，分划板上的刻度间隔是均匀的，求原理误差。

图 2．31

第三章

人们将这条原则称为阿贝原则。该原则指出，为使量仪能给出正确测量结果，必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸线的延长线上。阿贝原则的扩展包含三重意思，即： ①标尺与被测量一条线；

②若做不到，则应使导轨没有角运动；

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③或应跟踪测量，计算出导轨的偏移加以补偿。 遵守了这三条中的一条，即遵守了阿贝原则。

爱彭斯坦光学补偿方法是一种用结构布局来补偿阿贝误差的方法，被应用于高精度测长机的读数系统中。

图3-4 爱彭斯坦光学补偿方法 a)测长机工作原理图 b)光学补偿原理

1．测控仪器的发展趋势可以概括为哪几个方面，其中高效率、高智能化指的是哪些内容? 2．归纳测控仪器的设计流程。

3．测控仪器设计的6项基本原则是什么? 4．测控仪器设计的基本原理有哪些?

5．阿贝误差产生的本质原因是什么?结合图3—3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则。

6．结合书中图3—9分析为何当滑块绕O点为圆心发生摆动时，测端处于A的位置可以补偿阿贝误差，而处于两个位置均不能补偿阿贝误差． 7．举例说明减小阿贝误差的方法。

8．1m激光测长机和光电光波比长仪为减小底座变形对测量精度的影响，在结构布局上采用了几种措施，这些措施的依据是什么?

9．丝杠动态测量仪对环境条件变化产生的测量误差进行补偿的先决条件是什么?

10．采用电子式位移量同步比较原理的仪器可以大大缩短测量链，试举出几种复合参数测量仪器来加深理解。

11．视觉型刀具预调仪的坐标系基准统一指的是哪两个坐标系的统一?如何检查由于两个坐标系归一不准确而带来的误差?

12．为什么在高精度的圓分度测量装置设计中，在度盘的对径方向上安装两个读数头，这一布局可以消除读数误差中哪些次谐波误差?

13．对径方向上安装两个读数头，是否可完全消除轴系晃动、度盘安装偏心及度盘刻划误差等对读数精度的影响?为什么?

14．零位比较测量方法与利用仪器指示测量绝对值的方法相比，优点是什么? 15．综合补偿的优点是什么?试举例证明。

16．选择几种传感器，说明其对原始信号的转换功能、感受方式及转换放大原理。 17．万能工具显微镜的光学灵敏杠杆的杠杆比是如何确定的? 18．测控仪器设计中对光栅参数及电子细分倍数是如何考虑的? 19。造型设计的要点包括哪些项?

第四章

从表4—1可以看出实心形状的惯性矩小于同一截面积空心截面形状的惯性矩，而同一截面积情况下空心

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