《测控仪器设计(第2版)》课后习题答案_浦昭邦_王宝光
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1- 1府轉质个职躺切齢肆帥静!耶个职臨号!饷腮i 普各狀啊酿?解:(1) 瞬变信号-指数衰减振荡信号,其频谱具有连续性和衰减性。
(2) 准周期信号,因为各简谐成分的频率比为无理数,其频谱仍具有离散 性。
(3) 周期信号,因为各简谐成分的频率比为有理数,其频谱具有离散性、 谐波性和收敛性。
解:x (t )=sin2 f °t 的有效值(均方根值):1- 3用鯉帧躺三騒殊开捅姉朋开丸耦茫械価1・川般认胖錠乩解:周期三角波的时域数学描述如下:1-2求信号工仁)7“ 2町山的有效值(均方根值)^ =xrmsI — To x 2 (t)dt'■■.'T o 0():° sin 2 2 f o t dt1------ sin 4 f o t 4 f 0T)T o1■;' 2To(ToT o2 x(t)0 tT 0 2T o x(t nT o )(1)傅里叶级数的三角函数展开:b n 1 T o /2 T oT o / 2 T o /2T o T o /2 4 T o /2 T o4 2 n2 5 2 T o /2(1 T o /2a。
an 2n2x(t)dt2 T o/2T 00 (1—t)dt T o x(t)cos n o t dt 2t)cos n o t dt T on 1,3,5, T o则 x(t)sin n x(t)sin n o t dt n 2,4,6,,式中由于x(t)是偶函数,sinn o t 是奇函数, o t 也是奇函数,而奇函数在上下限对称区间上的积分等于 o 。
故b n 0。
因此,其三角函数展开式如下: x(t)12 cos nn 1n0t41 匕 2sin(n ot n 1 n2)(n=1,3, 5,…)其频谱如下图所示:A())1 2l()J4 22 '41 2 3 49 24 25 213 0 5 03 0 5 0(2)复指数展开式复指数与三角函数展开式之间的关系如下:故有I nC N =-b n /21 A 1 A n = a n2 2 arctg ( “) a n1 21 V a ! b :4 I m C nR e C nC 0 IA onarctg3oI m C nR e C n1 2 A 1arctg (电)a nR e C N =31/22. 2 n 2 sin 2 22 2 2n 0n 1,3,5, n 2,4,6,a o C n-5 0-3 0 - 0 0------------------------ ko 3 o 5 o实频谱 j i R e C n1 2 222 9 225 22 25 2-5 0-3 o - o 0虚频谱 o 3 o 5 o双边幅频谱 f |C n2 25 22 9 2 225 2-5 o -3 o - o o双边相频谱1-4求三角形窗函数{图J22)的频谱[井作频谱Kkt用傅里叶变换求频谱。
第一章1.测控仪器的概念是什么?答: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。
2.为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关?答:……3.现代测控仪器技术包含哪些内容?答:……4.测控仪器由哪几部分组成?各部分功能是什么?答:(1)基准部件:提供测量的标准量。
(2)传感器与感受转换部件: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。
(3)放大部件:提供进一步加工处理和显示的信号。
(4)瞄准部件:用来确定被测量的位置(或零位)。
(5)信息处理与运算部件:用于数据加工、处理、运算和校正等(6)显示部件: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。
(7)驱动控制部件:用来驱动测控系统中的运动部件。
(8)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。
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:分度值——一个标尺间隔所代表的被测量值。
分辨力——显示装置能有效辨别的最小示值。
示值范围与测量范围:示值范围——极限示值界限内的一组数。
测量范围——测量仪器误差允许范围内的被测量值。
灵敏度与鉴别力(灵敏阈):灵敏度——测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。
鉴别力——使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化。
仪器的准确度、示值误差、重复性误差:仪器的准确度——测量仪器输出接近于真值的响应的能力。
示值误差——测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。
重复性误差——视差、估读误差、读数误差:视差——当指示器与标尺表面不在同一平面时,观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。
估读误差——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——由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差,它包括视差和估读误差。
6.对测控仪器的设计要求有哪些?答:(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)造型要求第二章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逼近法各适用在什么情况下,为什么?答:若能列出仪器全部或局部的作用原理方程,那么,当源误差为各特性或结构参数误差时,可以用微分法求各源对仪器精度的影响。
测控仪器设计(第2版)复习重点及答案测控仪器设计(第2版)复习重点及答案一、测控仪器设计概论1.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。
2.按功能将仪器分:①基准部件;作用:测控仪器中的标准量是测量的基准;②传感器与感受转换部件;作用: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;③放大部件;作用:提供进一步加工处理和显示的信号;④瞄准部件;作用:确定被测量的位置(或零位);⑤信息处理与运算装置;作用:主要用于数据加工、处理、运算和校正等;⑥显示部件;作用: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;⑦驱动控制部件;作用:用来驱动测控系统中的运动部件;⑧机械结构部件;作用:用于对被测件、标准器、传感器的定位、支撑和运动。
3.1示值范围:极限示值界限内的一组数。
3.2测量范围:测量仪器误差允许范围内的被测量值。
4.1敏感度:测量仪器响应的变化除以对应的激励的变化。
S=ΔY/ΔX。
是仪器对被测量变化的反映能力。
4.2鉴别力: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。
4.3分辨力:显示装置能有效辨别的最小示值。
指仪器显示的最末一位数字间隔代表的被测量值。
4.4视差:当指示器与标尺表面不在同一平面时,观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。
4.5估读误差: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,也称为内插误差。
4.6读数误差:由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差,它包括视差和估读误差。
二、仪器精度理论1.1 测量误差:对某物理量进行测量,所测得的数值Xi与其真值Xo之间的差。
误差的大小反映了测得值对于真值的偏离程度。
1.2 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。
1.3 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。
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。
高等职业教育电子信息类贯通制教材(电子技术专业)电子测量与仪器(第2版)习题答案宋悦孝主编张伟主审Publishing House of Electronics Industry北京 BEIJING习题11. 5V –5V 90V 10V2. –2V –5% –5.3%3. Δx 1=±0.15V Δx 2=±0.2V>Δx 1 选择10V 、1.5级的电压表4. 4.5mA –4.5mA 5% γm =4.5%,所以定为5.0级5. Δx 1=±0.05V 记录值为7.53V 报告值为7.5V6. 54.79——54.8 86.3724——86.4 500.028——500 21000——2.10×1040.003125——3.12×10–3 3.175——3.18 43.52——43.5 58350——5.84×1047. 18.4V 18.44V8. 2.100kΩ 2100Ω 2.100×103Ω 0.2100×10kΩ习题32. 表征交流电压的平均值为3V (以往定义的平均值为0V ) 6V –2V 8V3.5V3.(1)均值表:U α=P F K K U ˆ11.1 正弦波时7.1V 三角波时5.6V 方波时11.1V (2)峰值表:U α=2ˆU均为7.1V(3)有效值表:U α= U =P K U ˆ 正弦波时7.1V 三角波时5.8V 方波时10V 4. (1)峰值表:P K U U α2= αU U 2ˆ= FP K K U U α2= 正弦波U =10V U ˆ=14.1V U =9V ;三角波U =8.2V Uˆ=14.1V U =7.1V ;方波U =U ˆ=U =14.1V (2)均值表:αU K U F 9.0= αU U 9.0= αU K K U P F 9.0ˆ= 正弦波U =10V U ˆ=14.1V U =9V ;三角波U =10.4V Uˆ=18V U =9V ;方波U =U ˆ=U =9V 5. 不可以。
=+平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间1基本知识引论1、测量围、测量上、下限及量程测量围:仪器按照规定的精度进行测量的被测变量的围测量下限:测量围的最小值测量上限:测量围的最大值量程:量程=测量上限值-测量下限值1.2.3灵敏度:被测参数改变时,经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后,仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比 灵敏度Y U∆=∆ 1.2.4误差绝对误差:∆max δ绝对误差 = 示值-约定真值相对误差:δ相对误差(%)= 绝对误差/约定真值引用误差:max δ引用误差(%)= 绝对误差/量程最大引用误差:最大引用误差(%) = 最大绝对误差/量程允许误差:最大引用误差≤允许误差1.2.5精确度仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量。
精确度划分为若干等级,简称精度等级,精度等级的数字越小,精度越高1.2.8可靠度:衡量仪表能够正常工作并发挥其同能的程度课后习题1.1检测及仪表在控制系统中起什么作用,两者关系如何?检测单元完成对各种参数过程的测量,并实现必要的数据处理;仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件,它将检测得到的数据进行运算处理,并通过相应的单元实现对被控变量的调节。
关系:二者紧密相关,相辅相成,是控制系统的重要基础1.2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的,各单元主要起什么作用?被控——检测单元——变送单元——显示单元——操作人员对象——执行单元——调节单元—作用:被控对象:是控制系统的核心检测单元:是控制系统实现控制调节作用的及基础,它完成对所有被控变量的直接测量,也可实现某些参数的间接测量。
变送单元:完成对被测变量信号的转换和传输,其转换结果须符合国际标准的信号制式。
变:将各种参数转变成相应的统一标准信号;送:以供显示或下一步调整控制用。
显示单元:将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来,供操作人员及时了解控制系统的变化情况。
测控电路(第4版)天津大学张国雄测控仪器设计(第2版)哈尔滨工业大学天津大学浦昭邦王宝光 测试信息分析与处理东南大学宋爱国传感器(第4版)哈尔滨工业大学唐文彦精密机械设计基础天津大学裘祖荣现代传感技术厦门大学黄元庆工程光学(第3版)天津大学浙江大学郁道银谈恒英 工程光学基础教程天津大学浙江大学郁道银谈恒英 工程光学实验教程天津大学贺顺忠测控总线与仪器通信技术——网络化测量技术南京邮电大学梅杓春电子测量技术电子科技大学王厚军传感器原理及应用吉林大学程德福王君 自动测试系统电子科技大学田书林测控总线与仪器通信技术武汉大学王先培传感器技术东南大学陈建元仪器可靠性与质量工程天津大学曲兴华智能仪器设计基础哈尔滨工业大学王祁测控技术与仪器实践能力训练教程(第2版)天津大学林玉池仪器制造技术(第2版)天津大学曲兴华电子测量原理(第2版)电子科技大学古天祥光电测试技术(第2版)哈尔滨工业大学浦昭邦智能仪器(第2版)吉林大学程德福林君 误差理论与数据处理(第6版)合肥工业大学费业泰检测技术(第3版)上海交通大学合肥工业大学施文康余晓芬 控制技术与系统(第2版)东南大学合肥工业大学黄惟一胡生清 工程光学复习指导与习题解答天津大学蔡怀宇光电检测技术与系统天津大学刘铁根计算机过程控制系统天津大学刘宝坤传感器(第3版)哈尔滨工业大学强锡富新型传感器原理及应用安徽机电学院王元庆控制仪表与装置天津大学向婉成非电量电测技术(第2版)沈阳工业大学严钟豪谭祖根 计量学基础中国计量学院李东升测控系统网络化技术及应用沈阳理工大学于洋MSP430系列单片机系统工程设计与实践西安电子科技大学谢楷赵建现代传感技术与系统天津大学林玉池曾周末 机电系统集成技术清华大学董景新信号与系统分析基础(非信息类专业)浙江科技学院潘文诚微机监测与控制应用系统设计北京交通大学余祖俊史红梅 视觉测量原理与方法天津大学邾继贵于之靖。
浙江大学大学物理答案【篇一:11-12-2大学物理乙期末试题b】《大学物理乙(上)》课程期末考试试卷 (b)开课分院:基础部,考试形式:闭卷,允许带非存储计算器入场考试日期:2012年月日,考试所需时间: 120 分钟考生姓名学号考生所在分院:专业班级: .一、填空题(每空2分,共50分):1、一个0.1kg的质点做简谐振动,运动方程为x(t)?0.2cos3t m,则该质点的最大加速度amax,质点受到的合力随时间变化的方程f(t。
2、一质点作简谐振动,振幅为a,初始时具有振动能量2.4j。
当质点运动到a/2处时,质点的总能量为 j,其中动能为j。
3、在宁静的池水边,你用手指以2hz的频率轻叩池面,在池面上荡起水波,波速为2m/s,则这些波的波长为 m。
4、两列波在空间相遇时能够产生干涉现象的三个条件为:,振动方向相同,初相位差恒定。
5、如图所示,在均匀介质中,相干波源a和b相距3m,它们所发出的简谐波在ab连线上的振幅均为0.4m,波长均为2m,且a为波峰时b恰好为波谷,那么ab连线中点的振幅为 m,在ba延长线上,a点外侧任一点的振幅为m。
6、已知空气中的声速340m/s,一辆汽车以40m/s的速度驶近一静止的观察者,汽车喇叭的固有频率为555hz,则观察者听到喇叭的音调会更________(填“高”或“低”),其频率为____________ hz。
(请保留三位有效数字)......7、已知800k时某气体分子的方均根速率为500m/s,当该气体降温至200k时,其方均根速率为__________m/s。
8、体积为2?10?3m3的理想气体,气体分子总数为5.4?1022个,其温度为362k,则气体的压强为_________________pa。
9、麦克斯韦速率分布曲线下的面积恒等于_________。
10、一定量氢气在500k的温度下,分子的平均平动动能为______________________j,分子的平均转动动能为________________________j。
测控仪器设计复习题答案一、填空题1. 测控仪器设计中,传感器的作用是将__________转换为电信号。
2. 信号放大电路的主要目的是提高信号的__________,以便进行后续处理。
3. 在数字信号处理中,A/D转换器的作用是将模拟信号转换为__________信号。
4. 测控系统中,滤波器的主要功能是去除信号中的__________成分,保留有用信号。
5. 测控仪器的稳定性是指系统在长时间运行后,输出信号与输入信号之间的__________保持不变。
二、选择题1. 以下哪个不是测控仪器设计中常用的传感器类型?A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光传感器D. 声音传感器答案:D2. 信号放大电路中,运算放大器的主要作用是:A. 信号整形B. 信号放大C. 信号滤波D. 信号调制答案:B3. 数字信号处理中,以下哪个不是A/D转换器的性能指标?A. 分辨率B. 转换速率C. 线性度D. 带宽答案:D4. 测控系统中,滤波器的设计通常不考虑以下哪个因素?A. 频率响应B. 相位响应C. 增益D. 电源电压答案:D5. 测控仪器的稳定性通常与以下哪个因素无关?A. 温度变化B. 电源电压波动C. 环境湿度D. 仪器的制造工艺答案:D三、简答题1. 简述传感器在测控仪器设计中的重要性。
答:传感器是测控仪器设计中的关键元件,它负责将被测量的物理量转换为电信号,为后续的信号处理和分析提供基础数据。
传感器的性能直接影响到整个测控系统的准确性和可靠性。
2. 说明信号放大电路在测控系统中的作用。
答:信号放大电路的主要作用是提高传感器输出的微弱信号,使其达到后续处理电路所需的电平。
这样可以提高系统的信噪比,减少信号在传输过程中的衰减和干扰,保证信号的完整性和准确性。
3. 描述数字信号处理中A/D转换器的工作原理。
答:A/D转换器的工作原理是将模拟信号在时间上进行离散化处理,同时在幅度上进行量化处理,最终将模拟信号转换为数字信号。
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,在大多数情况下是1∶1,在仪器设计时必须予以重视。
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。
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;反过来仪器的分辨力必须与仪器精度相适应,不考虑仪器精度而一味的追求高分辨力是不可取的。
示值误差(error of indication)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,实际上用的是约定真值,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,表明仪器的准确度越高。
测量范围(measuring range)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节范围。
如光学计的示值范围为±0.1mm,但其悬臂可沿立柱调节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±0.1mm。
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)的变化除以对应的激励(输入)的变化。
若输入激励量为∆X,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。
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。
测量仪器的准确度(accuracy of measuring instrument)测量仪器的准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能力。
符合一定的计量要求,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准确度等级,如零级、一级、二级等。
测量仪器的示值误差(error of indication)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,实际上用的是约定真值,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,表明仪器的准确度越高。
视差(parallax error)当指示器与标尺表面不在同一平面时,观测者偏离正确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。
估读误差(interpolation error)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(reading error)(1)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须全部满足,而是根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。
仪器的精度应根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,常采用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。
(2)检测效率要求一般情况下仪器的检测效率应与生产效率相适应。
在自动化生产情况下,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一定作用,因为缩短了测量时间可减少环境变化对测量的影响。
同时还可以节省人力,消除人的主观误差,提高测量的可靠性。
(3)可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,若可靠性差,故障频繁,不能长时间稳定工作,则该仪器或系统就无使用价值。
因此对仪器的可靠性要求是十分必要的。
可靠性要求,就是要求设备在一定时间、一定条件下不出故障地发挥其功能的概率要高。
可靠性要求可由可靠性设计来保证。
(4)经济性要求仪器设计时应采用各种先进技术,以获得最佳经济效果。
盲目追求复杂、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、工艺简单、成本低、可靠性高、装调方便,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。
(5)使用条件要求使用条件不同,仪器的设计也不同。
如在室外使用的仪器仪表应适应宽范围的温度、湿度变化,以及抗振和耐盐雾;在车间使用除了防振外,电磁干扰,尤其是强电设备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,以满足不同使用条件的要求。
(6)造型要求仪器的外观设计极为重要,优美的造型、柔和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护和保养仪器,延长使用寿命,提高工作效率。
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,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。