测控仪器设计
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案一、教学目标1. 了解测控仪器的基本概念、组成和分类。
2. 掌握测控仪器的设计原则和方法。
3. 熟悉常见测控仪器的设计案例。
4. 提高学生对测控仪器设计的创新能力和实践能力。
二、教学内容1. 测控仪器的基本概念1.1 测控仪器的定义1.2 测控仪器的作用1.3 测控仪器的分类2. 测控仪器的组成2.1 传感器2.2 信号处理电路2.3 显示与输出2.4 控制与通信3. 测控仪器的设计原则3.1 可靠性3.2 准确性3.3 稳定性3.4 灵敏度3.5 抗干扰性4. 测控仪器的设计方法4.1 需求分析4.2 方案设计4.3 参数设计4.4 系统仿真4.5 硬件选型与设计4.6 软件设计与实现5. 常见测控仪器的设计案例5.1 温度控制器5.2 压力传感器5.3 流量计5.4 液位控制器5.5 超声波测距仪三、教学方法1. 讲授法：讲解测控仪器的基本概念、组成、设计原则和方法。
2. 案例分析法：分析常见测控仪器的设计案例，让学生了解实际应用。
3. 实践操作法：引导学生参与实际设计项目，提高设计能力和创新能力。
4. 讨论法：组织学生进行小组讨论，分享设计经验和心得。
四、教学条件1. 教室环境：宽敞明亮的教室，配备投影仪、计算机等教学设备。
2. 实践基地：具备一定的实验室条件，可供学生进行实践操作。
3. 教材与参考书：选用合适的教材和参考书，为学生提供学习资料。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现、作业完成情况。
2. 设计报告：评估学生测控仪器设计报告的质量，包括需求分析、设计方案、参数设计、系统仿真等方面。
3. 实践操作：评价学生在实验室实践操作中的表现，包括硬件选型与设计、软件设计与实现等方面。
4. 小组讨论：评估学生在小组讨论中的参与程度和贡献。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，包括理论教学和实践教学。
2. 教学计划：第1-4课时：测控仪器的基本概念与分类第5-8课时：测控仪器的组成及其作用第9-12课时：测控仪器的设计原则与方法第13-16课时：常见测控仪器的设计案例分析第17-20课时：设计实践与操作第21-24课时：小组讨论与分享七、教学资源1. 教材：选用国内外权威的测控仪器设计教材。
测控仪器综合设计报告
测控仪器综合设计报告一、项目概述本项目旨在设计一种测控仪器，能够进行多种参数的测量和控制，用于工业生产领域。
该测控仪器应包括外围硬件和控制软件两部分。
二、需求分析2.1 参数测量本项目需要测量的参数包括：温度、湿度、压力、电压、电流和功率等。
测量精度应满足工业生产的需求，并应具有稳定性和可靠性。
2.2 控制策略测控仪器需要实现的控制策略包括：PID控制、开关控制和PWM控制等。
控制算法应根据不同的控制对象进行选择，并应保证控制精度和响应速度。
2.3 外围接口为方便使用，测控仪器需要具备RS232、CAN和以太网等多种外围接口，方便数据传输和远程控制。
三、方案设计3.1 硬件设计基于以上需求，本项目的硬件方案将采用STM32微控制器作为核心控制芯片，并集成多种传感器，以实现多参数的测量。
针对不同的控制需求，使用不同的控制模块和输出接口，如模拟量输出模块、PWM输出模块和继电器开关输出模块等。
同时，为了保证测控仪器的操作便捷，增加了人机交互界面，使用LCD液晶屏显示测量结果及当前状态，并通过按键进行操作，提高了产品的用户友好性。
3.2 软件设计测控仪器的控制软件采用C语言进行编写，其结构主要包括上位机和下位机两部分。
通过上位机，可以对下位机进行配置，设置测控仪器的参数和调整控制算法。
同时，通过上位机可以实现数据的实时监测和可视化显示，方便用户进行数据分析和决策。
下位机则主要负责多参数的测量和控制，并处理接收到的控制信号，实现多种控制策略。
3.3 外围接口设计为了方便数据的存储和传输，测控仪器的外围接口采用了多种通讯协议，包括RS232、CAN和以太网。
同时，为了实现对测控仪器的远程监控和操控，将采用Web服务和图形化用户界面。
四、项目实现与测试4.1 实现与调试在完成硬件和软件设计后，进行了多次实现和调试。
通过内部测试，保证测控仪器能够稳定工作，并实现多参数的测量和控制。
4.2 外部测试目前，该测控仪器成功应用于某工业生产领域。
测控仪器设计 第4版 第八章 智能仪器设计
基于单片机的中央处理系统的特点
① 可靠性高：其工业抗干扰能力强，不易破坏；硬件集成度高。 ② 易扩展：管脚丰富，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 ③ 控制功能强：满足工业控制要求，逻辑操作以及位处理功能。 ④ 存储器容量小：一般ROM为几k字节，RAM仅有几百字节。 ⑤ 体积小
特别适用于小型测控仪器和便携式测控仪器。常用的单片机DSP， PLC，ARM，FPGA等.
1、基于微处理器的中央电路的设计
（1）基于单片机的中央处理器电路设计； （2）基于DSP的中央处理器电路设计； （3）基于PLC的中央处理器电路设计； （4）基于ARM的中央处理器电路设计；
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表 8.2 不同微处理器的性能对比
微处理器 性质
内存容量 运行速度
体积 功耗 抗干扰 可靠性 稳定性 可扩展性 可维护性 通讯能力 开发周期 应用领域 价格
（PROTEL，CADENCE,MENTOR）,光学（CODE V,ZEMAX,OSLO）
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五、常用的算法 • 1、数字滤波技术 • 2、非线性校正技术 • 3、智能数据分析技术
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六、故障诊断技术
• 1、故障诊断检测性能指标； • 2、故障诊断诊断性能指标； • 3、故障诊断综合性能指标； • 4、故障诊断的主要方法有。
3
•三、智能仪器发展历程与趋势
• （1）智能仪器的微型化； • （2）智能仪器多功能化； • （3）智能仪器AI化； • （4）智能仪器网络化； • （5）智能仪器虚拟化；
4
第二节 智能仪器硬件设计
一、测量电路的设计 1、测量电路的作用及组成
智能调理技术
智能采样电路
组成
自动量程切换电路
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二、智能仪器的中央处理电路
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案一、教学目标1. 了解测控仪器的基本概念、分类和作用。
2. 掌握测控仪器的设计原则和方法。
3. 熟悉测控仪器的组成部件及工作原理。
4. 能够运用测控仪器设计的基本理论解决实际问题。
二、教学内容1. 测控仪器的基本概念1.1 测控仪器的定义1.2 测控仪器的发展历程1.3 测控仪器在工程中的应用2. 测控仪器的分类与作用2.1 分类2.1.1 模拟式测控仪器2.1.2 数字式测控仪器2.1.3 智能式测控仪器2.2 作用2.2.1 测量功能2.2.2 控制功能2.2.3 信号处理功能3. 测控仪器的设计原则和方法3.1 设计原则3.1.1 准确性3.1.2 可靠性3.1.3 稳定性3.1.4 经济性3.2 设计方法3.2.1 系统分析3.2.2 系统设计3.2.3 系统仿真3.2.4 系统实现4. 测控仪器的组成部件及工作原理4.1 传感器4.1.1 传感器的分类4.1.2 传感器的工作原理4.2 信号处理器4.2.1 信号处理器的功能4.2.2 信号处理器的种类4.3 执行器4.3.1 执行器的功能4.3.2 执行器的种类三、教学方法1. 讲授法：讲解测控仪器的基本概念、分类、作用、设计原则和方法。
2. 案例分析法：分析典型测控仪器的设计实例，让学生更好地理解测控仪器的设计过程。
3. 实验法：安排实验室实践，使学生熟练掌握测控仪器的组成部件及工作原理。
四、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现和作业完成情况。
2. 期中考试：测试学生对测控仪器设计基本知识的掌握程度。
3. 课程设计：评估学生在实际项目中运用测控仪器设计的能力。
五、教学资源1. 教材：选用国内权威的测控仪器设计教材。
2. 课件：制作精美、内容丰富的课件。
3. 实验室设备：提供测控仪器实验设备，便于学生实践操作。
4. 网络资源：利用网络平台，提供相关学术论文、技术资料，方便学生自主学习。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括16次课。
测控仪器设计范文
测控仪器设计范文测控仪器设计是指对被测对象或被测参数进行测量和控制的技术，是现代工业生产、科学研究和生活中不可或缺的一部分。
测控仪器设计的主要目标是通过采集信号、处理信号和控制信号，实现对被测对象的准确测量和有效控制。
测控仪器设计的主要内容包括传感器选择与安装、信号采集与处理、系统控制与反馈、数据处理与分析等方面。
首先，在设计测控仪器时需要选择合适的传感器来进行信号的采集。
传感器的选择要根据被测对象的物理特性及测量范围来确定，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
传感器的安装位置也要经过合理的分析和判断，以保证信号的准确性和稳定性。
接下来，对采集到的信号进行处理是测控仪器设计的重要环节。
信号采集模块可以将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，方便后续的处理与控制。
信号处理模块可以对采集到的信号进行滤波、放大、电平转换等操作，使信号更加稳定和可靠。
此外，还可以对信号进行时域分析、频谱分析等处理方法，以获得更多的测量信息。
系统控制是测控仪器设计中的核心环节，通过设计控制算法和控制系统，实现对被测对象的自动控制。
控制算法可以根据被测参数的变化情况，采取开环控制或闭环控制策略。
开环控制是根据被测参数的预期值直接对输出信号进行控制，闭环控制则是通过对输出信号进行反馈，实时调整控制策略。
控制系统的设计需要考虑控制精度、响应速度、稳定性等因素，以满足实际应用的要求。
最后，数据处理与分析是测控仪器设计中的关键环节。
通过采集到的数据进行统计分析、曲线拟合、数据采样与存储等操作，可以得到更加详细和全面的测量结果。
数据处理与分析也是测控仪器设计的一个创新点，通过优化算法和数据处理方法，可以提高测量与控制系统的性能和效果。
总的来说，测控仪器设计涉及到多个方面的知识和技术，需要综合考虑被测对象的特性、测量参数的要求、信号处理与控制方法等因素。
科学、合理、可靠的测控仪器设计可以提高工业生产效率、减少资源浪费、保证产品质量，为科学研究和生活提供有力支持。
测控仪器设计(全)PPT课件
✓ 测量范围
• 测量仪器误差允 许范围内的被测 量值。
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。
光学计
✓ 灵敏度
• 测量仪器输出的变化与对应的输入变化的 比值。 s=△y/△x
• 表征仪器对被测量变化的反应能力。 • 当输出值与输入值为同一量纲时，灵敏度
又称为放大比。
第四节 对测控仪器设计的要求和设计程序
一、设计要求
(1)精度要求 精度是测控仪器的生命，精度是第一位的。
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
2009年9月，Intel总裁兼 CEO Paul Otellini展示世界 上第一块基于22nm工艺的 晶圆。该晶圆上的每个指甲 盖大小的单独硅片内都集成 了多达29亿个晶体管。
↓
努力于2016年实现10nm工 艺。
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一、精度及其重要性
精度：是误差的反义词，精度的高低是用误差的大小来衡量的。 误差大，精度低；反之，误差小，精度高。
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二、 精度分析的目的
❖ 仪器误差的客观存在性：决定了仪器的精度无论多高，总存 在误差。
大等
光准直式、显微镜式、投影放大、摄 光学式放大部件 影放大式、莫尔条纹、光干涉等
前置放大、功率放大等 电子放大部件
光电放大部件 光电管放大、倍增管放大等
名称 机械系统
光学系统 电子信息处 理系统 光电系统
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4.瞄准部件
测控仪器设计 第4版 第四章 测控仪器设计方法
二、创新设计方法的训练
1） 学习，掌握创造学理论的基本思想，掌握创新思维规律，面对来自于自 然界生存压力、社会发展需求压力、经济竞争压力、个人工作压力及自我责任 心，事业心的主客观强大压力，激发出积极、主动创造精神。
2）摸索创新设计的方法和技巧
创新设计的诀窍在于
① 充分依靠现代网络信息资源有针对性的检索相关资料，补充掌握不足的信 息来达到创新构思。
② 在设计的整个过程中采用集多人智慧，互相启发来寻求解决问题的途径； 也可通过有针对性、有系统地提问来激发智慧，寻找解决办法
③ 通过对现有产品的观察，优缺点分析，或采用数学建模，或采用系统分析 及形态学矩阵的理论分析方法寻求各种解决办法。
举例子说明：采用系统分析方法解决防止螺纹松动的结构措施。
螺钉锁紧力矩公式为
➢ 敢于标新立异。创新思维的特点不仅是要突破“思维定势”的束缚，而且要 敢于标新立异，即敢于提出与前人甚至多数人不同的见解，敢于对似乎完美 的现实事物提出怀疑，寻找更合理的解法。
➢ 善于从不同角度思考问题，探索多种解法，设想多个可供选择的方案，这样， 成功的几率必然成倍增长。我们称这种思维方法为多向思维或扩散思维。
解决了齿轮测量参数多、测量仪器复杂、测量精度不高的难题。使一台仪器实现 了多台仪器和量具才能达到的测量功能，体现了设计者在仪器功能上的创新成就。 3）开关（新技术和新方法的创新）
机械式开关是最早的通断控制形式，但其反映的频率低，定位精度差，结构复 杂，惯性大，寿命短。随着科技的发展，人们开发出触摸式、感应式、声控式、光 控式、红外线式等多种新的开关。这些新的开关设计反映出设计者对各种新技术和 新方法的创新研究。
第三节 测控仪器工作原理的选择和系统设计
消除了操作者的人为误差，实现了自动化、 数字化、微米级的测量精度。
测控仪器设计教案
12.1 教学目标
1. 了解测控仪器市场的现状和趋势。
2. 学习测控仪器市场分析的方法和技巧。
3. 掌握测控仪器经济分析的基本原理。
12.2 教学内容
1. 测控仪器市场的现状和趋势
2. 测控仪器市场分析的方法和技巧
3. 测控仪器经济分析的基本原理
12.3 教学方法
1. 讲授法：讲解测控仪器市场的现状和趋势。
9. 创新与实践：激发学生创新思维，学习创新方法和步骤，培养实际操作能力和创新实践。
10. 标准化与法规：理解标准化的意义和作用，掌握相关标准和法规，学会使用标准化方法和法规进行设计和生产。
11. 市场与经济分析：了解测控仪器市场的现状和趋势，学会市场分析的方法和技巧，掌握经济分析的基本原理。
12. 项目管理：理解项目管理的重要性，掌握项目管理的基本原理和方法，学会使用项目管理工具进行项目规划和管理。
3. 课后作业：布置相关习题，巩固学生对测控仪器市场与经济分析知识的应用。
第十三章：测控仪器的项目管理
13.1 教学目标
1. 理解项目管理在测控仪器开发中的重要性。
2. 掌握项目管理的基本原理和方法。
3. 学会使用项目管理工具进行测控仪器项目规划和管理。
13.2 教学内容
1. 项目管理在测控仪器开发中的重要性
3. 课后作业：布置相关习题，巩固学生对测控仪器误差处理知识的应用。
第四章：测控仪器的可靠性与维护
4.1 教学目标
1. 理解测控仪器可靠性的重要性。
2. 掌握测控仪器可靠性的评价方法。
3. 学会测控仪器的维护与故障处理。
4.2 教学内容
1. 测控仪器可靠性的重要性
测控仪器课程设计题目
测控仪器课程设计题目一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握测控仪器的基本原理、结构和应用，提高学生的理论水平和实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够了解测控仪器的基本概念、分类、工作原理和主要性能指标，掌握测控仪器的设计方法和应用领域。
2.技能目标：学生能够运用所学知识分析和解决测控仪器在实际应用中遇到的问题，具备一定的实际操作能力，能够使用测控仪器进行实验和调试。
3.情感态度价值观目标：培养学生对测控仪器的兴趣和热情，使其认识到测控仪器在现代科技和社会发展中的重要性，提高学生的科学素养和创新精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括测控仪器的基本原理、结构和应用。
具体安排如下：1.测控仪器的基本概念：介绍测控仪器的定义、分类和发展历程。
2.测控仪器的工作原理：讲解各种常见测控仪器的工作原理及其特点。
3.测控仪器的主要性能指标：介绍测控仪器的主要性能指标及其评价方法。
4.测控仪器的设计方法：讲解测控仪器的设计原则、方法和步骤。
5.测控仪器的应用领域：介绍测控仪器在各个领域的应用实例。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握测控仪器的基本原理和知识。
2.讨论法：学生进行分组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解测控仪器的应用和设计方法。
4.实验法：安排学生进行实验操作，提高学生的实践能力和动手能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的测控仪器教材作为主要教学资源。
2.参考书：提供相关的测控仪器参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备充足的实验设备，确保每个学生都能得到充分的实践机会。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化方式，全面、客观地评价学生的学习成果。
测控仪器设计知识点总结
测控仪器设计知识点总结一、测控仪器概述测控仪器是指能够对各种物理量进行测量和控制的仪器，常见的有温度、压力、流量、电流等。
它们通常由传感器、信号调理、数据采集、信号处理和控制执行等部分组成。
测控仪器是现代工业生产中重要的测量和控制工具，广泛应用于自动化生产线、航空航天、医疗设备等领域。
二、测控仪器的基本要求1. 精度要求：测控仪器的测量和控制精度直接影响到生产和产品质量，因此其精度要求非常高，通常要求误差不大于规定范围。
2. 可靠性要求：测控仪器在工作过程中需要保持稳定可靠，能够长时间连续工作，因此对其可靠性和稳定性要求也很高。
3. 实时性要求：有些测控仪器需要实时采集和处理数据，能够及时作出响应和调整，满足生产线上的实时控制需求。
4. 界面友好性：工作人员需要通过仪器上的显示屏或按键来进行操作和监视，因此测控仪器的界面需要简单直观，易于使用。
三、测控仪器的设计流程1. 系统需求分析：根据具体的测控任务，进行系统需求分析，明确测量和控制的物理量、精度要求、环境条件等。
2. 方案设计：制定测控仪器的整体设计方案，包括硬件设计、软件设计、结构设计等。
3. 详细设计：对方案进行进一步详细设计，确定具体的传感器类型、信号处理方案、数据采集系统等。
4. 制造生产：根据设计方案进行制造生产，包括PCB制作、元器件组装、软件编程等。
5. 调试验收：进行测控仪器的调试和验收，验证其性能和功能是否符合设计要求。
四、传感器的选型与设计1. 传感器类型：根据测量的物理量选择合适的传感器类型，常见的有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
2. 精度要求：根据测量的精度要求选择合适的传感器精度，通常要求传感器的量程和分辨率能够满足测量要求。
3. 抗干扰能力：传感器需要具有良好的抗干扰能力，避免外界干扰对测量结果产生影响。
4. 界面设计：传感器需要与测控仪器进行有效的接口设计，能够传输信号和被控制。
五、数据采集与信号处理1. 数据采集：采集传感器输出的模拟信号，并将其转换为数字信号，以便进行数字化处理。
第三章 测控仪器总体设计
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3. 设计任务分析的内容：
（1）了解被测控参数的特点： 被测控参数特点：指被测参数的精度要求、 数值范围、性质及状态（瞬态、动态、静态等）。 还要了解被测参数的定义，以使所设计的仪 器在测量原理上与被测参数定义相符。 （2）了解测控参数载体（测控对象）的特点； 测控对象一般都是各种各样的机械或光学载 体。了解它们的大小、形状、材料、重量等。
分析三种情况：
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1. 尾座5因变形而在垂直面内有倾角变化； 尾座的零位变动由参考镜的零位变动所补偿。 2. 测量头架在垂直平面内产生倾角； 符合阿贝原则，误差可忽略。 3. 尾座在水平面内产生摆角。 有阿贝误差，尽量减小d。
2、光电波比长仪消除应力变形的结构布局 工作台1在床身上移动 (滚动导轨)，床身和基座3之 间用3个钢球支承。基座则 用3个支点支承在地基上，3 个钢球的支承座各不相同。
阿贝误差的典型补偿方法介绍：
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1. 爱彭斯坦(Eppenstein)光学补偿方法 爱彭斯坦误差补偿原理，利用结构布局， 使可能产生的误差相互抵消或削弱，或者 故意引进新的误差，以减小某些误差的影 响。
测长机工作原理图
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一米测长机
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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——光电转换方法
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创新设计的方法和技巧：
1. 巧妙运用人大脑中存储的信息，并充分依 靠现代网络信息资源有针对性的检索相关 资料，补充掌握不足信息来达到创新构思。
2. 集多人智慧，相互启发来解决问题。
3. 分析现有产品的优缺点，或进行数学建模， 采用系统分析的理论寻找解决办法。
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测控仪器设计课程设计
测控仪器设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解测控仪器设计的基础知识，掌握常见测控仪器的原理与功能；2. 学会分析测控系统的需求，能结合实际选择合适的测控仪器；3. 了解测控仪器设计的基本流程，掌握各阶段的关键技术和方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的测控仪器系统；2. 学会使用相关软件工具进行测控仪器仿真与调试；3. 提高团队协作能力，能在小组项目中发挥个人优势，共同完成设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对测控仪器设计课程的兴趣，激发创新意识；2. 增强学生的实践操作能力，培养严谨的科学态度；3. 提高学生的环保意识，使其在设计过程中关注节能、减排等方面。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，对测控仪器设计有一定了解，但实践经验不足。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，提高学生的综合能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估。
二、教学内容1. 测控仪器设计基础理论：- 测控仪器概述：介绍测控仪器的发展历程、分类及特点；- 测控系统组成：分析测控系统的基本构成、功能及工作原理；- 传感器原理与应用：讲解常见传感器的原理、选型及应用。
2. 常见测控仪器及设备：- 简介各类测控仪器：如数据采集器、控制器、执行器等；- 分析典型测控设备：如温度控制器、压力传感器等；- 了解测控设备的技术参数及选型方法。
3. 测控仪器设计流程与方法：- 设计流程：明确设计任务、需求分析、方案设计、硬件与软件设计、调试与优化；- 设计方法：介绍系统设计、模块设计、仿真与实验等；- 设计案例：分析实际项目案例，使学生了解设计全过程。
4. 测控仪器设计实践：- 实践项目：组织学生进行小组项目实践，培养团队协作能力；- 实践内容：结合课本内容，设计具有实际应用价值的测控仪器；- 实践评价：根据实践成果，评估学生的理论掌握程度和实际操作能力。
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案一、教学目标1. 了解测控仪器的基本概念、分类和应用领域。
2. 掌握测控仪器的基本组成原理及设计方法。
3. 熟悉常见测控仪器的设计流程和关键技术。
4. 提高学生动手实践能力和创新设计能力。
二、教学内容1. 测控仪器的基本概念与分类1.1 测控仪器的定义1.2 测控仪器的分类1.3 测控仪器的应用领域2. 测控仪器的基本组成原理2.1 传感器2.2 信号处理电路2.3 数据采集与处理2.4 显示与输出3. 测控仪器的设计方法3.1 设计流程3.2 设计原则3.3 设计步骤4. 常见测控仪器的设计案例4.1 温度控制器设计4.2 压力传感器设计4.3 流量计设计4.4 智能测速仪设计三、教学安排1. 课时：共计4课时，每课时45分钟。
2. 教学方式：讲授、案例分析、讨论、实践操作。
3. 教学工具：投影仪、计算机、实验设备。
四、教学评价1. 课堂参与度：考察学生发言、提问和讨论的积极性。
2. 作业与练习：评估学生对测控仪器设计知识的掌握程度。
3. 实践项目：评价学生在实际操作中的技能和创新能力。
五、教学资源1. 教材：测控仪器设计相关教材或参考书。
2. 课件：制作测控仪器设计的课件，包括文字、图片、动画和视频等。
3. 实验设备：温度控制器、压力传感器、流量计等实验设备。
4. 网络资源：查找相关学术论文、企业案例和新闻报道，以便进行案例分析和讨论。
六、教学活动1. 导入新课：通过展示实际应用场景，如工业自动化、汽车电子等，引出测控仪器的重要性，激发学生兴趣。
2. 讲授基本概念：介绍测控仪器的基本概念，引导学生了解测控仪器的定义、分类和应用领域。
3. 分析组成原理：讲解测控仪器的基本组成原理，包括传感器、信号处理电路、数据采集与处理、显示与输出等部分。
4. 设计方法讲解：详细阐述测控仪器的设计方法，包括设计流程、设计原则和设计步骤。
5. 案例分析：分析常见测控仪器的设计案例，如温度控制器、压力传感器、流量计等，让学生了解实际设计过程。
《测控仪器设计》(第4章)《测控仪器设计(第3版)》精选全文
（3）滚动轴承导轨
– 摩擦力矩小 – 运动灵活 – 承载能力大 – 调整方便 – 用于大型仪器（如万工显、三座标、测长机等）
（二）滚动摩擦导轨的组合应用
（1）滚动与滑动摩擦导轨 的组合应用
– 滚动轴承导轨摩擦力 小 ，运动灵活 ，用做
导向
滚动轴承和滑动导轨的组合 1—平面滑动导轨 2—滚动轴承导轨
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）导轨的接触精度
垂直面内的直线度
水平面内的直线度
导轨面间的平行度
（二）导轨运动的平稳性
爬行现象：在其低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的
而与动导轨相连的工作台却出现一慢一快，一跳一停的现象 产生爬行现象的主要原因有： ①导轨间的静、动摩擦系数差值较大； ②动摩擦系数随速度变化； ③系统刚度差
高
液体静压
高
导轨
空气静压
高
导轨
较好 较好
好 好
大 较低 较大 较低
差 较好
好
要求不 高
要求较 高
要求高
好 要求高
成本
低 较高
高 高
（二）标准导轨的选用
b） a）
直线球滑座系列导轨 a）直线球滑座导轨 b）球滑座LSP型结构示意图
• 1．滚珠导轨
▪ （1）双V形滚珠导轨
▪ 运动灵敏度较高，能承受 不大的倾复力矩
▪ (2)双圆弧滚珠导轨
▪ 计量光学仪器中（如小型 工具显微镜、投影仪等） 使用
▪ 接触面积较大，接触点 应力较小，变形也较小， 承载能力强、寿命长。
V形滚珠导轨 a）常用双V形滚珠导轨 b）V形小圆弧导轨
c）双圆弧导轨
测控仪器设计
1、测控仪器：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、测控仪器的组成：基准部件、传感器与感受转换部件、放大部件、瞄准部件、信号处理与运算装置、显示部件、驱动控制部件、机械结构部件。
3、测控仪器通用术语及定义（P14）4、测控仪器设计要求：①精度要求 仪器总误差占测量总误差比重小时，仪器应小于或等于被测参数公差的1/3；仪器总误差占测量总误差比重大时，仪器总误差可允许小于或等于被测参数公差的1/2。
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③可靠性要求 要求设备在一定时间、一定条件下不出故障的地发挥其功能的效率要高④经济性要求 ⑤使用条件要求 ⑥造型要求5、误差分类 按误差的数学特征分：随机误差、系统误差、粗大误差按被测参数的时间特征分：静态误差、动态误差按误差间的关系分：独立误差、非独立误差6、精度：正确度、精密度、准确度（只有在正确度和精密度都高的情况下才能表明准确度高）7、①原理误差：由于在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造成的，而与制造和使用无关（减小或消除原理误差的的方法：a 、采用更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算；b 、研究原理误差的规律，采取技术措施避免原理误差；c 、采用误差补偿措施）②制造误差：仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、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（控制措施：a 、合理的分配误差和确定制造公差；b 、正确应用仪器设计原理和设计原则；c 、合理地确定仪器的结构参数；d 、合理的结构工艺性；e 、设置适当的调整和补偿环节）③运行误差：仪器在使用过程中所产生的误差（力变形引起的误差、测量力引起的变形误差、应力变形引起的误差、磨损引起的误差、间隙与空程引起的误差、温度引起的误差、震动引起的误差、干扰与环境波动引起的误差）8、仪器误差分析（P32）：误差独立原则、微分法、几何法——螺旋测微机构的误差分析9、仪器精度设计：误差分配方法（仪器总误差是仪器总系统误差与总随机误差之和）①系统误差分配②随机误差分配：在仪器允许的总误差I ∆中扣除总系统误差e ∆，剩下的是允许的总系统误差和总未定系统误差之和∑∆，即e ∆-∆=∆∑I 。
测控仪器设计复习题答案
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。
测控仪器设计
测控仪器设计第一章：12分1.测控仪器的组成，个部分的作用。
（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：用来确定被测量位置。
（5）信息处理与运算装置：数据加工，处理，运算和校正。
（6）显示部件：将测量结果显示。
（7)驱动控制部件：驱动测试系统中的运动部件。
（8）机械结构部件：用于对被测件，标准器，传感器的定位，支撑和运动。
2.什么是可靠性：在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
3.测控仪器通用术语及其定义：（名词解释，判断题。
如：鉴别力（阀））（1）鉴别力（阀）：使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化是缓慢而单调的进行。
它表示仪器感受微小量的灵敏程度。
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。
（2）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。
（3）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。
（4）灵敏度与分辨力：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。
分辨力——显示装置能有效分辨的最小示值。
（5）仪器的准确度、示值误差、重复性：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——在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相近示值的能力。
（6）回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。
第二章：26分1.测量误差的分类和表示方法：尤其掌握相对误差的表示方法及其相互关系（选择题）（1）按误差的数学特征分类：随机误差、系统误差、粗大误差。
（2）按被测参数的时间特性：静态参数误差，动态参数误差。
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B.从计量测试角度将仪器分为计量仪器和非计量仪器 两大类：
（1）计量仪器： （2）非计量仪器： 指除计量仪器外，借助仪器的作用完成一定任务和程序的各种光、 电精密机械。可分为：
观察仪器
非计量仪器
显示仪器 记录仪器 计算仪器 调节仪器（控制仪）
2、基本组成
仪器种类异常繁多，但不论测控仪器有多大的差别， 我们仍可以从它的功能或其它方面出发将其分为若干 个基本的组成部分。 1．基准部件 2．感受转换部件 3．转换放大部件 4．瞄准部件 5．处理与计算装置 6．显示部件 7．驱动控制器 8．机械结构部件
1.1.2 我国现代测控仪器发展的状况
我国仪器仪表产品与国外的主要差距: 1、品种系列不全，成套水平低。 2、技术性能低、质量差：在精度上较国际水平约低1—2 个等级。 3、标准化程度低。绝大多数产品没有可靠性指标，既影 响制造厂的生产效率，也给用户及维修带来很大的不便。 4、新技术采用缓慢，产品更新换代周期长。 5、产品结构落后、功能少、智能化程度低。 目前与世界先进水平的差距还在不断扩大，大量高档仪 器和重大设备，主要依赖进口。
1.1.3 仪器发展的趋势
1、发展科学仪器已经成为国家的一项战略措施。 2、当今科学仪器技术最引入注目的发展是在生物、医 学、材料、航天、环保、国防等直接关系到人类生存和 发展的诸多领域中。
发展趋势：高分辨率、高选择性、高灵敏度的活体动态研究
技术、原位技术、非接触（无损）检测技术等。
追求目标：超快时间和超息的源头技术
仪器是国家高科技发展水平的标志。 仪器是一种获取信息的工具，起着不可缺少的信息源的作用。仪 器是信息时代的信息获取—处理—利用的源头技术。新技术革命 的关键技术是信息技术。信息技术由测试技术、计算机技术、通 信技术3部分组成。测试技术则是关键和基础。 仪器不是单纯的测控仪器，也不是单纯的精密机械加光学，而是 机、电、光、计算机、材料科学、物理、化学、生物学等先进技 术的高度综合的高技术。
1、仪器分类：
A. 从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器和控 制仪器，把计量测试仪器与控制仪器及装置统称为测控仪器。 （1）计量仪器：它是用仪器将被测量取出并与计量标准进行比 较，准确地表示被测量的真实数值。分为： 长度计量仪器 时间频率计量仪器 力学（机械量）计量仪器 热工计量仪器 电磁计量仪器 光学声学计量仪器 电离辐射计量仪器 标准物质计量仪器
1.3 测控仪器设计的指导思想(要求)、原则与程 序
1.3.1设计指导思想
1、精度：
对于测量仪器，首要的是精度。根据不同的仪器及不同的测量条件， 选用相应的静态或动态精度特性指标。一般仪器的测量误差取被测件公 差的1/3，有时取被测件公差的1／5或1／10。不应要求仪器所有零件 都高精度，而只应对仪器中直接参与测量的那些零部件规定严格的精度 要求。同时还应采取补偿措施，提高整体精度。
4、可靠性
可靠性是指一种产品在一定时间内和一定条件下，不出故障地发挥其 规定功能的概率。常用产品平均寿命、故障率或称失效率、有效性、平均 保养间隔时间或平均寿命等来表示。
4、测试仪器网络化。这是今后测试技术发展的必然道路。
1.1.4 本课程的目的和要求
1、通过“测控仪器设计”课程的学习。掌握机、光、 电、算技术结合的仪器总体设计有关基础理论知识；
2、初步掌握仪器总体设计和系统设计的方法；
3、初步具有正确估算和分析仪器精度的能力。
1.2 现代测控仪器的分类和基本组成
2、经济性
采用某种最简单的方案便能满足所提出的功能要求，则此方案便是 最经济的设计方案。因为采用最简单的方案意味着零部件少、元件少、 可靠性高、成本低等。在考虑仪器经济性时，不应仅限于仪器的制造成 本，还应考虑仪器的使用成本。
3、效率
一般情况下，测量或检验效率应与生产制造效率相适应。实际上，测 量效率通常比生产效率低。在这种情况下，则应尽量考虑采用自动化或半 自动化测量方案。提高测量速度，不仅提高了生产率，有时也可以起到提 高精度的作用。（生产效率提高，会缩短测量时间而减少温度变化对降低 测量精度的影响。）
3、仪器的研制和生产趋向智能化、微型化、集成化、
芯片化和系统工程化。
（1）高精度、高可靠性 （2）高效率 产品生产的快节奏，必然要求测控仪器具有高效 率． （3）高智能化 （4）多维化、多功能化。 多维的测量空间．要求我们研究多维的测量仪器 在许多场合还需要多参数同时测量 （5）研究新原理的新型仪器
测控仪器设计
1 测控仪器设计概论
1.1 概述
1.1.1仪器仪表是信息的源头 仪器的概念： 仪器的功能： 研究内容：
1 仪器及检测技术已成为促进当代生产 的主流环节，仪器整体发展水平是国家 综合国力的重要标志之一。
2 先进的科学仪器设备是知识创新和 技术创新的前提
当科研工作可以用现成的商品仪器来完成，这时对仪器的 配置，可以认为是科研上技术条件的后勤工作； 当需靠仪器装备的创新开发来解决科研和生产中的关键问 题时。则探索研究实验方法和仪器设备的研制，就应该是科研 工作的重要组成部分。也是当前所提倡的知识创新．技术创新 研究研究的主体内容之一和创新成就的重要体现形式。 科学技术欲转化为主产力，首先要靠科学仪器仪表去认识 世界。
计量仪器
（2）计算仪器：是以信息、数据处理和运算为主的仪器，如各种 专用计算器、通用电子计算机等。 （3）控制仪器与控制装置：是针对控制对象按照生产要求设计制 作的控制装置和自动调整与校正装置。在现代计量测试仪器中，测 量与控制已经密不可分．如在纳米测量技术中，精密工作台的纳米 级精密定位则必须采用带有检测装置的闭环控制系统，否则很难达 到预定的高精度、高效率和高可靠性。 测控仪器：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。