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。
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案一、教学目标1.让学生了解测控仪器的组成、原理及其应用领域。
2.培养学生具备测控仪器设计的初步能力。
3.引导学生关注测控技术在实际生活中的应用，提高学生的实践创新能力。
二、教学内容1.测控仪器的组成与原理2.测控仪器的应用领域3.测控仪器设计的方法与步骤4.测控仪器设计的实践案例三、教学重点与难点1.教学重点：测控仪器的组成、原理及其应用领域，测控仪器设计的方法与步骤。
2.教学难点：测控仪器设计的实践操作。
四、教学过程1.导入通过展示一些常见的测控仪器，如温度传感器、压力传感器等，引导学生思考测控仪器在生活中的应用。
2.知识讲解（1）测控仪器的组成与原理测控仪器一般由传感器、信号处理器、显示器、控制器等组成。
传感器负责将物理量转换为电信号，信号处理器对信号进行处理，显示器显示测量结果，控制器对测量过程进行控制。
（2）测控仪器的应用领域测控仪器广泛应用于工业生产、交通运输、环境保护、医疗健康等领域。
例如，温度传感器用于测量温度，压力传感器用于测量压力，流量传感器用于测量流量等。
（3）测控仪器设计的方法与步骤①确定测量对象和测量范围；②选择合适的传感器；③设计信号处理器和控制器；④设计显示器和接口；⑤整体调试和优化。
3.实践操作（1）确定测量对象和测量范围本例中，测量对象为环境温度，测量范围为-20℃至100℃。
（2）选择合适的传感器根据测量范围，选择热敏电阻作为温度传感器。
（3）设计信号处理器和控制器使用单片机对热敏电阻的阻值进行采集，通过软件计算得到温度值。
（4）设计显示器和接口使用LCD显示屏显示温度值，同时设计一个串口通信接口，方便与上位机通信。
（5）整体调试和优化将所有硬件模块连接起来，进行整体调试，优化软件算法，确保测量仪的准确性和稳定性。
（2）拓展学生的思维，引导学生思考如何将所学知识应用于实际生活中。
五、作业布置1.复习测控仪器的组成、原理及其应用领域。
2.尝试设计一个简单的测控仪器，如湿度测量仪。
《测控仪器设计》(第3章)《测控仪器设计(第3版)》
• 如果由于导轨误差，基准读数显微镜和测量使读 数显微镜支架在图示平面内产生的转动，使基准 读数显微镜的第二次瞄准位置由M2′移到M2″， 此时带来的测量误差为：
d d ' d(1 cos) d 2 / 2
因为：（1-cosφ）=2sin2φ/2 设d 被测线纹长度，且d=20mm，φ=1′， 则引起的误差为：Δ=20×(0.0003)2/2=9×10-7 mm
12—望远镜调焦环；13—度盘照明反光镜；14—望远镜的目镜管；15—照准部
的水准器；16—圆盒水准器；17—照准部与基座的连接螺旋；18—垂直度盘水准
器；19—垂直度盘水准器微动螺旋；20—水平度盘变换螺旋；21—水平度盘变换
螺旋保险钮；22—物镜内镀银面；23—十字丝照明反光镜；24—照准部水准器改
• 因此，遵守阿贝(Abbe)原则的仪器，应符合图 3-5所示的安排。仪器的标准刻线尺与被测工件作台的 直径共线。
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15
1． 图3-6a为用游标卡尺测量工件的直径。
• 它的读数刻线尺和被测件的尺寸线不在一条线上， 故不符合阿贝原则。
21:46
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测量时，活动量爪在尺架（导轨）上移动，由于导轨之间存
12
PZT微动扫描机构
21:46
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第三节 测控仪器设计原则
在仪器设计长期实践的基础上,形成了一些带有普 遍性的或在一定场合下带有普遍性的仪器设计所应遵循 的基本原则与基本原理.这些设计原则与设计原理,作为 仪器设计中的技术措施,在保证和提高仪器精度,改善仪 器性能,以及在降低仪器成本等方面带来了良好的效果.
测控系统与仪器设计
第三章 测控仪器总体设计
何谓测控仪器总体设计？
• 总体设计的时机？
测控仪器设计
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。
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
测控仪器设计教案
测控仪器设计教案第一章：测控仪器概述1.1 教学目标了解测控仪器的基本概念、分类和特点掌握测控仪器的基本组成和原理了解测控仪器在工程应用中的重要性1.2 教学内容测控仪器的定义和分类测控仪器的基本组成和原理测控仪器的主要性能指标测控仪器在工程应用中的案例分析1.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器在工程中的应用1.4 教学资源教材：测控仪器设计基础课件：测控仪器概述案例分析材料1.5 教学评估课堂讨论和提问案例分析报告第二章：测控仪器的设计原则与方法2.1 教学目标掌握测控仪器设计的基本原则和方法熟悉测控仪器的系统设计与模块划分了解测控仪器的设计流程和注意事项2.2 教学内容测控仪器设计的基本原则测控仪器的系统设计与模块划分测控仪器的设计流程和注意事项测控仪器设计实例分析2.3 教学方法采用讲授、案例分析和讨论相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计方法和流程2.4 教学资源教材：测控仪器设计方法课件：测控仪器的设计原则与方法案例分析材料2.5 教学评估课堂讨论和提问设计原则和方法的实践练习第三章：测控仪器的传感器技术3.1 教学目标了解传感器的基本概念和分类掌握传感器的选择和应用方法熟悉常见传感器的原理和特性3.2 教学内容传感器的基本概念和分类传感器的选择和应用方法常见传感器的原理和特性传感器技术在测控仪器中的应用案例3.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解传感器在测控仪器中的应用3.4 教学资源教材：传感器技术与应用课件：测控仪器的传感器技术案例分析材料3.5 教学评估课堂讨论和提问传感器选择和应用的实践练习第四章：测控仪器的信号处理技术4.1 教学目标掌握测控仪器信号处理的基本原理和方法熟悉信号处理技术在测控仪器中的应用了解现代信号处理技术的发展趋势4.2 教学内容测控仪器信号处理的基本原理和方法信号处理技术在测控仪器中的应用现代信号处理技术的发展趋势信号处理技术在测控仪器设计中的案例分析4.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解信号处理技术在测控仪器中的应用4.4 教学资源教材：信号处理技术及其应用课件：测控仪器的信号处理技术案例分析材料4.5 教学评估课堂讨论和提问信号处理技术的实践练习第五章：测控仪器的数据采集与通信技术5.1 教学目标掌握测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法熟悉数据采集与通信技术在测控仪器中的应用了解现代数据采集与通信技术的发展趋势5.2 教学内容测控仪器数据采集和通信的基本原理和方法数据采集与通信技术在测控仪器中的应用现代数据采集与通信技术的发展趋势数据采集与通信技术在测控仪器设计中的案例分析5.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解数据采集与通信技术在测控仪器中的应用5.4 教学资源教材：数据采集与通信技术及其应用课件：测控仪器的数据采集与通信技术案例分析材料5.5 教学评估课堂讨论和提问数据采集与通信技术的实践练习第六章：测控仪器的误差分析与补偿6.1 教学目标理解测控仪器误差的来源和分类掌握误差分析的基本方法和补偿技术学习如何提高测控仪器的测量精度6.2 教学内容测控仪器误差的来源和分类误差分析的基本方法常见误差的补偿技术提高测控仪器测量精度的措施6.3 教学方法采用讲授、分析和实验相结合的方式进行教学引导学生通过实验理解误差分析与补偿的方法6.4 教学资源教材：误差分析与补偿技术课件：测控仪器的误差分析与补偿实验设备与数据6.5 教学评估课堂讨论和提问误差分析与补偿的实验报告第七章：测控仪器的抗干扰技术7.1 教学目标了解测控仪器干扰的来源和分类掌握抗干扰技术的基本方法和措施学习如何提高测控仪器的抗干扰能力7.2 教学内容测控仪器干扰的来源和分类抗干扰技术的基本方法提高测控仪器抗干扰能力的措施抗干扰技术在测控仪器设计中的应用案例7.3 教学方法采用讲授、分析和案例相结合的方式进行教学引导学生通过案例理解抗干扰技术在测控仪器中的应用7.4 教学资源教材：抗干扰技术及其应用课件：测控仪器的抗干扰技术案例分析材料7.5 教学评估课堂讨论和提问抗干扰技术应用的实践练习第八章：测控仪器的可靠性与维护8.1 教学目标理解测控仪器可靠性的重要性掌握提高测控仪器可靠性的方法学习测控仪器的维护和故障处理8.2 教学内容测控仪器可靠性的概念和重要性提高测控仪器可靠性的方法测控仪器的维护和故障处理测控仪器可靠性在工程应用中的案例分析8.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的可靠性与维护8.4 教学资源教材：测控仪器可靠性工程课件：测控仪器的可靠性与维护案例分析材料8.5 教学评估课堂讨论和提问可靠性与维护的实践练习第九章：测控仪器的智能化技术9.1 教学目标理解测控仪器智能化的重要性掌握测控仪器智能化技术的基本原理学习智能测控仪器的应用和发展趋势9.2 教学内容测控仪器智能化的重要性测控仪器智能化技术的基本原理智能测控仪器的应用和发展趋势测控仪器智能化技术在工程应用中的案例分析9.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的智能化技术9.4 教学资源教材：测控仪器智能化技术课件：测控仪器的智能化技术案例分析材料9.5 教学评估课堂讨论和提问智能化技术应用的实践练习第十章：测控仪器的设计实践与案例分析10.1 教学目标掌握测控仪器设计的全过程熟悉测控仪器设计实践中的问题和解决方法学习测控仪器设计案例的分析方法10.2 教学内容测控仪器设计的全过程测控仪器设计实践中的问题和解决方法测控仪器设计案例的分析方法测控仪器设计实践与案例分析的讨论10.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的设计实践与案例分析10.4 教学资源教材：测控仪器设计实践与案例分析课件：测控仪器的design practice and case analysis案例分析材料10.5 教学评估课堂讨论和提问设计实践与案例分析的实践练习第十一章：现代测控技术与系统11.1 教学目标理解现代测控技术的发展趋势掌握现代测控系统的组成与特点学习现代测控技术在工程中的应用11.2 教学内容现代测控技术的发展趋势现代测控系统的组成与特点现代测控技术在工程中的应用案例现代测控技术的未来发展11.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解现代测控技术及其应用11.4 教学资源教材：现代测控技术与系统课件：现代测控技术与系统案例分析材料11.5 教学评估课堂讨论和提问现代测控技术应用的实践练习第十二章：网络化测控系统12.1 教学目标理解网络化测控系统的概念与特点掌握网络化测控系统的设计与实现方法学习网络化测控系统在工程中的应用12.2 教学内容网络化测控系统的概念与特点网络化测控系统的设计与实现方法网络化测控系统在工程中的应用案例网络化测控技术的发展趋势12.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解网络化测控系统及其应用12.4 教学资源教材：网络化测控系统课件：网络化测控系统案例分析材料12.5 教学评估课堂讨论和提问网络化测控技术应用的实践练习第十三章：虚拟仪器技术与应用13.1 教学目标理解虚拟仪器技术的概念与特点掌握虚拟仪器的设计与实现方法学习虚拟仪器技术在工程中的应用13.2 教学内容虚拟仪器技术的概念与特点虚拟仪器的设计与实现方法虚拟仪器技术在工程中的应用案例虚拟仪器技术的发展趋势13.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解虚拟仪器技术及其应用13.4 教学资源教材：虚拟仪器技术与应用课件：虚拟仪器技术与应用案例分析材料13.5 教学评估课堂讨论和提问虚拟仪器技术应用的实践练习第十四章：测控仪器的发展趋势14.1 教学目标理解测控仪器的发展趋势掌握测控仪器技术的发展方向学习测控仪器在未来的应用前景14.2 教学内容测控仪器的发展趋势测控仪器技术的发展方向测控仪器在未来的应用前景测控仪器技术发展的挑战与机遇14.3 教学方法采用讲授、讨论和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的发展趋势及其影响14.4 教学资源教材：测控仪器的发展趋势课件：测控仪器的发展趋势案例分析材料14.5 教学评估课堂讨论和提问对测控仪器发展趋势的理解和分析报告第十五章：测控仪器的创新与实践15.1 教学目标培养学生的创新思维提高学生解决实际问题的能力学习测控仪器创新的实践方法15.2 教学内容测控仪器创新的意义与挑战培养创新思维的方法与技巧测控仪器创新实践的方法与步骤测控仪器创新案例分析15.3 教学方法采用讲授、讨论、创新实践和案例分析相结合的方式进行教学引导学生通过实际案例理解测控仪器的创新过程和实践方法15.4 教学资源教材：测控仪器的创新与实践课件：测控仪器的创新与实践案例分析材料15.5 教学评估课堂讨论和提问创新实践项目的报告和展示学生创新思维和问题解决能力的评估重点和难点解析本文主要介绍了测控仪器设计教案的内容，包括测控仪器的基本概念、分类和特点，测控仪器的设计原则与方法，传感器的选择和应用，信号处理技术，数据采集与通信技术，误差分析与补偿，抗干扰技术，可靠性与维护，智能化技术，网络化测控系统，虚拟仪器技术与应用，以及测控仪器的发展趋势和创新与实践。
第一章 测控仪器设计概论 测控仪器设计 教学课件
多种物镜，从 360x.360µ m 至 7x7mm 视场
用可溯源的ISO样 板或样块标定 33/327
结构
遥控的光源，对测量头 无热传输 双处理器及强大的可编程的软件
Taylor Hobson 专利算法 内置自诊断 可选配自动 标配的防震台
齿轮的“大”与“小”
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
“微电子产品视觉检测仪”
支承底座、精密工作台、X、Y二维运动导轨、立柱、显微镜及CCD摄像
器件、光栅系统、精密驱动系统、光源。
图1-1 微电子产品视觉检测仪三维效果图
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。
（5）开发新原理
随着科学技术的发展，需要测量的极端参数（超高压、超高温、 超低温、超大尺寸、原子空间）和特种参数（识别颜色、气味）也 在增加，要求也更奇特，因此要不断研究新原理、开发新仪器。如 仿生仪器等。
（6）动态测量
研究的对象已经从静态转入动态，如研究原子的价态、分子结 构和聚集态、固体结晶形态、生命化学物理进程的激发态的现场实 施检测手段，需要研究超快时间和超高空间的分辨技术。
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。
不同测量对象可以用不同测量原理的传感器进行感受与转换，因此正 确选用和设计传感器是十分重要的，通常要遵守仪器设计的精度原则和经 济原则等。
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 。
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测控仪器设计
项目研究报告
班级：测控C131
学生姓名：彭晓冬
学号：135256
完成日期：2016年12月20日
前言
随着社会的不断进步，经济的不断发展，仪器仪表的现状与前景相比以前
发生了很大的变化。
因此，在老师的要求下展开如下对测长机和齿形误差检测仪
的研究，以便于更好的学习与掌握各种仪器仪表。
一、对测长机的调研
1、测长机的概述与现状
以线纹尺的刻度或光波波长作为已知长度，利用机械测头进行接触测量的光学长
度测量工具。
现状：测长机现在种类繁多，厂家各有不同，我国自主也掌握了核
心技术，脱离以前超高精度部件只能靠进口的历史。
光栅一米、二米、三米测长机是一种精密大长度计量仪器。
它能精确地测量一些
超长工件的内外尺寸。
用比较法检定尺寸大于100mm的四、五等量块和绝对测量
外径千分尺的校对量棒、内径千分尺和专用量棒。
还可以说测量各种卡板的内
尺寸、内孔直径和外螺纹中径等。
本产品广泛用于包括航空、航天工业、铁路机
车制造业在内的各大型机械制造行业、科研院所、计量检定所等部门。
2、主要生产厂家
常州市第一纺织设备有限公司南京卡普计量仪器有限公司青岛双凌科技设备
有限公司宁波永升计量仪器有限公司上海研润光机科技有限公司
3、型号
条粗测长机T301B 缕纱测长机YG086 VPZ-03多功能传送带测长机测长
机JD25-C 二米光栅测长机 MC008-JDS2000 一米激光测长机 MC008-JD14 专用四米测长机MC008-JD29 投影三米测长机 MC008-JD10A 光栅测长机JDS1000
4、一米激光测长机的结构原理
1—底座 2—干涉仪箱体 3—测量头架 4—工作台 5—尾座 6—电动机和变速箱7—闭合钢带 8—电磁离合器 9—固定角隅棱镜 10—尾杆 11—测量主轴 12—可动角隅棱镜 13—激光器 14—分光镜
如图所示，工作时先移动头架3，使测量主轴11在一定测力作用下与尾杆10接触，仪器对零；测量时移开测量头架，放上工件，此时底座上既增加了重量又改变了测量头架及工作台在底座上的位置，底座就产生了新的重力变形。
如果在测量位置上，尾座轴线相对于导轨面在垂直平面内发生5"倾斜角的零位变化。
则此时引起的零位变动量为Δ=5×1/(2×105)×200×103um=5um
如果其他条件不变，则5um的零位变动量就是由重力变形等原因造成的仪器误差。
因此采取的措施（1）固定角隅棱镜9与尾座5固定在一起；（2）固定角隅棱镜的锥顶安放在尾杆10的轴线离底座导轨面等高的同一平面内；（3）可动角隅棱镜12的锥顶位于测量主轴11的轴心线上（以便符合阿贝原则）（4）尽可能减小固定角隅棱镜9和尾杆10在水平面的距离d。
测量范围在1米以内的习惯上称为测长仪，它利用读数显微镜和带有线纹尺的测量轴组成的测量系统（习惯上称为阿贝头）进行接触测量。
阿贝头的示值范围一般为100毫米。
测长仪有立式和卧式两种。
它的结构设计一般符合阿贝原则，故
通常也称为阿贝测长仪。
立式测长仪和卧式测长仪的测量范围通常分别不大于250毫米和600毫米(测量范围大于100毫米时需要用量块调整零位)。
前者主要用于测量外尺寸,后者主要用于测量较大工件或在立式测长仪上不易定位的工件如圆盘等的内、外尺寸等。
5、主要技术指标（精度指标）及技术参数
（1）57PLM600-2测长机性能指标：直接测量范围：200mm,分辨率：0.01um,测量误差MPEE1:0.085 1/1500Lum(L 单位为mm),重复性：0.05um,测力（内外测量）：0-13.9 应用范围：外尺寸：0-600mm,内尺寸：0.5-445mm
（2)二米光栅测长机 MC008-JDS2000
技术参数：
测量范围〔mm〕：外尺寸 0—2000 内尺寸 13.5— 1900 外螺纹中径测量最大
至 140mm，测长系统：光栅测量系统，测长系统分辨率： 0.0002 mm，测长系统示值误差： (0.5 L/200)μm 其中: L～被测长度, 单位为mm，测量力(N)：1.5N、 2.5N，万能工作台(mm)：垂向行程： 0—70横向行程： 0—40横向测微鼓分度值： 0.01工作台荷重： 10kg，顶针架最大夹持直径(mm)：当长度在0—170时: Φ140当长度在170～210时: Φ130，V型支架高度调节范围(mm)：>28支承工件直径范围：Φ30，量块支架支承量块最大长度 1000mm，量棒支架支承量棒最大长度 1000mm，仪器外形尺寸(mm) 2980×450×800。
二、对齿形误差检测仪的调研
1 齿形误差检测仪的概述及发展情况
齿形误差检测仪概述：主要是检测：齿轮传动精度；齿轮检测概论；圆柱齿轮单项测量、综合测量；齿轮整体误差测量；齿轮副测量；圆锥齿轮、蜗轮蜗杆、齿条测量；齿轮、蜗轮蜗杆测绘；齿轮滚刀、蜗轮滚刀、插齿刀测量。
可以实现在一台仪器上实现齿轮检测的全部测量，是测量齿轮的理想工具。
现状：齿形误差检测仪在近几年在精度和经济取得较大的平衡。
市场上出现越来越多经济适用精度符合绝大部分要求的仪器仪表。
其中万能齿轮检测仪是一种新型的只能化齿轮测量仪。
齿轮检测技术在齿轮制造中占有重要的地位，没有先进的检测技术和仪器，不可能制造出性能优良、高质量、高精度的齿轮。
2、主要生产厂家青岛海拓精密仪器有限公司哈尔滨金量仪器等
3、主要型号 GMM260 GMM350 GMM400 GMM450
4、齿形误差检测仪的工作原理
以万能齿轮整体误差测量机为例。
万能齿轮整体误差测量机所采用的测量方法是对齿轮截面进行极坐标逐齿坐标点测量，测量公式为i=r0，i式中i为i点齿轮展开角，i为与i相对应的渐开线展开长度，r0为基圆半径。
测量时由
齿轮顺时针转动带动测头沿渐开线法线移动进行测量，第一齿测量完毕。
齿轮继续旋转，测头停止移动并在第一齿齿顶圆上滑过，然后在测力机构作用下，进入至齿轮啮合位置中并与第二齿齿面接触。
此时计算机控制下齿轮反转，测头沿基圆切线随第二齿齿面继续返回移动，直至测头返回至被测齿轮基圆的切线位置上，并与被测齿轮的齿面接触是齿轮开始正转，开始第二齿的测量。
对于高精度齿轮综合误差检测仪，由齿轮轴支承、驱动电机、圆感应同步器、测量电路、评价系统和计算机及数据输入输出装置组成。
5、齿形误差主要技术指标
三、自我设计
为了设计好仪器，必须设计任务有详细的了解和研究，对其用途有充分的把握，运用实际原理设计满足设计要求的仪器。
结束语
通过此次调研使自己对各种仪器仪表的原理及现状有了更加充分的了解与认知，指标中，精度和可靠性是仪器设计的基础。
对自己以后的学习与研究有了更好的基础。
参考文献
[1] 《测控仪器设计》主编王宝光、浦昭邦机械工业出版社
[2] 《渐开线齿轮齿形误差测量与评定》张茂定
[3] 《高精度齿轮综合误差检测仪的设计》夏水华王晓青雷才洪
[4] 《百度百科对测长机以及齿形误差检测仪的原理初定义》
[5] 《精密设计基础》赵跃进、何献忠北京理工大学出版社
[6] 《仪器仪表零件结构设计》夏宏玉、尚建中国防科技大学出版社。