《测控系统原理与设计》孙传友-第3版完整课后题解答
测控课后习题答案
1-2．典型检测仪表控制系统的结构式怎么样的？各单元主要起什么作用？（1）被控对象：是控制系统的核心、它是以单输入单输出、也可以是多输入多输出（2）检测单元：是控制系统实现控制调节的基础、它完成对所有被控变量的直接测量同时也可实现某些参数的间接测量（3）变送单元完成对被测变量信号的转换和传输、其转换结果符合国际标准的符号制式（4）显示单元：是控制系统的附属单元、它将检测单元获得的有关参数、通过适当方式显示操作人员（5）调节单元：完成调节控制规律的运算、它将变送器传输出来的测量信号与给定值进行比较、并对比较结果进行调节运算、以输出作为控制信号（6）执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构它负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生出相应信号、以驱动执行机构实现对被控变量的调节作用1-6.什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么联系？灵敏度是仪表对被控参数变化的灵敏程度、分辨率是输出能相应和分辨率的最小输入量分辨率是灵敏度的一种一般来说仪表的灵敏度越高分辨率也越高1-7.仪表的精度是如何确定的？是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量的1、被检测物理模型的前提条件属理想条件、与实际检测条件有出入2、测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间而发生劣化3、电气、空气压、油压等动力源的噪音及容量的影响4、检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻5、检测系统的惯性即延迟传递特性不符合检测的目的要求、因此要同时考虑系统静态特性和动态特性6、检测环境的影响、包括温度、气压、振动、辐射7、不同采样所得测量值的差异造成的误差8、人为的疏忽造成误差、包括个人读表偏差、知识经验的深浅、体力及精神状态等9、测量器件进入被测对象、破坏了所要测量的原有状态10、被测对象本身变动大、易受外界干扰以至测量值不稳定。
3-2.说明锁定放大原理在检测系统中的作用？检测埋没在噪声中的微弱信号时、可以主动调制信号、抑制噪声、专门提取微弱信号幅值和相位等有效信息3-3.利用检测方程式说明补偿结构的特点。
测控系统原理第3章习题解答-推荐下载
第3章习题解答1、为什么常见的中小型微机化测控系统大多采用单片机?答：单片机是指将计算机的基本部件集成在一块芯片上而构成的微型计算机，单片机的优点是可靠性高、控制功能强、易扩展、体积小。
用单片机开发各类微机化产品，周期短、成本低，在计算机和仪器仪表一体化设计中有着一般微机无法比拟的优势。
正因为如此，目前常见的微机化测控系统、特别是中型测控系统和便携式测控仪器大多采用单片机。
2、指出图3-1-6中存贮器和I/O接口寻址范围。
答：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0寻址范围2764000×××××0000H~1FFFH6116-11×××0×××8000H~87FFH6116-21×××1×××8800H~8FFFH8155RAM0××××××00000H~00FFH8155I/O0××××××10100H~0105H3、主机从A/D读取转换结果有哪些方式?它们在硬件上和软件上有什么区别?答：主机从A/D转换器读取转换结果数据的联络方式，可以是中断、查询或等待延时三种方式。
以ADC0809为例，这三种方式的硬件连接电路如下图所示，开关K打到“1”端为查询方式，打到“2”端为等待延时方式，打到“3”端为中断方式，查询方式的程序为：等待延时方式的程序为：中断方式的程序为：4、图3-2-4所示VFC 接口电路所能转换的模拟电压Ux 的最大允许值是多少?答：由公式（3-2-1）可得 )2(160m S N f V x x -=因的最大计数值为FFH 即，故模拟电压Ux 的最大允许值为1T )12(16-)2()12(16160max m S f V x --=5、仿照图3-2-11设计一个三路同步输出的D/A 转换接口电路并写出接口程序。
微机化测控系统第一章
３、微机化测控系统
以微机为核心，测控一体化的系统。以被控对象的测量 结果来控制被控对象。它实质是一种闭环控制系统。
控制模拟执行机构或设备 控制继电器、步进电机等
上图中左侧的输入、输出通道，称为过程通道，它 是微机与测控对象的联结渠道，因此，我们称之为“测 控通道”。
测控通道又可分为模拟量输入通道、模拟量输出通 道、开关量输入通道和开关量输出通道。模拟量输出通 道带有数/模转换器，使计算机能对模拟形式的执行机构 或输出设备进行控制。
检索 复杂控制规律：实现PID控制，模糊、自适应控制等； 多媒体功能：具有声、光和语音等功能； 通信或网络功能：增强数据传输； 自我诊断功能：自我监测。
§1-３微机化测控系统的类型和组成
１、微机化检测系统
微机化检测系统是以微机为核心，单纯以“检测”为目的的系统。 一般用来对被测过程中的一些物理量进行测量并获得相应的精确 测量数据，又常称为数据采集系统，其框图如上图。被测参数经 传感器转换成模拟信号，再由模拟输入通道进行信号调理和数据 采集，转换成微机要求的数字形式送入微机进行处理，再送到磁 带机、打印机等数据记录器记录，来获得测量数据。为对测量过 程实时监视，模拟输出通道将微机处理后的测量数据转换成模拟 信号在示波器等模拟显示器上显示,并超值报警
• •微机化检测系统 • •微机化控制系统 • •微机化测控系统
•本课程的内容与性质
第一章 绪论
§1-1 测控仪器和系统的作用与地位
测量和控制是人类认识世界和改造世界的两项基本任 务。
测控仪器和系统是人类实现这两项任务的工具和手段。 测控仪器在科学研究中具有重要作用 测控仪器或系统在工业生产中起着把关和指导者的作
用。 国民经济的倍增器，技术监督的物质法官（蔬菜监测，
测控原理习题答案
测控原理习题答案测控原理习题答案测控原理是现代工程中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的测量和控制技术。
在学习这门学科的过程中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题，可以更好地理解和掌握测控原理的基本原理和方法。
下面，我将为大家提供一些测控原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是测控原理？测控原理是一门研究测量和控制技术的学科，它主要研究如何通过各种手段对物理量进行测量，并根据测量结果进行控制。
测控原理涉及到传感器、信号处理、数据采集、控制系统等多个方面的知识。
2. 什么是传感器？传感器是测控系统中非常重要的组成部分，它能够将被测量的物理量转化为电信号或其他形式的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量以及测量的要求来确定。
3. 什么是信号处理？信号处理是指对传感器输出的信号进行处理和分析的过程。
信号处理可以包括滤波、放大、采样、数字化等一系列操作。
通过信号处理，可以提取出有用的信息，并将其用于后续的控制或分析。
4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器采集到的信号进行采样、存储和传输的过程。
数据采集系统由模拟信号采集模块、模数转换器、存储器、数据传输接口等组成。
数据采集的目的是获取到准确的测量数据，为后续的分析和控制提供基础。
5. 什么是控制系统？控制系统是指根据测量结果对被控对象进行控制的系统。
控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据预先设定的控制规律对被控对象进行控制，而闭环控制是在测量结果的基础上进行反馈调整的控制方式。
6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，它通过比较被控对象的测量值与设定值的差异，计算出一个控制量，并通过调节执行机构来实现对被控对象的控制。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。
7. 什么是反馈控制？反馈控制是指根据被控对象的测量结果对控制器进行调整的控制方式。
[测控仪器设计第三版课后答案]测控仪器设计试题及参考答案(Word可编辑版)
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[测控仪器设计第三版课后答案]测控仪器设计试题及参考答案（Word可编辑版）试题1：什么是测控仪器设计的主要目标？参考答案1：测控仪器设计的主要目标是设计和制造出能够准确测量和控制物理量的仪器。
这些仪器应该具有高精度、高可靠性、高稳定性和高灵敏度等特点，以满足各种测量和控制需求。
试题2：测控仪器设计的基本流程是什么？参考答案2：测控仪器设计的基本流程包括需求分析、方案设计、电路设计、硬件设计、软件设计、原型制作和测试等步骤。
首先，需要对测量和控制需求进行详细的分析和定义。
然后，根据需求设计出测控系统的整体方案。
接下来，进行电路设计，包括选择合适的传感器和信号处理电路等。
然后，进行硬件设计，包括选择合适的元器件和进行PCB设计等。
同时，还需要进行软件设计，包括编写控制程序和界面设计等。
最后，制作出原型并进行测试，根据测试结果进行优化和修改。
试题3：测控仪器设计中常见的传感器有哪些？参考答案3：测控仪器设计中常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、加速度传感器、位移传感器等。
这些传感器可以将待测物理量转换为电信号，并通过信号处理电路进行处理和放大，最终得到测量结果。
试题4：测控仪器设计中常见的控制器有哪些？参考答案4：测控仪器设计中常见的控制器包括单片机、PLC和DSP等。
这些控制器可以对测控系统进行控制和调节，实现目标物理量的精确控制。
试题5：测控仪器设计中常见的接口有哪些？参考答案5：测控仪器设计中常见的接口包括串口、并口、USB接口、以太网接口等。
这些接口可以实现与外部设备的数据交换和通信，方便用户进行数据采集和控制操作。
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
00０0H～00FFH
815５I/O
0
×
×
×
×
×
×
1
0１0０H～0１０５H
3、为什么８03ｌ单片机的引脚 固定接低电平?
答:
因为８0３l单片机片内无ROＭ,故应将 引脚固定接低电平，以迫使系统全部执行片外程序存储器程序。
４、假设给图3-2-２ AＤC08０9的模拟输入端加２.5V直流电压，试确定以下两种情况下80C51单片机P0.0和P0.1读取的A/D转换结果分别是“０”还是“1”？(1)ＶRＥＦ(+)＝+5V,ＶREＦ（-）＝0Ｖ；（2）VREＦ（＋)=+5Ｖ,ＶREF（-)=-5V。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器;
②ＭUX选用Ｒoｎ极小、Roｆf极大的开关管；
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式（2-1-51）,减少MUX输入端并联的开关数Ｎ,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因Ｎ=1代入公式(２－1-５1)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么?
一、数据分配分时转换结构。它的特点是每个通道配置一套输入寄存器和D/A转换器,经微型计算机处理后的数据通过数据总线分时地选通至各通道输入寄存器，当数据Dｉｊ选通至第i路输入寄存器的同时,第i路D／A即实现数字Dij到模拟信号幅值的转换。
二、数据分配同步转换结构。它的特点是在各路数据寄存器R1与D／A转换器之间增设了一个缓冲寄存器R2。数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄存器Ｒ１接收，然后在同一命令控制下将数据由R1传送到R2,并同时进行D／Ａ转换输出模拟量。
第3章
１、为什么常见的中小型微机化测控系统大多采用单片机?
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
分布式的特点是每一路信号都有一个S／H和A/D,因而也不再需要模拟多路切换器MUＸ。每一个S/H和A/Ｄ只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
答:
据题知， ， ,代入公式(2－１－38）计算得该地震仪的A/D转换器的转换周期为 ,为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms,则信号道数应减小为 ，否则Ａ/D转换器就转换不过来。
据题知, , ,代入公式(2-1－17）计算得C=5，将C=5和ＴS=１mｓ代入公式(2-１－1７）计算得,抗混叠滤波器截止频率应减小为 ，将 代入公式(2-1-１8)计算得 ，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到２50Hz,因而,可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率,将 代入公式(2-1-1８）计算得 ,使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在１25Ｈｚ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高,这就使减少采样周期的优越性发挥不出来。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器；
②MUX选用Roｎ极小、Rｏｆf极大的开关管;
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式(2-1-５1）,减少MＵX输入端并联的开关数N,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因N＝１代入公式(2－1-51)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么？
3、图2-1-14（a)所示采集电路结构只适合于什么情况？为什么？
答:
图2-1-１4(a) 所示采集电路仅由A/Ｄ转换器和前面的模拟多路切换器MUＸ构成,只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。因为恒定信号不随时间变化,无须设置S／H, 各点基本相同的信号无需设置PＧA。
《测试系统原理与设计》2 (孙传友编著)
一、传感器的选用要正确选用传感器，首先要明确所设计的测试系统需要什么样的传感器；其次是要了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器，把同类产品的指标和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最高的传感器。
1、对传感器的主要技术要求①、具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围(变化幅度范围、变化频率范围)相一致。
②、转换精度符合根据整个测试系统总精度要求分配给传感器的精度指标，(一般应优于系统精度的十倍左右)，转换速度符合整机要求。
③、能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、重量轻、不耗电或耗电少等等。
④、能满足用户对可靠性和可维护性的要求2、可优先选用的传感器类型①、大信号输出传感器――可省去小信号②、数字式传感器――便于远距离传送③、集成传感器――简化结构、减小体积④、光纤传感器――在较大型的系统中使用较多二、如何实现手动操作以及手动/自动之间的无扰动切换？答：在用户RAM区中开辟一个输出控制值单元，作为当前输出控制量的映象，无论、是手操还是自动控制，都是对这一输出值的映象单元进行加或减，在输出模块程序作用下，输出通道把此值送到执行机构上去。
这样就用极其简单的方法实现了无扰动切换。
三、模拟量输入通道有哪几种类型？各有何特点？一般说来，模拟输入通道应由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成，如图2-1-1所示。
多路模拟输入通道可分为集中采集式（简称集中式）和分散采集式（简称分布式）两大类型。
集中采集式多路模拟输入通道的典型结构有分时采集型和同步采集型两种。
分时采集型它的特点是多路信号共同使用一个S/H和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本，但是产生了时间偏斜误差，适用于不严格要求同步采集的场合。
同步采集式的特点是在多路转换开关之前，给每路信号通路各加一个采样/保持器，使多路信号的采样在同一时刻进行，即同步采样，适用于严格要求同步采集的场合。
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第1章
1、为什么说仪器技术是信息的源头技术?
答：
信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。
测量技术则是关键和基础。
仪器是一种信息的工具。
如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。
仪器是信息时代的信息获取——处理——传输的链条中的源头。
因此说，仪器技术是信息的源头技术。
2、为什么现代测控系统一般都要微机化?
答：
将微型计算机技术引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自化化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等等。
3、微机测控系统有哪几种类型?画出它们的组成框图
答：
测控仪器或系统可分为三大类——单纯以测试或检测为目的的“测试(检测)仪器或系统”，单纯以控制为目的的“控制系统”和测控一体的“测控系统”。
微机化检测系统框图
微机化控制系统框图
微机化测控系统框图
第2章
1、模拟输入通道有哪几种类型?各有何特点?
答：
按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式(简称集中式)和分散采集式(简称分布式)两大类型。
集中式的特点是多路信号共同使用一个S/H和A/D电路，模拟多路切换器MUX对多路信
号分时切换、轮流选通到S/H 和A/D 进行数据采集。
分布式的特点是每一路信号都有一个S/H 和A/D ，因而也不再需要模拟多路切换器MUX 。
每一个S/H 和A/D 只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
2、什么情况下需要设置低噪声前置放大器?为什么?
答：
由于电路内部有这样或那样的噪声源存在，使得电路在没有信号输入时，输出端仍输出一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。
把电路输出端测得的噪声有效值折算到该电路的输入端即除以该电路的增益K ，得到的电平值称为该电路的等效输入噪声。
如果加在该电路输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低，那么这个信号就会被电路的噪声所“淹没”。
为了不使小信号被电路噪声所淹没，就必须在该电路前面加一级放大器——“前置放大器”。
只要前置放大器本身的等效输入噪声比其后级电路的等效输入噪声低，加入前置放大器后，整个电路的等效输入噪声就会降低，因而，输入信号就不会再被电路噪声所淹没。
3、图2-1-14(a)所示采集电路结构只适合于什么情况?为什么?
答:
图2-1-14(a) 所示采集电路仅由A/D 转换器和前面的模拟多路切换器MUX 构成，只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。
因为恒定信号不随时间变化，无须设置S/H, 各点基本相同的信号无需设置PGA 。
4、DFS-V 数字地震仪属于集中采集式数据采集系统。
2ms 采样48道时去混淆滤波器截止频为125Hz 。
为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms 。
试问：地震仪的信号道数和去混淆滤波器截止频率要不要改变?怎样改变?为什么?
答：
据题知，ms T S 2=，48=N ，代入公式(2－1－38)计算得该地震仪的A/D 转换器的转换周期为48
2/ms N T T S D A ==，为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms ，则信号道数应减小为2448
/21/===mS mS T T N D A S ，否则A/D 转换器就转换不过来。
据题知，ms T S 2=，Hz f h 125=，代入公式(2－1－17)计算得C=5，将C=5和T S =1ms 代入公式(2-1-17)计算得，抗混叠滤波器截止频率应减小为Hz f h 250=，将Hz f h 250=代入公式(2－1－18)计算得Hz f f h 250max ==，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到250Hz ，因而，可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。
如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率，将Hz f h 125=代入公式(2－1－18)计算得Hz f f h 125max ==，使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在125Hz ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高，这。