测控仪器设计 复习总结

1,按功能将仪器分成以下几个组成部分：基准部件、传感器与感受转换部件、放大部件、瞄 准部件、信息处理与运算装置、显示部件、驱动控制部件、机械结构部件。

2，测控仪器的发展趋势：高精度、高效率、高可靠性及智能化、多样化与多维化

3，①标尺间隔：对应标尺两相邻标记的两个值之差。 分度值：一个标尺间隔所代表的被测量的值 ②示值范围：所能显示的最大值与最小值之差。 测量范围：示值范围+调节范围 ③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 分辨力：仪器显示的最末一 位数字间隔所代表的被测量值，有单位。

④ 测量仪器的准确度：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

⑤测量仪器的示值误差：测量仪器的示值与对应的输入量的真值之差 ⑥测量仪器的重复性⑦稳定性和漂移 ⑧回程误差（滞差）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。 产生回程误差的主要原因是仪器零件之间存在间隙和摩擦，或齿轮啮合面的变动； 对于电磁式传感器或压电式传感器 由于正返程磁滞或电滞现象也会出现滞后误差。

4，设计要求：①精度要求：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、动态测量的稳态响应误差、瞬态响应误差 当e 仪器总/e 测量总 较小时，用1/3原则，否则用1/2原则 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

5，设计程序：①确定设计任务②设计任务分析，制定设计任务书③调查研究，熟悉现有资料④总体方案设计⑤技术设计⑥制造样机⑦样机鉴定或验收⑧样机设计定型后进行小批量生产

6，仪器误差分为：原理误差、制造误差、运行误差

①原理误差：是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，它只与一起的设计有关，而与制造和使用无关。 多为系统误差。 例如：激光测径仪原理：把仪器的实际非线性特性近似地视为线性，采用线性的技术处理措

施来处理非线性的仪器特性，从而引起原理误差 脉冲当量Q=n V

2 V 为最大值，n 为有效位，Q 越小A/D 转换精度越高 |量化误差| < 一个Q

②制造误差： 指由仪器的零件、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。 减小的具体方法有a ）合理地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。 如 力变形误差、磨损和间隙造成的误差、振动及干扰等。

7，仪器误差的分析：①误差独立作用的原理：一个源误差仅使仪器产生一个局部误差，局部误差是源误差的线性函数，与其它源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合②微分法 8，立式光学计的工作原理：①原理：光源1发出的光经聚光镜2照亮位于垂直物镜7焦面上的光栅3，经胶合立方棱镜6被反射，并经过准直物镜7以平行光出射，投射至平面反射镜8上，由平面反射镜反射的光束又重新进入物镜、立方棱镜，由立方棱镜分光面透射，将光栅3刻线成像在位于物镜焦面上的光栅5上形成光闸莫尔条纹，当测杆9有微小位移时，光栅3刻线的像将沿光栅5表面移动莫尔条纹光强产生周期性的变化，光电元件4接收该光强变化，经过光电转换、前置放大、细分、辨向、可逆计数和数显等单元，最后在显示窗口上显示测量值。 ②原理误差：光栅3刻线像的位移a s f y /tan ,2tan =∙=ϕϕ ⇒

s f

y a s s f y f y a s -=-=∆-=2],)2(2[03 用误差补偿法：通过调整反射镜摆动臂长a 来实现。

9，设计任务分析：①设计任务：⑴设计者根据用户专门的需要，针对特定的工作特性来设计专用的仪器⑵设计者根据市场需求，设计通用产品和系列产品⑶根据技术的发展和社会需求的预测进行开发性设计

②设计任务的分析：⑴了解被测控参数的特点⑵了解测控参数载体的特点⑶了解仪器的功能要求⑷了解仪器的使用条件⑸了解国内外同类产品的类型、原理、技术水平和特点⑹了解国内有关方面的加工工艺水平及关键元器件销售情况。

10，测控仪器的设计原则：阿贝原则、变形量最小原则、测量链最短原则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则、经济原则

①阿贝原则：被测量件的尺寸线和仪器中作为读数用的基准线应顺序排成一条直线

例1，三坐标测量机：其测量点的轨迹是测头1的行程所构成的尺寸线，而仪器读数线分别在图示的X 、Y 与Z 直线位置处，显然在图示情况下测量时，X 与Y 坐标方向均不遵守阿贝原则 例2，当Z 轴滑块的瞬间摆动点为0时，只有当平面度测量的工作点设在A 位置时，由于导轨误差引入的测量误差0∆=0，0∆为辅助测量头感受到的导轨摆动带来的误差， 而0201,∆>∆∆<∆，均不能有效补偿导轨误差。 ②减小力变形影响的措施：采用有限元的刚度设计方法和

合理的选择截面形状减小力变形量法；也可以采用调整装

置或预变形法，最有效的是补偿法、结构设计法

③减小热变形影响的措施：a ）采用恒温条件，以减小温度

变化量t ∆； b ）选择合适的材料，以减小线膨胀的影响，

或选用线膨胀系数相反的材料在某些敏感环节上进行补偿 c ）采用补偿法补偿温度变化的影响

11，测控仪器设计原理：平均读数原理、比较测量原理、补偿原理

12，①基座与立柱等支承件的结构特点：结构尺寸较大，结构比较复杂 ② 其要求：a ）具有足够的刚度，力变形要小；b ）稳定性好，内应力变形小；c ）热变形要小d ）有很好的抗振性

13，支承件的结构设计：①刚度设计就是具有足够的静刚度与动刚度，在满足刚度要求情况2—27 数字式立式光学计原

理图

1—光源 2—聚光镜 3—标

尺光栅 4—光电元件

5－指示光栅 6－立方棱镜 7

－准直物镜

8－平面反射镜 9—测杆