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1、测控仪器结构设计第一章(15版) 原来使用的是天大主编原来使用的是天大主编测控仪器设计测控仪器设计 要求：要求：掌握机、光、电、计算机技术相结合的仪掌握机、光、电、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础理论知识；器总体设计的基础理论知识；学会如何从设计任务出发，进行总体设计学会如何从设计任务出发，进行总体设计的方法；的方法；具有进行仪器精度设计的能力。具有进行仪器精度设计的能力。 2024/7/30参考书籍参考书籍n n张善钟编，精密仪器精度理论n n薛实福等编， 精密仪器设计n n孙祖宝主编， 量仪设计n n陈非凡编， 仪器设计技术基础n n相关的书籍及论文.2024/7/30参考书籍参考书籍
2、2024/7/30 本书共分十一章：本书共分十一章：n n第一章 现代精密仪器设计概论 （介绍仪器学科的重要性介绍仪器学科的重要性）n n第二章 精密仪器总体设计 （把握全局的设计，总体设计原则、方法等）（把握全局的设计，总体设计原则、方法等）n n第三章 精密仪器设计的精度理论 （精度概念、评价，误差来源及计算等）（精度概念、评价，误差来源及计算等）n n第四章 精密机械系统 （机械系统的整体设计，具体部件设计（机械系统的整体设计，具体部件设计重点）重点）n n第五章 微位移技术 （微位移器件的原理、特点，微位移机构设计等）（微位移器件的原理、特点，微位移机构设计等）2024/7/30n n
3、第六章 光学系统设计 （光学系统基本参数的确定，光辐射源及特征等）（光学系统基本参数的确定，光辐射源及特征等）n n第七章 定位与测量系统 （涉及激光干涉仪、光栅、线纹尺等）（涉及激光干涉仪、光栅、线纹尺等）n n第八章 瞄准与对准系统 （光电自动对准系统等）（光电自动对准系统等）n n第九章 自动调焦系统 （对图像处理中的焦距调整等）（对图像处理中的焦距调整等）n n第十章 机械伺服系统设计 （伺服系统组成、设计等）（伺服系统组成、设计等）n n第十一章 微型机电系统2024/7/30第一章第一章 现代精密仪器设计概论现代精密仪器设计概论第一节第一节 测控仪器的概念和组成测控仪器的概念和组成
4、第二节第二节 测控仪器的发展状况与趋势测控仪器的发展状况与趋势 第三节第三节 测量仪器通用术语及定义测量仪器通用术语及定义第四节第四节 测控仪器设计的要求和设计程序测控仪器设计的要求和设计程序第五节第五节 测控仪器的设计原则测控仪器的设计原则 2024/7/30第一节 测控仪器的概念和组成一、测控仪器的概念一、测控仪器的概念按照系统工程学的观点按照系统工程学的观点, ,生产过程中有三大技术系统生产过程中有三大技术系统: : 以以能量到能量变换能量到能量变换为主的能量流系统为主的能量流系统 如锅炉如锅炉, , 冷凝器冷凝器, , 热交换器热交换器, , 发动机等发动机等 以以材料到材料变换材料到
5、材料变换为主的材料流系统为主的材料流系统 如机床如机床, , 农业机械农业机械, , 纺织机械纺织机械, , 液压机械等液压机械等 以以信信息息获获取取到到测测量量、变变换换、控控制制、处处理理、显显示示等等为为主主的的信信息息流流系系统统 ，如如仪仪器器仪仪表表、计计算算机机、通通信信装装置置、自自动动控控制制系统等。系统等。2024/7/30 仪器的功能：仪器的功能： 通过物理、化学或生物的方法，获取（被测对通过物理、化学或生物的方法，获取（被测对象运动或变化的）信息，通过信息转换的处理，使象运动或变化的）信息，通过信息转换的处理，使其成为人们易于阅读和识别表达的量化形式，或进其成为人们易
6、于阅读和识别表达的量化形式，或进一步信息化、图像化，通过显示系统以利于观测、一步信息化、图像化，通过显示系统以利于观测、入库存档或直接进入自动化智能运转控制系统入库存档或直接进入自动化智能运转控制系统。 研究内容：研究内容：信息的获取、处理和利用 对象：物质实体及其属性2024/7/30课程特点课程特点n本课程是测控技术与仪器专业最后一门专业课，内容不仅涉及光、机、电、算各个方面，而且涉及测控方法学和涉及方法学等知识。n科学思维向工程思维的转变 绝大多数工程问题没有唯一解绝大多数工程问题没有唯一解 没有最好，只有更好没有最好，只有更好n仪器原理的抽象和具体化 根据仪器的原理图可以抽象出仪器的结
7、构根据仪器的原理图可以抽象出仪器的结构 根据仪器的结构可以抽象出仪器的原理图根据仪器的结构可以抽象出仪器的原理图n测控仪器设计方法的抽象与应用n设计创意（个人不同：铅笔+白纸）部分基本工具部分基本工具nMatlab/Simulink/SCILABnAutoCAD/ProEngineering/SolidworksnProtel/DXPnANSYSnVisual C+课程重点课程重点n仪器精度设计是本课程的重点之一n测控仪器总体设计时需要考虑的一些问题n测控仪器设计原理和原则具体应用问题n测控仪器主要结构参数与技术指标的确定方法n创造性设计思想及其在仪器结构设计中的应用问题课程难点课程难点n仪器
8、精度设计是本课程的难点之一n测控仪器总体设计时需要考虑的一些问题n测控仪器设计原理和原则n测控仪器主要结构参数与技术指标的确定方法n测控仪器现代化设计方法基础如何去学如何去学n课程听课是最重要方法n阅读参考文献也是非常重要n及时完成作业n对课堂问题的在线讨论n对重要知识点做部分笔记或补充n预习、思考。仪器仪表的用途和重要性n n仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器的整体发展水平是国家综合国力重要标志之一仪器的整体发展水平是国家综合国力重要标志之一 美国国家标准技术研究院（美国国家标准技术研究院（NISTNIST）统计，仪器）统计，仪器
9、仪表总产值占工业总产值仪表总产值占工业总产值4 4，但对国民经济的影，但对国民经济的影响达响达6666。n n先进科学仪器设备是知识创新和技术创新的前提先进科学仪器设备是知识创新和技术创新的前提 仪器的进展代表着科技的前沿，是科学发展的支柱仪器的进展代表着科技的前沿，是科学发展的支柱n n 仪器是信息的源头技术仪器是信息的源头技术2024/7/30我国现代精密仪器发展的现状差距很大，大型的高档设备主要依赖进口差距很大，大型的高档设备主要依赖进口差距很大，大型的高档设备主要依赖进口差距很大，大型的高档设备主要依赖进口n仪器仪表的使用:n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
10、监测；设备运行中的故障诊断等。n在自动化机床、自动化生产线：利用监测仪器与控制装置来控制行程和控制生产过程。n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。n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。2024/7/30仪器的发展趋势仪器的发展趋势1.1.发展仪器科学是国家的一项战略举措；发展仪器科学是国家的一项战略举措；19551955年制定年制定1212年科技远景规划，仪器仪表工业处于第年科技远景规划，仪器仪表工业
11、处于第5454项。项。“仪器仪表工业是信息工业，是信息的源头仪器仪表工业是信息工业，是信息的源头”这一论断是这一论断是19951995年我年我国国2020多位院士共同向国务院提交的多位院士共同向国务院提交的“关于振兴仪器仪表工业的建议关于振兴仪器仪表工业的建议”中和第中和第3434次香山科技会议上科学家们达成的共识。次香山科技会议上科学家们达成的共识。2.2.最引人注目的是在生物、医学、材料、航天、国防等关系到人类最引人注目的是在生物、医学、材料、航天、国防等关系到人类生存和发展的诸多领域内；生存和发展的诸多领域内；3.3.仪器的研制和生产趋向高精度、高效率、高可靠性、智能化、微仪器的研制和生
12、产趋向高精度、高效率、高可靠性、智能化、微型化、集成化、芯片化和系统工程化；型化、集成化、芯片化和系统工程化；4.4.测试仪器网络化测试仪器网络化2024/7/30 测控仪器的分类1. 1. 1. 1. 几何量计量仪器几何量计量仪器几何量计量仪器几何量计量仪器 测测测测量量量量对对对对象象象象：包包包包括括括括各各各各种种种种尺尺尺尺寸寸寸寸检检检检测测测测仪仪仪仪器器器器，如如如如长长长长度度度度、角角角角度度度度、形形形形貌貌貌貌、相相相相互位置位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等。互位置位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等。互位置位移、距离测量仪器、扫描仪、跟踪仪等。互位置位移、距离测量
13、仪器、扫描仪、跟踪仪等。2. 2. 2. 2. 热工量计量仪器热工量计量仪器热工量计量仪器热工量计量仪器 测量对象：包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、测量对象：包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、测量对象：包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、测量对象：包括温度、湿度、流量测量仪器，如各种气压计、真空计、多波长测温仪表、流量计等。真空计、多波长测温仪表、流量计等。真空计、多波长测温仪表、流量计等。真空计、多波长测温仪表、流量计等。3. 3. 3. 3. 机械量计量仪器机械量计量仪器机械量计量仪器机械量计量仪器 测量对象：如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力测量对
14、象：如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力测量对象：如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力测量对象：如各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪，力矩测量仪、振动测量仪等。矩测量仪、振动测量仪等。矩测量仪、振动测量仪等。矩测量仪、振动测量仪等。4. 4. 4. 4. 时间频率计量仪器时间频率计量仪器时间频率计量仪器时间频率计量仪器 测量对象：时间、频率等测量对象：时间、频率等测量对象：时间、频率等测量对象：时间、频率等2024/7/30 5. 5. 5. 5. 电磁量计量仪器电磁量计量仪器电磁量计量仪器电磁量计量仪器 测量对象：用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交、直流电流测量对象：
15、用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交、直流电流测量对象：用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交、直流电流测量对象：用于测量各种电量和磁量的仪器，如各种交、直流电流表、电压表、功率表、电阻、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。表、电压表、功率表、电阻、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。表、电压表、功率表、电阻、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。表、电压表、功率表、电阻、电容测量仪、静电仪、磁参数测量仪等。 6. 6. 6. 6. 无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器无线电参数测量仪器 测量对象：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动测量对象：如示波器、信号发生器
16、、相位测量仪、频率发生器、动测量对象：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动测量对象：如示波器、信号发生器、相位测量仪、频率发生器、动态信号分析仪等。态信号分析仪等。态信号分析仪等。态信号分析仪等。 7. 7. 7. 7. 光学与声学量测量仪器光学与声学量测量仪器光学与声学量测量仪器光学与声学量测量仪器 测测测测量量量量对对对对象象象象：如如如如光光光光度度度度计计计计、光光光光谱谱谱谱仪仪仪仪、色色色色度度度度计计计计、激激激激光光光光参参参参数数数数测测测测量量量量仪仪仪仪、光光光光学学学学传传传传递函数测量仪等。递函数测量仪等。递函数测量仪等。递函数测量仪等。 8. 8. 8.
17、 8. 电离辐射计量仪器电离辐射计量仪器电离辐射计量仪器电离辐射计量仪器 测量对象：如各种放射性、核素计量，测量对象：如各种放射性、核素计量，测量对象：如各种放射性、核素计量，测量对象：如各种放射性、核素计量，x x x x、射线及中子计量仪器等。射线及中子计量仪器等。射线及中子计量仪器等。射线及中子计量仪器等。 以上以上以上以上8 8 8 8大类计量仪器的共性技术：大类计量仪器的共性技术：大类计量仪器的共性技术：大类计量仪器的共性技术： 计量测试仪器的计量测试仪器的计量测试仪器的计量测试仪器的 设计理论设计理论设计理论设计理论 和和和和 测试理论测试理论测试理论测试理论2024/7/30测控
18、仪器的概念测控仪器的概念 在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，测控仪器则是在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，测控仪器则是在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，测控仪器则是在现代计量测试仪器中，测量与控制已经密不可分，测控仪器则是利用测量和利用测量和利用测量和利用测量和控制的理论，控制的理论，控制的理论，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。的一种范围广
19、泛的测量仪器。的一种范围广泛的测量仪器。的一种范围广泛的测量仪器。 本课程的要求：本课程的要求：本课程的要求：本课程的要求： 掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础掌握机、电、光、计算机技术相结合的仪器总体设计的基础理论知识；理论知识；理论知识；理论知识； 学会如何从设计任务出发，初步掌握进行总体设计和系统设学会如何从设计任务出发，初步掌握进行总体设计和系统设学会如何从设计任务出发，初步掌握进行总体设计和系统设学会如何从设计任务出发，初步掌握进行总体设计和系统设计的方法；计的方
20、法；计的方法；计的方法； 具有进行仪器精度设计的能力，初步具有正确估算和分析仪具有进行仪器精度设计的能力，初步具有正确估算和分析仪具有进行仪器精度设计的能力，初步具有正确估算和分析仪具有进行仪器精度设计的能力，初步具有正确估算和分析仪器精度的能力。器精度的能力。器精度的能力。器精度的能力。 本门课程力求使学生在测控仪器设计中具有勇于探索、有创新思本门课程力求使学生在测控仪器设计中具有勇于探索、有创新思本门课程力求使学生在测控仪器设计中具有勇于探索、有创新思本门课程力求使学生在测控仪器设计中具有勇于探索、有创新思维的设计能力。维的设计能力。维的设计能力。维的设计能力。 2024/7/30二、测控
21、仪器的组成二、测控仪器的组成 先看几个仪器应用：先看几个仪器应用：先看几个仪器应用：先看几个仪器应用： 1 1 1 1、探月探月探月探月 2 2 2 2、原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 3 3 3 3、自动加工自动加工 4、自动生产线（灌装机）自动生产线（灌装机） 5 5 5 5、片材专用带摄像头画像处理模切机片材专用带摄像头画像处理模切机 6、好奇号火星车上的样品分析仪器好奇号火星车上的样品分析仪器2024/7/30二、测控仪器的组成二、测控仪器的组成 测测测测控控控控仪仪仪仪器器器器种种种种类类类类繁繁繁繁多多多多，其其其其组组组组成成成成多多多多种种种种多多多多样样样样，但但但但可
22、可可可按按按按其其其其各各各各部分的功能来分成若干组成部分。部分的功能来分成若干组成部分。部分的功能来分成若干组成部分。部分的功能来分成若干组成部分。 测测测测控控控控仪仪仪仪器器器器组组组组成成成成以以以以图图图图11 11 11 11 “微微微微电电电电子子子子产产产产品品品品视视视视觉觉觉觉检检检检测测测测仪仪仪仪” 为例说明。为例说明。为例说明。为例说明。 仪器组成：仪器组成：仪器组成：仪器组成： 支支支支承承承承底底底底座座座座、精精精精密密密密工工工工作作作作台台台台、X X X X、Y Y Y Y二二二二维维维维运运运运动动动动导导导导轨轨轨轨、立立立立柱柱柱柱、显显显显微微微微
23、镜镜镜镜及及及及CCDCCDCCDCCD摄摄摄摄像像像像器器器器件件件件、光光光光栅栅栅栅系系系系统统统统、精精精精密密密密驱驱驱驱动动动动系系系系统统统统、光源。光源。光源。光源。 2024/7/30 图图图图1-1 1-1 1-1 1-1 微电子产品视觉检测仪三维效果图微电子产品视觉检测仪三维效果图微电子产品视觉检测仪三维效果图微电子产品视觉检测仪三维效果图 2024/7/30三维表面形貌测量系统三维表面形貌测量系统三维表面形貌测量系统三维表面形貌测量系统2024/7/302024/7/30图图12 12 微电子产品视觉检测仪组成框图微电子产品视觉检测仪组成框图2024/7/30工作原理：
24、 Z Z向向运运动动具具有有自自动动调调焦焦功功能能，通通过过计计算算机机对对CCDCCD摄摄像像器器件件摄摄取取图图像像进进行行分分析析，用用调调焦焦评评价价函函数数来来判判断断调调焦焦质质量量。被被检检测测的的印印刷刷线线路路板板或或ICIC芯芯片片的的瞄瞄准准用用可可变变焦焦的的光光学学显显微微镜镜和和CCDCCD摄摄像像器器件件来来完完成成。摄摄像像机机的的输输出出经经图图像像卡卡送送到到计计算算机机进进行行图图像像处处理理实实现现精精密密定定位位和和图图像像识识别别与与计计算算，并并给给出出被被检检测测件件的的尺尺寸寸值值、误误差差值及缺陷状况。值及缺陷状况。2024/7/30202
25、4/7/302024/7/302024/7/30工作原理： 装装配配开开始始后后，置置于于工工作作台台和和微微夹夹持持器器上上的的微微装装配配器器件件由由立立体体显显微微镜镜成成像像到到CCDCCD摄摄像像机机的的靶靶面面，经经光光电电转转换换后后送送入入图图像像采采集集卡卡，将将模模拟拟信信号号转转换换成成数数字字信信号号，传传送送到到微微机机进进行行数数字字信信号号处处理理，从从而而获获得得被被装装配配器器件件的的当当前前位位姿姿信信息息。根根据据装装配配需需求求，利利用用专专用用软软件件从从位位姿姿信信息息中中提提取取驱驱动动系系统统所所需需的的定定位位参参量量数数据据，控控制制工工作作
26、台台和和微微夹夹持持具具操操作作平平台台运运动动，以以带带动动被被装装配配器器件件在在三三维装配空间的相对移动或旋转，从而完成最终装配任务。维装配空间的相对移动或旋转，从而完成最终装配任务。按按功能功能将仪器分成以下几个组成部分：将仪器分成以下几个组成部分： 1 1 基准部件基准部件 5 5 信息处理与运算装置信息处理与运算装置 2 2 传感器与感受转换部件传感器与感受转换部件 6 6 显示部件显示部件 3 3 放大部件放大部件 7 7 驱动控制器部件驱动控制器部件 4 4 瞄准部件瞄准部件 8 8 机械结构部件机械结构部件2024/7/30基准部件基准部件 测测测测量量量量的的的的过过过过程
27、程程程是是是是一一一一个个个个被被被被测测测测量量量量与与与与标标标标准准准准量量量量比比比比较较较较的的的的过过过过程程程程，因因因因此此此此，仪仪仪仪器器器器中中中中要要要要有有有有与与与与被被被被测测测测量量量量相相相相比比比比较较较较的的的的标标标标准准准准量量量量，标标标标准准准准量量量量与与与与其其其其相相相相应应应应的的的的装装装装置置置置一一一一起起起起，称称称称为为为为仪仪仪仪器器器器的的的的基基基基准准准准部部部部件件件件。（如如如如量量量量块块块块、精精精精密密密密测测测测量量量量丝丝丝丝杠杠杠杠、度度度度盘盘盘盘、光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺、磁磁磁磁栅栅栅栅尺尺尺尺、感应
28、同步器）感应同步器）感应同步器）感应同步器） 有有有有的的的的仪仪仪仪器器器器中中中中无无无无标标标标准准准准器器器器而而而而是是是是用用用用校校校校准准准准的的的的方方方方法法法法将将将将标标标标准准准准量量量量复现到仪器中。复现到仪器中。复现到仪器中。复现到仪器中。 标标标标准准准准量量量量的的的的精精精精度度度度对对对对仪仪仪仪器器器器的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度影影影影响响响响很很很很大大大大，在在在在大大大大多数情况下是多数情况下是多数情况下是多数情况下是11111111，在仪器设计时必须予以重视。，在仪器设计时必须予以重视。，在仪器设计时必须予以重视。，在仪器设计时必须
29、予以重视。 2024/7/30传感器与感受转换部件 测控仪器中的测控仪器中的传感器传感器是仪器的是仪器的感受转换部件感受转换部件，它的作用是感受，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。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。精度原则和经济原则等。 常用的传感器有机械式、电子式、光电式、光学式、声学式、常用的
30、传感器有机械式、电子式、光电式、光学式、声学式、压电式等等，有数千种，选用时一定要分析清楚其工作原理、精压电式等等，有数千种，选用时一定要分析清楚其工作原理、精度指标、测量范围、使用场合、特点和成本。同时一定要注意要度指标、测量范围、使用场合、特点和成本。同时一定要注意要按照被测参数的定义来选用和设计传感器。按照被测参数的定义来选用和设计传感器。 （也有接触式电（也有接触式电感、非接触式气动、光学、感、非接触式气动、光学、CCDCCD等）等）2024/7/30放大部件 将感受转换来的微小信号，通过各种原理（如：光、将感受转换来的微小信号，通过各种原理（如：光、机、电、气）进一步转换和放大、直接
31、接收、提供机、电、气）进一步转换和放大、直接接收、提供显示或进一步处理。显示或进一步处理。分类分类分类分类实例实例实例实例名称名称名称名称机械式放大部件机械式放大部件机械式放大部件机械式放大部件齿轮放大，杠杆放大，弹性齿轮放大，杠杆放大，弹性齿轮放大，杠杆放大，弹性齿轮放大，杠杆放大，弹性及刚度放大等及刚度放大等及刚度放大等及刚度放大等机械系统机械系统机械系统机械系统 光学式放大部件光学式放大部件光学式放大部件光学式放大部件 光准直式、显微镜式、投影光准直式、显微镜式、投影光准直式、显微镜式、投影光准直式、显微镜式、投影放大、摄影放大式、莫尔条放大、摄影放大式、莫尔条放大、摄影放大式、莫尔条放
32、大、摄影放大式、莫尔条纹、光干涉等纹、光干涉等纹、光干涉等纹、光干涉等 光学系统光学系统光学系统光学系统 电子放大部件电子放大部件电子放大部件电子放大部件 前置放大、功率放大等前置放大、功率放大等前置放大、功率放大等前置放大、功率放大等 电子信息处理电子信息处理电子信息处理电子信息处理系统系统系统系统 光电放大部件光电放大部件光电放大部件光电放大部件 光电管放大、倍增管放大等光电管放大、倍增管放大等光电管放大、倍增管放大等光电管放大、倍增管放大等 光电系统光电系统光电系统光电系统 2024/7/30 瞄准部件瞄准部件 用用来来确确定定被被测测量量的的位位置置( (或或零零位位），要要求求瞄瞄准
33、准的的重重复复性性精精度度要要好好，即即指指零零准准确确。不不要要求求高高灵灵敏敏度度（如如双双频频激光干涉仪的靶镜就是瞄准定位）激光干涉仪的靶镜就是瞄准定位） 信息处理与运算装置信息处理与运算装置 数数据据处处理理与与运运算算部部件件主主要要用用于于数数据据加加工工、处处理理、运运算算和校正等。可以利用和校正等。可以利用硬件电路、单片机硬件电路、单片机或或微机微机来完成。来完成。 显示部件显示部件 显显示示部部件件是是用用指指针针与与表表盘盘、记记录录器器、数数字字显显示示器器、打印机、监视器等将测量结果显示出来。打印机、监视器等将测量结果显示出来。2024/7/30 驱动控制器部件 驱动控
34、制部件用来驱动测控系统中的运动部件，在测控仪器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，在测控仪器中常用中常用中常用中常用步进电机、交直流伺服电机、力矩电机、测速电机、压步进电机、交直流伺服电机、力矩电机、测速电机、压步进电机、交直流伺服电机、力矩电机、测速电机、压步进电机、交直流伺服电机、力矩电机、测速电机、压电陶瓷电陶瓷电陶瓷电陶瓷等实现驱动。控制一般用计算机或单片机来实现，这时等实现驱动。控制一般用计算机或单片机来实现，这时等实现驱动。控制一般用计算机或单片机来实现，这时等实现驱动。控
35、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。要将一个控制接口卡插入到计算机的插槽中。要将一个控制接口卡插入到计算机的插槽中。要将一个控制接口卡插入到计算机的插槽中。 机械结构部件机械结构部件 仪器中的仪器中的仪器中的仪器中的机械结构部件机械结构部件机械结构部件机械结构部件用于对被测件、标准器、传感器的定用于对被测件、标准器、传感器的定用于对被测件、标准器、传感器的定用于对被测件、标准器、传感器的定位，支承和运动位，支承和运动位，支承和运动位，支承和运动, , , ,如导轨、轴系、基座、支架、微调、锁紧、限如导轨、轴系、基座、支架、微调、锁紧、限如导轨、轴系、基座、
36、支架、微调、锁紧、限如导轨、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, , , ,这这这这些都是测控仪器必不可少的部件，些都是测控仪器必不可少的部件，些都是测控仪器必不可少的部件，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其精度对仪器精度影响起决其精度对仪器精度影响起决其精度对仪器精度影响起决定作用。定作用。定作用。定作用。2024/7/30第二节第二节 测控仪器及其设计的发展状况测控
37、仪器及其设计的发展状况与趋势与趋势一、发展趋势一、发展趋势一、发展趋势一、发展趋势 : : : : 高精度高精度高精度高精度与与与与高可靠性高可靠性高可靠性高可靠性、高效率高效率高效率高效率、智能化智能化智能化智能化、多样化多样化多样化多样化与与与与多维化多维化多维化多维化。（1 1 1 1）高精度与高可靠性高精度与高可靠性高精度与高可靠性高精度与高可靠性 随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要随着科学技术的发展，对测控仪器的精度提出更高的要求，如几何量求，如几何量求，如几何量求，如几何量
38、nmnmnmnm精度测量，力学量的精度测量，力学量的精度测量，力学量的精度测量，力学量的ngngngng精度测量等。同时对精度测量等。同时对精度测量等。同时对精度测量等。同时对仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控仪器的可靠性要求也日益增高，尤其是航空、航天用的测控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。仪器，其可靠性尤为重要。仪器，其可靠性尤为重要。仪器，其可靠性尤为重要。 （2 2 2 2）高效率高效率高效率高效率 大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非大批量产品生产节奏，要求
39、测量仪器具有高效率，因此非大批量产品生产节奏，要求测量仪器具有高效率，因此非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、操作与控制接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制接触测量、在线检测、自适应控制、模糊控制、操作与控制接触测量、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。的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。的自动化、多点检测、机光电算一体化是必然的趋势。2024/7/30（3 3 3 3）高智能化高智能化高智能化高智能化 在信
40、息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方在信息拾取与转换、信息测量、判断和处理及控制方在信息拾取与转换、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面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维面大量采用微处理器和微计算机，显示与控制系统向三维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形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能形象化发展，操作向自动化发展，并且具有多种人工智能形象化发展，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
41、发展是必然的趋势。从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。从学习机向人工智能机发展是必然的趋势。 （4 4 4 4）多维化、多功能化多维化、多功能化多维化、多功能化多维化、多功能化 多维的测量空间，要求我们研究多维的测量仪器，在多维的测量空间，要求我们研究多维的测量仪器，在多维的测量空间，要求我们研究多维的测量仪器，在多维的测量空间，要求我们研究多维的测量仪器，在许多场合，除了三维测量外还需要多参数同时测量，如要许多场合，除了三维测量外还需要多参数同时测量，如要许多场合，除了三维测量外还需要多参数同时测量，如要许多场合，除了三维测量外还需要多参数同时测量，如
42、要求同时测出某点温度、湿度和应变；同时测得力、速度、求同时测出某点温度、湿度和应变；同时测得力、速度、求同时测出某点温度、湿度和应变；同时测得力、速度、求同时测出某点温度、湿度和应变；同时测得力、速度、振动、应变等多种参数，使现有仪器系列化、多样化，以振动、应变等多种参数，使现有仪器系列化、多样化，以振动、应变等多种参数，使现有仪器系列化、多样化，以振动、应变等多种参数，使现有仪器系列化、多样化，以满足不同用户的要求，也是势在必行的。满足不同用户的要求，也是势在必行的。满足不同用户的要求，也是势在必行的。满足不同用户的要求，也是势在必行的。 2024/7/30（5 5 5 5）开发新原理开发新
43、原理开发新原理开发新原理 随着科学技术的发展，需要测量的极端参数（超高随着科学技术的发展，需要测量的极端参数（超高随着科学技术的发展，需要测量的极端参数（超高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）和特种参压、超高温、超低温、超大尺寸、原子空间）和特种参压、超高温、超低温、超大尺寸、原子空间）和特种参压、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，因此数（识别颜色、气味）也在增加，要求也更奇特，因此数（识别颜色、气味）也在增加，要求也更奇特，因此数（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
44、理、开发新仪器。如仿生仪器等。要不断研究新原理、开发新仪器。如仿生仪器等。要不断研究新原理、开发新仪器。如仿生仪器等。要不断研究新原理、开发新仪器。如仿生仪器等。（6 6 6 6）动态测量动态测量动态测量动态测量 研究的对象已经从静态转入动态，如研究原子的价研究的对象已经从静态转入动态，如研究原子的价研究的对象已经从静态转入动态，如研究原子的价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、生命化学物理态、分子结构和聚集态、固体结晶形态、生命化学物理态、分子结构和聚集态、固体结晶形态、生命化学物理态、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
45、实施检测手段，需要研究超快时间进程的激发态的现场实施检测手段，需要研究超快时间进程的激发态的现场实施检测手段，需要研究超快时间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。和超高空间的分辨技术。和超高空间的分辨技术。和超高空间的分辨技术。2024/7/30二、发展概况二、发展概况现代设计方法现代设计方法 现代设计方法的特点：现代设计方法的特点： (1) (1)程式性程式性 强调设计、生产与销售的一体化。强调设计、生产与销售的一体化。 (2) (2)创造性创造性 突出人的创造性，开发创新性产品。突出人的创造性，开发创新性产品。 (3) (3)系统性系统性 用系统工程思想处
46、理技术系统问题。力求系统整体最用系统工程思想处理技术系统问题。力求系统整体最 优，同时要考虑人优，同时要考虑人- -机机- -环境的大系统关系。环境的大系统关系。 (4)(4)优优化化性性 通通过过优优化化理理论论及及技技术术，以以获获得得功功能能全全、性性能能良良好好、成成本低、性能价格比高的产品。本低、性能价格比高的产品。 (5)(5)计计算算机机辅辅助助设设计计 计计算算机机将将更更全全面面地地引引入入设设计计全全过过程程，计计算算机机辅辅助助设设计计不不仅仅用用于于计计算算和和绘绘图图，在在信信息息储储存存、评评价价决决策策、动动态态模模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。拟、人工智能等
47、方面将发挥更大作用。2024/7/30 第三节第三节 测量仪器通用术语及定义测量仪器通用术语及定义 仪器的技术指标是用来说明一台仪器的仪器的技术指标是用来说明一台仪器的仪器的技术指标是用来说明一台仪器的仪器的技术指标是用来说明一台仪器的性能性能性能性能和和和和作作作作用用用用的，主要技术指标既作为设计依据，也用来考的，主要技术指标既作为设计依据，也用来考的，主要技术指标既作为设计依据，也用来考的，主要技术指标既作为设计依据，也用来考核所设计的仪器是否成功。核所设计的仪器是否成功。核所设计的仪器是否成功。核所设计的仪器是否成功。 作为测量仪器还必须要有规范的语言，称之为作为测量仪器还必须要有规范
48、的语言，称之为作为测量仪器还必须要有规范的语言，称之为作为测量仪器还必须要有规范的语言，称之为测测测测量仪器的术语量仪器的术语量仪器的术语量仪器的术语。本节叙述的有关测量仪器的术语。本节叙述的有关测量仪器的术语。本节叙述的有关测量仪器的术语。本节叙述的有关测量仪器的术语是根据是根据是根据是根据JJFl0011998JJFl0011998JJFl0011998JJFl0011998全国法制计量技术委员会颁全国法制计量技术委员会颁全国法制计量技术委员会颁全国法制计量技术委员会颁布的布的布的布的“通用计量术语及定义通用计量术语及定义通用计量术语及定义通用计量术语及定义”来说明的。来说明的。来说明的。
49、来说明的。2024/7/30 1. 1. 测量仪器（测量仪器（测量仪器（测量仪器（measuring instrument)measuring instrument) 测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用测量仪器又称计量器具，它是指单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一组操作。以进行测量的器具。而测量是指用以确定量值为目的的一
50、组操作。 测量仪器是指将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量测量仪器是指将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量测量仪器是指将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量测量仪器是指将被测量转换成指示值或等效信息的一种计量器具，即具有器具，即具有器具，即具有器具，即具有转换转换转换转换和和和和指示指示指示指示功能。功能。功能。功能。 测量器具是指以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已测量器具是指以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已测量器具是指以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已测量器具是指以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。知值
51、的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。知值的器具，如砝码、标准电阻、量块、线纹尺、参考物质等。 2. 2. 测量传感器测量传感器测量传感器测量传感器( (measuring transducer)measuring transducer) 提供与输入量有确定关系的输出量的器件。如热电偶、电流提供与输入量有确定关系的输出量的器件。如热电偶、电流提供与输入量有确定关系的输出量的器件。如热电偶、电流提供与输入量有确定关系的输出量的器件。如热电偶、电流互感器、应变计等。互感器、应变计等。互感器、应变计等。互感器、应变计等。2024/
52、7/303. 3. 测量系统测量系统测量系统测量系统( (measuring system)measuring system) 组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备。如半导组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备。如半导组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备。如半导组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备。如半导体材料电导率测量装置；光电光波比长仪；校准体温计的装置等。体材料电导率测量装置；光电光波比长仪；校准体温计的装置等。体材料电导率测量装置；光电光波比长仪；校准体温计的装置等。体材料电导率测量装置；光电光波比长仪；校准体温计的装置等。 4. 4. 模拟式测量
53、仪器模拟式测量仪器模拟式测量仪器模拟式测量仪器( (analogue measuring instrument)analogue measuring instrument)与数与数与数与数字式测量仪器字式测量仪器字式测量仪器字式测量仪器( (digital measuring instrument)digital measuring instrument)。 前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，前者是指仪器的输出或显示是输入信号的连续函数的测量仪器，而后者是提供数
54、字化输出或显示的仪器。而后者是提供数字化输出或显示的仪器。而后者是提供数字化输出或显示的仪器。而后者是提供数字化输出或显示的仪器。5. 5. 敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件( (sensor)sensor)或敏感器或敏感器或敏感器或敏感器 测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。如涡流流量测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。如涡流流量测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。如涡流流量测量仪器或测量链中直接感受被测量作用的元件。如涡流流量计的转子；液面测量仪的浮子；光谱光度计的光电池。计的转子；液面测量仪的浮子；光谱光度计的光电池。计的转子；液面测量仪的浮子；光谱光度计的光电池
55、。计的转子；液面测量仪的浮子；光谱光度计的光电池。2024/7/306. 检测器检测器(detector) 用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质。如卤素检漏仪，石蕊试纸等。 在某些领域中敏感元件与检测器的概念界限并不十分明显，比如在光电测量领域把光电池称为检测器，用于检测光通量。而在光谱光度计中，光电池则称为敏感元件，这在概念上也是正确的。7指示器指示器(index) 显示装置的固定的或可动的部件，根据它相对标尺标记的位置即可确定示值。如指针、光点、液面、记录笔等。2024/7/30 8 8测量仪器的标尺测量仪器的标尺测量仪器的标尺测量仪器的标尺( (scale of a me
56、asuring scale of a measuring instrument)instrument) 由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置由一组有序的带有数码的标记构成的测量仪器显示装置的部件。如线纹尺、度盘等。的部件。如线纹尺、度盘等。的部件。如线纹尺、度盘等。的部件。如线纹尺、度盘等。 9 9标尺间隔标尺间隔标尺间隔标尺间隔( (scale interval)scale interval)和分度值和分度值和分度值和分度值 对应标尺两相邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上对应标尺两相
57、邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上对应标尺两相邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上对应标尺两相邻标记的两个值之差，标尺间隔用标尺上的单位表示。如的单位表示。如的单位表示。如的单位表示。如0 0100100的线纹尺相邻刻度间隔一般为的线纹尺相邻刻度间隔一般为的线纹尺相邻刻度间隔一般为的线纹尺相邻刻度间隔一般为1 1mmmm。 分度值是指一个标尺间隔所代表的被测量值。如百分表分度值是指一个标尺间隔所代表的被测量值。如百分表分度值是指一个标尺间隔所代表的被测量值。如百分表分度值是指一个标尺间隔所代表的被测量值。如百分表的分度值为的分度值为的分度值为的分度值为0 00101mmmm。2024/7/3
58、01010示值范围示值范围示值范围示值范围( (range of indication)range of indication) 极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺极限示值界限内的一组数。对模拟量显示而言它就是标尺范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值范围；在有些领域中它是仪器所能显示的最大值与最小值之差。有时又把示值范围称为量程之差。有时又把示值范围称为量程之差。有时
59、又把示值范围称为量程之差。有时又把示值范围称为量程( (span)span)，如某电压表示，如某电压表示，如某电压表示，如某电压表示值范围从值范围从值范围从值范围从-10-10V V10 V10 V，则其量程为，则其量程为，则其量程为，则其量程为2020V V。1111测量范围测量范围测量范围测量范围( (measuring range)measuring range) 测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量仪器误差允许范围内的被测量值。测量范围包含示值测量范围包含示值测量范围包含示值测量范围包含示值范围还包含仪器的调节范围范
60、围还包含仪器的调节范围范围还包含仪器的调节范围范围还包含仪器的调节范围。如光学计的示值范围为。如光学计的示值范围为。如光学计的示值范围为。如光学计的示值范围为0.10.1mmmm，但其悬臂可沿立柱调节但其悬臂可沿立柱调节但其悬臂可沿立柱调节但其悬臂可沿立柱调节180180mmmm，在该范围内仍可在该范围内仍可在该范围内仍可在该范围内仍可保证仪器的测量精度，则其测量范围为保证仪器的测量精度，则其测量范围为保证仪器的测量精度，则其测量范围为保证仪器的测量精度，则其测量范围为18001800.1mm.1mm。又如又如又如又如千分尺的测量范围有千分尺的测量范围有千分尺的测量范围有千分尺的测量范围有0
61、02525mmmm，252550mm50mm，505075mm75mm等规格，但其示值范围均为等规格，但其示值范围均为等规格，但其示值范围均为等规格，但其示值范围均为2525mmmm。2024/7/3012121212灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度( ( ( (sensitivitysensitivity) ) ) ) 测量仪器响应测量仪器响应测量仪器响应测量仪器响应( ( ( (输出输出输出输出) ) ) )的变化除以对应的激励的变化除以对应的激励的变化除以对应的激励的变化除以对应的激励( ( ( (输入输入输入输入) ) ) )的变化。的变化。的变化。的变化。若输入激励量为若输入激励量为若输入激
62、励量为若输入激励量为 X X X X，相应输出是相应输出是相应输出是相应输出是 Y Y Y Y，则灵敏度表示为：则灵敏度表示为：则灵敏度表示为：则灵敏度表示为： S=YS=YXX 仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特仪器的输出量与输入量的关系可以用曲线来表示，称为特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
63、来代替时带来的误差，称为非线性误差。特性曲线的斜率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。即为灵敏度。即为灵敏度。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，如电感灵敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感灵敏度的量纲可以是相同的，也可以是不相同的，如电感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，其灵敏度的量纲为传感器的输入量是位移，而输出量
64、是电压，其灵敏度的量纲为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/mmV/mmV/mmV/mm；而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移而齿轮传动的百分表其输入量是位移，输出量也是位移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。，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。，在这样情况下，灵敏度又称为放大比。，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。灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。灵敏度是仪器对被测量变化的反映能力。202
65、4/7/3013131313鉴别力鉴别力鉴别力鉴别力( ( ( (阈阈阈阈)()()()(discriminationdiscrimination) ) ) ) 使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，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。噪声有关，也可能与摩擦有关或与激励值有关。14141414分辨力分辨力分辨力分辨力( ( ( (reso
66、lutionresolution) ) ) ) 显示装置能有效辨别的最小示值。对于数字式仪器，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。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证；反过来仪器的分辨力必须与仪器精度相适应, ,不考虑仪不考虑仪器精度而一味的追求高分辨力是不可取的。器精度而一味
67、的追求高分辨力是不可取的。2024/7/301515测量仪器的准确度测量仪器的准确度( (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。等级，如零级、一级、二级等。 1616测量仪器的示值误差测量仪器的示值误差( (err
68、or 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要超过三次次数一般要超过三次。示值误差越小，表明仪器的准确度越高。示值误差越小，表明仪器的准确度越高。示值误差越小，
69、表明仪器的准确度越高。示值误差越小，表明仪器的准确度越高。2024/7/301717测量仪器的重复性测量仪器的重复性( (repeatability of a measuring instrument) ) 在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，仪器提供相近示值的能力。相同的测量条件包括：相同的测量程序、相同近示值的能力。相同的测量条件包括：相同的测量程序、相同的观测者、在相同的条件下使用相同的测量设备，在相同的地的观测者、在相同的条件下使用相同的测量设备，在相同的地点，在短时间内重复测量。示值重复性可用示值的分散性定量点，在短时间内重复测量
70、。示值重复性可用示值的分散性定量地表示。仪器的示值重复性误差小，表明仪器的随机误差小。地表示。仪器的示值重复性误差小，表明仪器的随机误差小。 18 18 稳定性稳定性( (stability) )和漂移和漂移( (drift) ) 测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。稳定性可以测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。稳定性可以用几种方式定量的表示，如用计量特性变化某个规定的量所经用几种方式定量的表示，如用计量特性变化某个规定的量所经过的时间，例如仪器测头动作一万次以后再测量仪器的示值误过的时间，例如仪器测头动作一万次以后再测量仪器的示值误差和示值重复性是否变化；也可用计量仪器工作某一规定时
71、间差和示值重复性是否变化；也可用计量仪器工作某一规定时间( (如如8 8小时小时) )再考察仪器特性的变化。漂移是指仪器计量特性的慢再考察仪器特性的变化。漂移是指仪器计量特性的慢变化，如仪器零位随时间变化称为零位漂移；仪器灵敏度随时变化，如仪器零位随时间变化称为零位漂移；仪器灵敏度随时间变化称为灵敏度漂移。间变化称为灵敏度漂移。2024/7/301919测量仪器的引用误差测量仪器的引用误差测量仪器的引用误差测量仪器的引用误差 ( (indicial error of a indicial error of a measuring instrument)measuring instrument)
72、 测量仪器的误差除以仪器特定值。该特定值一般称引用值，测量仪器的误差除以仪器特定值。该特定值一般称引用值，测量仪器的误差除以仪器特定值。该特定值一般称引用值，测量仪器的误差除以仪器特定值。该特定值一般称引用值，如仪器的量程或示值范围的上限。如仪器的量程或示值范围的上限。如仪器的量程或示值范围的上限。如仪器的量程或示值范围的上限。20202020 测量仪器的校准测量仪器的校准测量仪器的校准测量仪器的校准( (calibration of measuring calibration of measuring instrument)instrument) 在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示
73、的量值，在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值与对应的由标准所复现的或实物量具或参考物质所代表的量值与对应的由标准所复现的或实物量具或参考物质所代表的量值与对应的由标准所复现的或实物量具或参考物质所代表的量值与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。校准的结果既可给出被测量的示值，量值之间关系的一组操作。校准的结果既可给出被测量的示值，量值之间关系的一组操作。校准的结果既可给出被测量的示值，量值之间关系的一组操作。校准的结果既可给出被测量的示
74、值，又可确定示值的修正值，也可确定其它计量特性，如影响量的又可确定示值的修正值，也可确定其它计量特性，如影响量的又可确定示值的修正值，也可确定其它计量特性，如影响量的又可确定示值的修正值，也可确定其它计量特性，如影响量的作用。校正的结果要记录在校准证书或校准报告之中。作用。校正的结果要记录在校准证书或校准报告之中。作用。校正的结果要记录在校准证书或校准报告之中。作用。校正的结果要记录在校准证书或校准报告之中。 2024/7/3021. 21. 测量仪器的偏移误差测量仪器的偏移误差测量仪器的偏移误差测量仪器的偏移误差( (bias error of measuring bias error of
75、 measuring instrument)instrument) 测量仪器示值的系统误差。通常用适当次数重复测量测量仪器示值的系统误差。通常用适当次数重复测量测量仪器示值的系统误差。通常用适当次数重复测量测量仪器示值的系统误差。通常用适当次数重复测量的示值误差的平均值来估计。的示值误差的平均值来估计。的示值误差的平均值来估计。的示值误差的平均值来估计。2222 回程误差（滞差）回程误差（滞差）回程误差（滞差）回程误差（滞差）( (hysteresis error)hysteresis error) 在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不在
76、相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同（正程、反程，正转、反转等）其示值之差的绝对值。同（正程、反程，正转、反转等）其示值之差的绝对值。同（正程、反程，正转、反转等）其示值之差的绝对值。同（正程、反程，正转、反转等）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或摩擦，产生回程误差的主要原因是仪器零件之间存在间隙或摩擦，产生回程误差的主要原因是仪器零件之间存在间隙或摩擦，产生回程误差的主要原因是仪器零件之间存在间隙或摩擦，或齿轮啮合面的变动；对于电磁式传感器或压电式传感器或齿轮啮合面的变动；对于电磁式传感器或压电式传感器或
77、齿轮啮合面的变动；对于电磁式传感器或压电式传感器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反程磁滞或电滞现象也会出现滞后误差（滞差）。由于正反程磁滞或电滞现象也会出现滞后误差（滞差）。由于正反程磁滞或电滞现象也会出现滞后误差（滞差）。由于正反程磁滞或电滞现象也会出现滞后误差（滞差）。2024/7/302323视差视差视差视差( (parallax error)parallax error) 当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正当指示器与标尺表面不在同一平面时，观测者偏离正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
78、向进行读数和瞄准所引起的误差。确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。确观察方向进行读数和瞄准所引起的误差。2424估读误差估读误差估读误差估读误差( (interpolation error)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观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置观测者估读指示器位于两相邻标尺标记间的相对位置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。而引起的误差，有时也称为内插误差。而引起的误差，有时也称为内插误差。而引起的误差，有时也称为内插误差。2525
79、读数误差读数误差读数误差读数误差( (reading error)reading error) 由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，由于观测者对计量器具示值读数不准确所引起的误差，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。它包括视差和估读误差。它包括视差和估读误差。它包括视差和估读误差。2024/7/30第四节第四节 测控仪器设计的要求和设计程序测控仪器设计的要求和设计程序 一、设计要求一、设计要求 (1)(1)(1)(1)精精精精度度度度要要要要求求求求 精精精精度度度度是是是是测测测测控控控控仪仪仪仪器
80、器器器的的的的生生生生命命命命，精精精精度度度度本本本本身身身身只只只只是是是是一一一一种种种种定定定定性性性性的的的的概概概概念念念念。为为为为表表表表征征征征一一一一台台台台仪仪仪仪器器器器的的的的性性性性能能能能和和和和达达达达到到到到的的的的水水水水平平平平，应应应应有有有有一一一一些些些些精精精精度度度度指指指指标标标标要要要要求求求求，如如如如静静静静态态态态测测测测量量量量的的的的示示示示值值值值误误误误差差差差、重重重重复复复复性性性性误误误误差差差差、复复复复现现现现性性性性、稳稳稳稳定定定定性性性性、回回回回程程程程误误误误差差差差、灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度、鉴鉴鉴鉴别别别
81、别力力力力、线线线线性性性性度度度度等等等等，动动动动态态态态测测测测量量量量的的的的稳稳稳稳态态态态响响响响应应应应误误误误差差差差、瞬瞬瞬瞬态态态态响响响响应应应应误误误误差差差差等等等等。这这这这些些些些精精精精度度度度指指指指标标标标不不不不是是是是每每每每一一一一台台台台仪仪仪仪器器器器都都都都必必必必须须须须全全全全部部部部满满满满足足足足，而而而而是是是是根根根根据据据据不不不不同同同同的的的的测测测测量量量量对对对对象象象象和和和和不不不不同同同同的的的的测测测测量量量量要要要要求求求求，选选选选用用用用最最最最能能能能反反反反映映映映该该该该仪器精度的一些指标组合来表示。仪器
82、精度的一些指标组合来表示。仪器精度的一些指标组合来表示。仪器精度的一些指标组合来表示。2024/7/30 仪仪仪仪器器器器的的的的精精精精度度度度应应应应根根根根据据据据被被被被测测测测对对对对象象象象的的的的要要要要求求求求来来来来确确确确定定定定，当当当当仪仪仪仪器器器器总总总总误误误误差差差差占占占占测测测测量量量量总总总总误误误误差差差差比比比比重重重重较较较较小小小小时时时时，常常常常采采采采用用用用1/31/31/31/3原原原原则则则则，即即即即仪仪仪仪器器器器总总总总误误误误差差差差应应应应小小小小于于于于或或或或等等等等于于于于被被被被测测测测参参参参数数数数总总总总误误误误
83、差差差差的的的的1/31/31/31/3；若若若若仪仪仪仪器器器器总总总总误误误误差差差差占占占占测测测测量量量量总总总总误误误误差差差差的的的的主主主主导导导导部部部部分分分分时时时时，可可可可允允允允许许许许仪仪仪仪器器器器总总总总误误误误差差差差小小小小于于于于或或或或等等等等于于于于被被被被测测测测参参参参数数数数总总总总误误误误差的差的差的差的1/21/21/21/2。 为为为为了了了了保保保保证证证证仪仪仪仪器器器器的的的的精精精精度度度度，仪仪仪仪器器器器设设设设计计计计时时时时应应应应遵遵遵遵守守守守一一一一些些些些重重重重要要要要的的的的设设设设计计计计原原原原则则则则和和和
84、和设设设设计计计计原原原原理理理理，如如如如阿阿阿阿贝贝贝贝原原原原则则则则、变变变变形形形形最最最最小小小小原原原原则则则则、测测测测量量量量链链链链最最最最短短短短原原原原则则则则、精精精精度度度度匹匹匹匹配配配配原原原原则则则则、误误误误差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等。差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等。差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等。差平均作用原理、补偿原理、差动比较原理等。2024/7/30 (2)(2)(2)(2)检检检检测测测测效效效效率率率率要要要要求求求求 一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下仪仪仪仪器器器器的的的的检检检检测测测测效效效效率率率
85、率应应应应与与与与生生生生产产产产效效效效率率率率相相相相适适适适应应应应。在在在在自自自自动动动动化化化化生生生生产产产产情情情情况况况况下下下下，检检检检测测测测效效效效率率率率应应应应适适适适合合合合生生生生产产产产线线线线节节节节拍拍拍拍的的的的要要要要求求求求。提提提提高高高高检检检检测测测测效效效效率率率率不不不不仅仅仅仅有有有有经经经经济济济济上上上上的的的的效效效效益益益益，有有有有时时时时对对对对提提提提高高高高检检检检测测测测精精精精度度度度也也也也有有有有一一一一定定定定作作作作用用用用，因因因因为为为为缩缩缩缩短短短短了了了了测测测测量量量量时时时时间间间间可可可可减减
86、减减少少少少环环环环境境境境变变变变化化化化对对对对测测测测量量量量的的的的影影影影响响响响。同同同同时时时时还还还还可可可可以以以以节节节节省省省省人人人人力力力力，消消消消除除除除人人人人的的的的主观误差，提高测量的可靠性。主观误差，提高测量的可靠性。主观误差，提高测量的可靠性。主观误差，提高测量的可靠性。2024/7/30 (3)(3)(3)(3)可靠性要求可靠性要求可靠性要求可靠性要求 一台测量仪器或一套自动测量系一台测量仪器或一套自动测量系一台测量仪器或一套自动测量系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，统，无论在原理上如何先进，在功能上如何全面，统
87、，无论在原理上如何先进，在功能上如何全面，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，不能在精度上如何高，若可靠性差，故障频繁，不能在精度上如何高，若可靠性差，故障频繁，不能在精度上如何高，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。长时间稳定工作，则该仪器或系统就无使用价值。长时间稳定工作，则该仪器或系统就无使用价值。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。可靠性因此对仪器的可靠性要求是十分必要的。可靠性因此对仪器的可靠性要求是十分必要的。可靠性因此对仪器的可靠性要求是十分必要的。可靠性要
88、求，就是要求设备在一定时间、一定条件下不要求，就是要求设备在一定时间、一定条件下不要求，就是要求设备在一定时间、一定条件下不要求，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。可靠性要求可出故障地发挥其功能的概率要高。可靠性要求可出故障地发挥其功能的概率要高。可靠性要求可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。由可靠性设计来保证。由可靠性设计来保证。由可靠性设计来保证。2024/7/30 (4) (4) (4) (4)经济性要求经济性要求经济性要求经济性要求 仪器设计时应采用各种先进技仪器设计时应采用各种先进技仪器设计时应采用各种先进技仪器设计时应采用
89、各种先进技术，以获得最佳经济效果。盲目追求复杂、高级术，以获得最佳经济效果。盲目追求复杂、高级术，以获得最佳经济效果。盲目追求复杂、高级术，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，有时的方案，不仅会造成仪器成本的急剧增加，有时的方案，不仅会造成仪器成本的急剧增加，有时的方案，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甚至无法实现。因此仪器设计时应尽量选择最经甚至无法实现。因此仪器设计时应尽量选择最经甚至无法实现。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、济的方案，即技术先进、零部件少、工艺简单、济
90、的方案，即技术先进、零部件少、工艺简单、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，这样在市场上才成本低、可靠性高、装调方便，这样在市场上才成本低、可靠性高、装调方便，这样在市场上才成本低、可靠性高、装调方便，这样在市场上才有竞争力。有竞争力。有竞争力。有竞争力。 同时还要考虑仪器的功能，具有较同时还要考虑仪器的功能，具有较同时还要考虑仪器的功能，具有较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。好的功能与产品成本比，即价值系数高。好的功能与产品成本比，即价值系数高。好的功能与产品成本比，即价值系数高。 2024/7/30 (5)(5)(5)(5
91、)使用条件要求使用条件要求使用条件要求使用条件要求 使用条件不同，仪器的设计也不同。如使用条件不同，仪器的设计也不同。如使用条件不同，仪器的设计也不同。如使用条件不同，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，在室外使用的仪器仪表应适应宽范围的温度、湿度变化，在室外使用的仪器仪表应适应宽范围的温度、湿度变化，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，以及抗振和耐盐雾；在车间使用除了防振外，电磁干扰，以及抗振和耐盐雾；在车间使用除了防振外，电磁干扰，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
92、备起动的干扰应重点防范；在易燃易爆场合尤其是强电设备起动的干扰应重点防范；在易燃易爆场合尤其是强电设备起动的干扰应重点防范；在易燃易爆场合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；在线测量与离线测下工作的仪器仪表则要求防爆和阻燃；在线测量与离线测下工作的仪器仪表则要求防爆和阻燃；在线测量与离线测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量，连续工作与间歇工作量，连续工作与间歇工作量，连续工作与间歇工作其条件都有不同，在设计仪其条件都有不同，在设计仪其条件都有不同，在设计仪其条件都有不同，在设计仪器时应慎重考虑，以满足不同使
93、用条件的要求。器时应慎重考虑，以满足不同使用条件的要求。器时应慎重考虑，以满足不同使用条件的要求。器时应慎重考虑，以满足不同使用条件的要求。 (6) (6) (6) (6)造型要求造型要求造型要求造型要求 仪器的外观设计极为重要，优美的造型、仪器的外观设计极为重要，优美的造型、仪器的外观设计极为重要，优美的造型、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，柔和的色泽是人们选择产品的考虑因素之一，有利于销售，柔和的色泽是人们选择产品的考虑因素之一，有利于销售，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
94、用寿命，同时也会使操作者加倍爱护和保养仪器，延长使用寿命，同时也会使操作者加倍爱护和保养仪器，延长使用寿命，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。提高工作效率。提高工作效率。提高工作效率。 2024/7/30二、测控仪器的设计程序二、测控仪器的设计程序 (1) (1) (1) (1)确定设计任务确定设计任务确定设计任务确定设计任务 设计任务由国家或部门计划和科技部门下设计任务由国家或部门计划和科技部门下设计任务由国家或部门计划和科技部门下设计任务由国家或部门计划和科技部门下达，也有企业或公司根据国内外市场调查自行确定的新产品开达，也有企业或公司根据国内外市场调查自行确
95、定的新产品开达，也有企业或公司根据国内外市场调查自行确定的新产品开达，也有企业或公司根据国内外市场调查自行确定的新产品开发任务，也有的是由用户特殊要求而确定的设计任务。发任务，也有的是由用户特殊要求而确定的设计任务。发任务，也有的是由用户特殊要求而确定的设计任务。发任务，也有的是由用户特殊要求而确定的设计任务。 (2)(2)(2)(2)设计任务分析，制定设计任务书设计任务分析，制定设计任务书设计任务分析，制定设计任务书设计任务分析，制定设计任务书 首先要认真、仔细地阅首先要认真、仔细地阅首先要认真、仔细地阅首先要认真、仔细地阅读任务书。要认真研究被测对象特点读任务书。要认真研究被测对象特点读任
96、务书。要认真研究被测对象特点读任务书。要认真研究被测对象特点? ? ? ?被测参数是如何定义的被测参数是如何定义的被测参数是如何定义的被测参数是如何定义的? ? ? ?精度要求精度要求精度要求精度要求? ? ? ?测量范围测量范围测量范围测量范围? ? ? ?检测效率检测效率检测效率检测效率? ? ? ?使用条件使用条件使用条件使用条件? ? ? ?经济情况经济情况经济情况经济情况? ? ? ?完成时间完成时间完成时间完成时间与验收方式与验收方式与验收方式与验收方式? ? ? ? 制定详细的任务书，作为研制的基本文件。制定详细的任务书，作为研制的基本文件。制定详细的任务书，作为研制的基本文件。
97、制定详细的任务书，作为研制的基本文件。 (3)(3)(3)(3)调查研究，详细占有资料调查研究，详细占有资料调查研究，详细占有资料调查研究，详细占有资料 在对设计任务心中有数后，应在对设计任务心中有数后，应在对设计任务心中有数后，应在对设计任务心中有数后，应对国内外同类产品的技术资料进行分析，采用各种手段如网上对国内外同类产品的技术资料进行分析，采用各种手段如网上对国内外同类产品的技术资料进行分析，采用各种手段如网上对国内外同类产品的技术资料进行分析，采用各种手段如网上查询、科技情报检索、企业调研、请教有经验的技术人员和工查询、科技情报检索、企业调研、请教有经验的技术人员和工查询、科技情报检索
98、、企业调研、请教有经验的技术人员和工查询、科技情报检索、企业调研、请教有经验的技术人员和工人，详细占有资料，哪怕是一种外观照片对设计都会有启发。人，详细占有资料，哪怕是一种外观照片对设计都会有启发。人，详细占有资料，哪怕是一种外观照片对设计都会有启发。人，详细占有资料，哪怕是一种外观照片对设计都会有启发。2024/7/30 (4) (4) (4) (4)总体方案设计总体方案设计总体方案设计总体方案设计 总体方案设计是非常重要的一步，对总体方案设计是非常重要的一步，对总体方案设计是非常重要的一步，对总体方案设计是非常重要的一步，对研究的成败有着举足轻重的作用。对总体方案要求具有先研究的成败有着举
99、足轻重的作用。对总体方案要求具有先研究的成败有着举足轻重的作用。对总体方案要求具有先研究的成败有着举足轻重的作用。对总体方案要求具有先进性、创新性、合理性和可行性。总体设计要进行方案比进性、创新性、合理性和可行性。总体设计要进行方案比进性、创新性、合理性和可行性。总体设计要进行方案比进性、创新性、合理性和可行性。总体设计要进行方案比对，可以用现代的虚拟设计、仿真设计法，也可用经典的对，可以用现代的虚拟设计、仿真设计法，也可用经典的对，可以用现代的虚拟设计、仿真设计法，也可用经典的对，可以用现代的虚拟设计、仿真设计法，也可用经典的设计方法。在方案设计时首先要确定原理方案，必要时要设计方法。在方案
100、设计时首先要确定原理方案，必要时要设计方法。在方案设计时首先要确定原理方案，必要时要设计方法。在方案设计时首先要确定原理方案，必要时要对仪器所包含的机、光、电各部分进行数学建模，然后确对仪器所包含的机、光、电各部分进行数学建模，然后确对仪器所包含的机、光、电各部分进行数学建模，然后确对仪器所包含的机、光、电各部分进行数学建模，然后确定系统的主要参数，进行精度设计和总体结构设计，绘制定系统的主要参数，进行精度设计和总体结构设计，绘制定系统的主要参数，进行精度设计和总体结构设计，绘制定系统的主要参数，进行精度设计和总体结构设计，绘制总体装配图和进行外观造型设计。总体设计后，最好组织总体装配图和进行
101、外观造型设计。总体设计后，最好组织总体装配图和进行外观造型设计。总体设计后，最好组织总体装配图和进行外观造型设计。总体设计后，最好组织一次方案评审会，集思广益，保证质量。一次方案评审会，集思广益，保证质量。一次方案评审会，集思广益，保证质量。一次方案评审会，集思广益，保证质量。 (5)(5)(5)(5)技术设计技术设计技术设计技术设计 技术设计是在总体设计基础上，对机、技术设计是在总体设计基础上，对机、技术设计是在总体设计基础上，对机、技术设计是在总体设计基础上，对机、光、电、计算机各部分进行具体的设计，如部件设计、零光、电、计算机各部分进行具体的设计，如部件设计、零光、电、计算机各部分进行具
102、体的设计，如部件设计、零光、电、计算机各部分进行具体的设计，如部件设计、零件设计、硬件电路设计、光学设计、软件设计、技术经济件设计、硬件电路设计、光学设计、软件设计、技术经济件设计、硬件电路设计、光学设计、软件设计、技术经济件设计、硬件电路设计、光学设计、软件设计、技术经济评价和编写设计说明书、精度设计、计算。评价和编写设计说明书、精度设计、计算。评价和编写设计说明书、精度设计、计算。评价和编写设计说明书、精度设计、计算。 2024/7/30 (6) (6) (6) (6)制造样机制造样机制造样机制造样机 产品机械加工、硬件电路制作、软件调试、整产品机械加工、硬件电路制作、软件调试、整产品机械
103、加工、硬件电路制作、软件调试、整产品机械加工、硬件电路制作、软件调试、整机装调，然后进行产品自检测试。将检测结果与设计任务书给机装调，然后进行产品自检测试。将检测结果与设计任务书给机装调，然后进行产品自检测试。将检测结果与设计任务书给机装调，然后进行产品自检测试。将检测结果与设计任务书给定的技术指标进行比对，对达不到要求的进行改进。然后做出定的技术指标进行比对，对达不到要求的进行改进。然后做出定的技术指标进行比对，对达不到要求的进行改进。然后做出定的技术指标进行比对，对达不到要求的进行改进。然后做出经济评价和技术资料总结。经济评价和技术资料总结。经济评价和技术资料总结。经济评价和技术资料总结。
104、 (7) (7) (7) (7)产品鉴定或验收产品鉴定或验收产品鉴定或验收产品鉴定或验收 鉴定或验收的方式有：鉴定或验收的方式有：鉴定或验收的方式有：鉴定或验收的方式有：专家鉴定会，专家鉴定会，专家鉴定会，专家鉴定会，由由由由5 5 5 513131313名专家组成评审委员会，对样机进行测试，对资料进名专家组成评审委员会，对样机进行测试，对资料进名专家组成评审委员会，对样机进行测试，对资料进名专家组成评审委员会，对样机进行测试，对资料进行审查，并给出产品达到的技术水平的结论意见。行审查，并给出产品达到的技术水平的结论意见。行审查，并给出产品达到的技术水平的结论意见。行审查，并给出产品达到的技术
105、水平的结论意见。技术监督技术监督技术监督技术监督部门按照计量法和任务书对产品进行测试，合格者出具合格证部门按照计量法和任务书对产品进行测试，合格者出具合格证部门按照计量法和任务书对产品进行测试，合格者出具合格证部门按照计量法和任务书对产品进行测试，合格者出具合格证书。书。书。书。通信评议，对理论性较强的研究项目可以采用通信评议通信评议，对理论性较强的研究项目可以采用通信评议通信评议，对理论性较强的研究项目可以采用通信评议通信评议，对理论性较强的研究项目可以采用通信评议的方法，用书面形式对研究项目进行评审。的方法，用书面形式对研究项目进行评审。的方法，用书面形式对研究项目进行评审。的方法，用书面
106、形式对研究项目进行评审。 鉴定和验收之前，研制者应编写出技术总结报告、使用说明鉴定和验收之前，研制者应编写出技术总结报告、使用说明鉴定和验收之前，研制者应编写出技术总结报告、使用说明鉴定和验收之前，研制者应编写出技术总结报告、使用说明书、鉴定测试大纲或检定规程、绘制设计图样并提供电子文档。书、鉴定测试大纲或检定规程、绘制设计图样并提供电子文档。书、鉴定测试大纲或检定规程、绘制设计图样并提供电子文档。书、鉴定测试大纲或检定规程、绘制设计图样并提供电子文档。 (8) (8) (8) (8)设计定型后进行小批量生产设计定型后进行小批量生产设计定型后进行小批量生产设计定型后进行小批量生产2024/7/
107、30第五节第五节 测控仪器的设计原则测控仪器的设计原则 (1) (1) (1) (1)从原理上提高精度的原则从原理上提高精度的原则从原理上提高精度的原则从原理上提高精度的原则 a a a a 误差平均原理误差平均原理误差平均原理误差平均原理 如采用多次重复测量，取平均误差。如采用多次重复测量，取平均误差。如采用多次重复测量，取平均误差。如采用多次重复测量，取平均误差。采用密珠滚珠导轨、静压导轨均化误差等采用密珠滚珠导轨、静压导轨均化误差等采用密珠滚珠导轨、静压导轨均化误差等采用密珠滚珠导轨、静压导轨均化误差等 b b b b 位移量同步比较原理位移量同步比较原理位移量同步比较原理位移量同步比较
108、原理 采用不同方法对同一量位移同步采用不同方法对同一量位移同步采用不同方法对同一量位移同步采用不同方法对同一量位移同步运动的方法进行比较的原理运动的方法进行比较的原理运动的方法进行比较的原理运动的方法进行比较的原理 c c c c 误差补偿原理误差补偿原理误差补偿原理误差补偿原理 校正、补偿校正、补偿校正、补偿校正、补偿 (2)(2)(2)(2)阿贝原则阿贝原则阿贝原则阿贝原则 (3)(3)(3)(3)运动学设计原理运动学设计原理运动学设计原理运动学设计原理 确定空间确定空间确定空间确定空间6 6 6 6自由度所施加的约束数自由度所施加的约束数自由度所施加的约束数自由度所施加的约束数 ( (
109、( (4)4)4)4)变形最小原则变形最小原则变形最小原则变形最小原则2024/7/30 ( (5)5) 基面合一原则基面合一原则 零件设计时，设计基准、加工基准、检验基准、装配基零件设计时，设计基准、加工基准、检验基准、装配基零件设计时，设计基准、加工基准、检验基准、装配基零件设计时，设计基准、加工基准、检验基准、装配基准要统一准要统一准要统一准要统一 ( (6) 6) 最短传动链原则最短传动链原则 影响测量精度的测量链和传动效率的传动链最短，零件影响测量精度的测量链和传动效率的传动链最短，零件影响测量精度的测量链和传动效率的传动链最短，零件影响测量精度的测量链和传动效率的传动链最短，零件最
110、小最小最小最小 ( (7) 7) 精度匹配原则精度匹配原则 ( (8) 8) 仪器零件的标准化、系列化、通用化原仪器零件的标准化、系列化、通用化原则则2024/7/30 ( (9)9) 仪器可靠性、安全、维修与操作方便原仪器可靠性、安全、维修与操作方便原则则 ( (10) 10) 结构工艺性好原则结构工艺性好原则 ( (11) 11) 造型与装饰宜人原则造型与装饰宜人原则 ( (12) 12) 价值系数最优原则价值系数最优原则 产品的功能和产品成本之比产品的功能和产品成本之比产品的功能和产品成本之比产品的功能和产品成本之比2024/7/30第一章第一章 复复 习习 题题 1. 1. 测控仪器的
111、概念是什么？测控仪器的概念是什么？测控仪器的概念是什么？测控仪器的概念是什么？ 2. 2. 为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？为什么说测控仪器的发展与科学技术发展密切相关？ 3. 3. 现代测控仪器技术包含哪些内容？现代测控仪器技术包含哪些内容？现代测控仪器技术包含哪些内容？现代测控仪器技术包含哪些内容？ 4. 4. 测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？测控仪器由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 5.
112、5. 写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：写出下列成组名词术语的概念并分清其差异：写出下列成组名词术语的概念并分清其差异： 分分分分度度度度值值值值与与与与分分分分辨辨辨辨力力力力；示示示示值值值值范范范范围围围围与与与与测测测测量量量量范范范范围围围围；灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度与与与与鉴鉴鉴鉴别别别别力力力力（灵敏阀）；（灵敏阀）；（灵敏阀）；（灵敏阀）； 仪器的准确度，示值误差，重复性误差。仪器的准确度，示值误差，重复性误差。仪器的准确度，示值误差，重复性误差。仪器的准确度，示值误差，重复性误差。 6. 6. 对测控仪器的设计要求有哪些？对测控仪器的设计要求有哪些？对测控仪器的设计要求有哪些？对测控仪器的设计要求有哪些？2024/7/30问题讨论问题讨论此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
