測控儀器設計

前言

　　在信息時代的今天，測控技術已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活和科學研究中一項必不可少的基礎技術。為了適應儀器儀表學科發(fā)展的需要，培養(yǎng)面向21世紀具有創(chuàng)造性的高級技術人才，使其掌握本學科基本理論、專業(yè)知識與基本技能，具備從事測控方法研究、測控儀器和裝置初步設計、試驗與研制開發(fā)，以及解決相關工程實際問題的能力，我們特嘗試編寫此書?！　∪珪卜?章，分別為概論、測控儀器總體設計、儀器誤差分析、測控儀器硬件電路設計、測控儀器軟件設計和測控儀器設計實例。本書從總體設計角度出發(fā)，對測控儀器的總體設計、精度設計和測控電路軟硬件設計等進行分析與論述；介紹測控儀器設計中基本、主要的內(nèi)容和方法；并給出了能突出測控儀器設計的應用性和實踐性的綜合設計實例。全書內(nèi)容選擇具有代表性和典型性，強調(diào)基本知識介紹和基本技能培訓，力求使讀者學會如何從設計任務出發(fā)進行測控儀器的設計分析、計算綜合及獨立進行硬件和軟件設計?！　”緯歉叩葘W校測控技術及儀器專業(yè)的一門主修課程教材之一，是一門綜合性實踐性很強的專業(yè)課教材，可作為高等學校測控技術與儀器、自動化、電子信息工程、機電一體化等專業(yè)教材，也可作為相關專業(yè)參考書，供從事儀器儀表研究、設計、制造、使用和開發(fā)生產(chǎn)單位的工程技術人員參考?！　”緯蓮V西工學院韓峻峰教授擔任主編。其中，第1章由韓峻峰編寫，第2章由石玉秋編寫，第3章由馬兆敏編寫，第4章由劉勝永編寫，第5章由郭毅鋒編寫，第6章由王民慧編寫。李胡國參加了文字校對工作。全書由韓峻峰統(tǒng)稿?！　”緯鳛闇y控儀器設計方面的教材，是在總結(jié)、參考了大量國內(nèi)外研究成果和教學經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合作者教學、科研體會和成果編寫的。本書注重應用設計的觀點，從工程角度考慮測控儀器設計的整體思路。在撰寫過程中參考了較多的著作和相關教材，在此對文獻作者以及在本書編寫中作出貢獻的人士表示衷心的感謝。由于編者水平有限，同時考慮到測控儀器的學科發(fā)展特征，本書可能出現(xiàn)疏漏或不妥之處，敬請廣大專家學者和讀者批評指正。

內(nèi)容概要

全書共分六章，分別為概論、測控儀器總體設計、儀器誤差分析、測控儀器硬件電路設計、測控儀器軟件設計和測控儀器設計實例。本書從總體設計角度出發(fā)，對測控儀器的總體設計、精度設計和測控電路軟硬件設計等進行分析與論述；介紹測控儀器設計中基本、主要的內(nèi)容和方法；并給出了能突出測控儀器設計的應用性和實踐性的綜合設計實例。全書內(nèi)容選擇具有代表性和典型性，強調(diào)基本知識介紹和基本技能培訓，力求使讀者學會如何從設計任務出發(fā)進行測控儀器的設計分析、計算綜合，及獨立進行硬件和軟件設計。

書籍目錄

第1章　概論　1.1　概述　　1.1.1　測控儀器的概念　　1.1.2　測控儀器和系統(tǒng)的地位與作用　1.2　測控儀器的基本構(gòu)成　　1.2.1　測控儀器的基本構(gòu)成　　1.2.2　測控儀器的功能特點　1.3　測控儀器的發(fā)展狀況與前景　　1.3.1　測控儀器的發(fā)展狀況　　1.3.2　虛擬儀器　1.4　本課程的目的與要求第2章　測控儀器總體設計　2.1　設計指導思想和設計步驟　　2.1.1　測控儀器性能指標　　2.1.2　設計指導思想　　2.1.3　設計步驟　2.2　測控儀器的組成及設計任務分析　　2.2.1　測控儀器的組成　　2.2.2　設計任務分析　2.3　測控儀器設計原則　　2.3.1　從原理出發(fā)提高精度的原則　　2.3.2　變形最小原則　　2.3.3　坐標系基準統(tǒng)一原則　　2.3.4　最短測量鏈原則　　2.3.5　精度匹配原則　　2.3.6　運動學設計原則　　2.3.7　阿貝原則　　2.3.8　硬件、軟件協(xié)調(diào)優(yōu)化設計原則　　2.3.9　可靠性原則　　2.3.10　經(jīng)濟性原則　2.4　測控儀器可靠性設計　　2.4.1　可靠性設計意義　　2.4.2　可靠性設計基本原則和任務　　2.4.3　靠性設計基本內(nèi)容　　2.4.4　可靠性設計步驟第3章　儀器誤差分析　3.1　儀器誤差基本概念　　3.1.1　誤差定義及表示法　　3.1.2　誤差類型　　3.1.3　精度　3.2　儀器誤差來源與性質(zhì)　　3.2.1　原理誤差　　3.2.2　原始誤差　3.3　儀器誤差分析與計算　　3.3.1　誤差獨立作用原理　　3.3.2　微分法　　3.3.3　幾何法　　3.3.4　逐步投影法　　3.3.5　作用線與瞬時臂法　3.4　儀器誤差合成　　3.4.1　隨機誤差合成　　3.4.2　系統(tǒng)誤差合成　　3.4.3　系統(tǒng)誤差與隨機誤差合成　3.5　儀器誤差分配　　3.5.1　系統(tǒng)誤差分配　　3.5.2　隨機誤差和未定系統(tǒng)誤差分配　　3.5.3　按可能性調(diào)整公差第4章　測控儀器硬件電路設計　4.1　電路系統(tǒng)的設計準則　　4.1.1　測控電路的組成及作用　　4.1.2　對測控電路的一般要求　　4.1.3　電路系統(tǒng)的設計準則　4.2　典型傳感器接口電路設計　　4.2.1　熱電阻接口電路　　4.2.2　電容傳感器接口電路　　4.2.3　電位器式傳感器接口電路　　4.2.4　差分變壓器式傳感器接口電路　　4.2.5　壓阻式壓力傳感器接口電路　　4.2.6　壓電晶體傳感器接口電路　　4.2.7　光電二極管接口電路　4.3　中央處理模塊設計　　4.3.1　以計算機為核心的中央處理系統(tǒng)　　4.3.2　基于單片機的主機電路　　4.3.3　基于微型計算機的主機電路　4.4　輸入輸出通道及通信接口設計　　4.4.1　模擬輸入通道　　4.4.2　模擬輸出通道　　4.4.3　開關量輸入／輸出通道　　4.4.4　測控儀器通信接口　4.5　測控儀器的抗干擾技術及可靠性沒計　　　4.5.1　測控儀器電路系統(tǒng)的抗干擾技術　　4.5.2　電路系統(tǒng)的可靠性與故障診斷技術第5章　測控儀器軟件設計　5.1　接口程序設計　　5.1.1  ADC0809與8031接口程序　　5.1.2  DAC0832與8031接口程序　　5.1.3　人-機接口程序　5.2　控制算法　　5.2.1　測量數(shù)據(jù)處理有效性　　5.2.2　克服隨機誤差的數(shù)字濾波法　5.3　數(shù)字PID控制算法　　5.3.1　位置式和增量式PID控制算法　　5.3.2　改進的PID控制算法　5.4　自動量程轉(zhuǎn)換與標度變換　　5.4.1　量程自動轉(zhuǎn)換電路的控制　　5.4.2　標度變換　5.5　校正算法　　5.5.1　系統(tǒng)誤差模型的建立　　5.5.2　零位誤差和增益誤差的校正　5.6　硬件故障的自診斷第6章　測控儀器設計實例　6.1　數(shù)字溫控器的設計　　6.1.1　數(shù)字溫控器的設計要求　　6.1.2　數(shù)字溫控器設計任務分析　　6.1.3　數(shù)字溫控器硬件設計　　6.1.4　數(shù)字溫控器軟件設計　6.2　光柵位移顯示儀的設計　　6.2.1　光柵位移顯示儀設計要求　　6.2.2　光柵位移檢測原理　　6.2.3　光柵位移顯示儀總體方案設計　　6.2.4　光柵位移顯示儀硬件設計　　6.2.5　光柵位移顯示儀軟件設計參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 概論　　本章概述測控儀器概念及其地位與作用，介紹了測控儀器的基本構(gòu)成、功能特點、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并簡要介紹了學習本書的目的和要求?！　?.1 概述　　1.1.1 測控儀器的概念　　儀器是人們認識世界、改造世界的手段和工具，是用來對客觀物質(zhì)實體及其本質(zhì)屬性進行觀察、監(jiān)視、測量、記錄、傳輸、轉(zhuǎn)換、顯示、分析、處理以及控制的各種器具、設備與系統(tǒng)的總稱，是信息技術的源頭。　　測控是測量和控制的簡稱。測量是為確定被測對象的量值而進行的實驗過程，也是通過實驗（試驗）對客觀事物取得定量意義（或叫信息）的過程。在這個過程中常借助專門的設備，把被測對象直接或間接地與另一同類已知單位進行比較，用已知量作為計量單位，用數(shù)值和單位共同表示被測對象的量值；控制是根據(jù)科學實驗或生產(chǎn)生活的需要，讓被控對象按預定的要求運行的過程。測控儀器則是實現(xiàn)上述功能的具體系統(tǒng)或裝置，從功能上說，測控儀器包括了測量儀器、控制儀器、計算儀器、分析儀器、顯示儀器等。　　目前，測控儀器廣泛應用于石油、化工、冶金、電子、電力、機械、輕紡、航空、航天、航海、兵器以及天文、氣象、地質(zhì)勘探、醫(yī)療等領域，遍及國民經(jīng)濟和生產(chǎn)、生活各領域。在自動化生產(chǎn)程度較高的工業(yè)企業(yè)中，測控儀器已成為檢測、計量、記錄、計算和控制生產(chǎn)過程中不可缺少的基本設備。如機械制造和儀器制造工業(yè)中產(chǎn)品的靜、動態(tài)性能測試；加工過程的控制與監(jiān)測，故障的診斷等。在電力、化工、石油工業(yè)中，為保證生產(chǎn)過程能正常、高效運行，要對工藝參數(shù)，如壓力、流量、溫度、尺寸等進行檢測和控制；在航空、航天產(chǎn)品中對質(zhì)量要求更為嚴格，如對發(fā)動機進行轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、振動、噪聲、動力特性等進行測量；在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、金融、環(huán)境保護等各個領域，測控儀器也得到日益廣泛的應用與發(fā)展。

圖書封面

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