第一章 测控仪器设计概论
1. 从计量测试角度可将仪器分为计量测试仪器、计算仪器、控制仪器及控制装置。

2. 计算仪器是以信息数据处理和运算为主的仪器。

3. 测控仪器是利用测量与控制的原理，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计 算机结合的一种范围广泛的测量仪器。

4. 仪器中与被测量相比较的标准量以及与其对应的装置一起，称为仪器的基准部件。

5. 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。

6. 测量范围：测量仪器误差允许范围内的被测量值。

7. 灵敏度：测量仪器响应(输出)的变化除以对应的激励(输入)的变化。

8. 测控的分辨力是指显示装置的能有效辨别的最小示值。

9. 测量仪器的准确度是指测量仪器输出接近真值的响应能力。

10. 测量仪器的示值误差是指测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。

示值误差越小，仪
器的准确度越高。

11. 测量仪器的重复性：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。

重复性误差越小，则仪器的随机误差越小。

第二章 仪器精度理论
12. 估读误差：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。

13. 读数误差：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。

14. 绝对误差：被测量测得值与其真值(或相对真值)之差。

15. 相对误差：绝对误差与被测量真值的比值。

16. 正确度：它是系统误差大小的反映，表征测量结果稳定地接近真值的程度。

17. 精密度：它是随机误差大小的反映，表征测量结果的一致性或误差的分散性。

18. 准确度：它是系统误差和随机误差两者的综合的反映。

表征测量结果与真值之间的一致
程度。

19. 螺旋测微机构的误差分析。

如图所示，由于制造或装配的不完善，使得螺旋测微机构的
轴线与滑块运动方向成一夹角
θ，求由此引起的滑块位置误
差 L 。

机构传动方程为P L π
ϕ2=
，式中，L 为螺旋移动距离；ϕ为
螺旋转角；P 为螺距。

由于源误差为夹角误差θ，滑块的实际移动距离L '为：
θπϕθcos 2cos P L L =='；故位置误差为： ()2242112cos 12cos 22θπϕθπϕθπϕθπϕπϕP P P P P L L L =⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-≈-=-='-=∆
第三章 测控仪器总体设计
20. 总体设计主要考虑的问题：①设计任务分析；②创新性设计；③测控仪器若干设计原则 的考虑；④测控仪器若干设计原理的讨论；⑤测控工作原理的选择和系统设计；⑥测控系统主要结构参数与技术指标的确定；⑦仪器总体的造型设计。

21. 创新设计的方法和技巧：①巧妙调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，补充掌握不足的信息来达到创新构思。

②在设计的整个过程中采用集多人智慧，互相启发来寻求解决问题的途径；也可通过有针对性、有系统地提问来激发智慧，寻找解决办法。

③通过对现有产品的观察，优缺点分析，或采用数学建模，或采用系统分析及形态学矩阵的理论分析方法寻求各种解决办法。

22. 阿贝原则：为使量仪能给出正确的测量结果,必须将仪器的读数刻线尺安放在被测尺寸 线的延长线上。

或者说，被测零件的尺寸线和仪器的基准线（刻线尺）应顺序排成一条直线。

阿贝原则的扩展包含三重意思，即：①标尺与被测量一条线；②若做不到，则应使导轨 没有角运动；③或应跟踪测量，计算出导轨偏移加以补偿。

爱彭斯坦光学补偿方法是一种用结构布局来补偿阿贝误差的方法。

23. 差动比较测量原理 双通道差动法透过率测量原理
工作原理：辐射光源1借助反射镜2和透镜3分别沿着标准通道I 和测量通道II 并行输 送。

在标准通道I 的光路中放置具有固定光谱透射比的标准样品d S ，在测量通道II 中放置被测样品d M 。

光通过d S 和d M 经透镜4汇聚后，分别被光电元件接收并送到差动放大器进行比较，差值信号被放大并被指示出来。

设入射光通量为0Φ，标准样品透射比为s τ，被测物透射比为d τ，光电检测灵敏度为1S ，放大器在增益为K ，电指示装置的传递系数为M ，则输出值θ为：()s d KMS ττθ-Φ=01。

由于采用两个通道比较法，用其差值去指示，因此对共模形式引入的干扰有抑制能力，还可消除杂散光的影响。

24. 零位比较原理 测量偏振面转角的零位测量原理
25. 补偿原理：应用补偿法进行误差补偿时应注意的问题：①补偿环节；②补偿方法；③补 偿要求；④综合补偿。

第四章 精密机械系统的设计
26. 滚珠丝杠是把旋转运动转换成直线运动的部件
27. 滚珠丝杠螺母机构由反向器(滚珠循环反向装置)l 、螺母2、丝杠3和滚珠4等四部分组
成。

28.滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种
29.双螺母螺纹预紧调整式原理
原理：左螺母外端没有凸缘而制有螺纹，并用两个圆螺母固定，用平键限制螺母在螺母座内
的传动，右螺母外端有凸
缘。

调整时，只要拧动内
侧圆螺母（调整螺
母）即可消除间隙并产生
预紧力，然后用外侧螺母
（锁紧螺母）锁紧。

30.双螺母齿差预紧调整式原理及计算
原理：在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外
齿轮，分别与紧固在套筒两端的内齿圈相啮
合，其齿数分别为a和b并相差一个齿。

调
整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于
套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿
圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向
位移量X=1/a-1/b，这种调整方法能精确调整
预紧量。

31.基本导程(或螺距t)：它指丝杠相对于螺母旋转6.28弧度时，螺母上基准点的轴向位移。

32.滚珠丝杠副可用防尘密封圈或防护套密封来防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副，使用润滑剂来提高其耐磨性及传动效率，从而维持其传动精度，延长其使用寿命。

补充章节（执行元件）知识点
33.根据使用能量的不同，可以将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型
34.伺服电动机的特点及应用实例种类？4种，见表
35.步进电动机的特点：①步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢
步”现象之前，就不影响其正常工作；②步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；
③控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”。

36.步进电动机的工作原理以3相为例，各种环分方式
工作原理：如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。

而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便产生磁通。

由图b可以看出，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30°角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。

如果
按照A→B→C→A的顺序通电，
转子则沿反时针方向一步步地转
动，如果按A→B→C→A→…的顺
序通电，步进电动机将沿顺时针方
向一步步地转动。

三相励磁绕组依
次单独通电运行，换接三次完成一
个通电循环，称为三相单三拍通电
方式。

环分方式主要有①采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分；②采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器；③采用专用环形分配器器件。

37.为什么高速运行时电磁转矩会随着控制频率升高而下降？
因为当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反相电动势；频率越高，反相电动势越大。

在它的作用下，电机随频率（或速度）的增加而相电流减小，从而导致力矩下降。

38.高低压型步进电机驱动电路工作原理分析
主要原理：当输入为低电压时，三
VT不导通，因此变压器T1
极管
1
没有电流通过，故没有感应电动势，
VT不导通，则由+12V
因此三极管
3
电源电压驱动线圈绕组。

当输入为
VT导通，变压
高电压时，三极管
1
VT
器T1有电流通过，因此三极管
3导通，从而将+80V电源电压引入驱动电路中，达到瞬间启动的效果，启动完毕后进入正常工作状态，随即将+80V高电压切断，由+12V电源供电。

39.步进电机与丝杠的组合运算
第五章电路与软件系统设计
40.电路与软件系统由测量电路、中央处理系统、控制电路、电源和软件系统等部分组成。

41.当前测控仪器所采用的中央处理系统有哪些种类？
多数的中央处理系统一般都采用计算机。

小型的测控仪器常采用单片机(MPU)、微处理器(μP)、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理(DSP)芯片，并配以相应的外围电路，组
成便携式测控仪器和工业过程控制仪器
42.信号隔离电路
光电隔离的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地，因此输入回路与输出回路完全隔离。

同时光电耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压，不会击穿器件。

采用光电耦合器件的输入隔离电路具有很好的适用性，特别适合驱动一些高压器件和设备，可以有效保护测控系统的安全。