檢測(cè)與過程控制技術(shù)三答案

1、模擬試題C答案1.用某電壓表測(cè)量電壓，測(cè)得值為6.32V。改用標(biāo)準(zhǔn)電壓表測(cè)量，其示值為6.50V, 試求前一只電壓表的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。答：絕對(duì)誤差：A .0*0式中，為絕對(duì)誤差；A*為示值，具體應(yīng)用中可以用測(cè)量結(jié)果的測(cè)量值、標(biāo)準(zhǔn) 量具的標(biāo)稱值代替；A。為被測(cè)量的真值。真值A(chǔ)。一般很難得到，所以通常用實(shí)際值A(chǔ)代替被測(cè)量的真值A(chǔ)。,因而絕對(duì) 誤差更有實(shí)際意義的定義是 x=A -A相對(duì)誤差：(1)實(shí)際相對(duì)誤差。實(shí)際相對(duì)誤差定義為絕對(duì)誤差與實(shí)際值A(chǔ)的百分比值， 即Arr =_x100%八A(2)示值相對(duì)誤差。示值相對(duì)誤差定義為絕對(duì)誤差A(yù)x與示值x的百分比值，即Axrv= xlOO% x(3)滿度相

2、對(duì)誤差。滿度相對(duì)誤差定義為儀器量程內(nèi)最大絕對(duì)誤差小玉如與測(cè)量 儀器滿度值玉工的百分比值，即1=xl00%按照定義帶入數(shù)值即可。2 .什么叫應(yīng)變效應(yīng)？什么叫霍爾效應(yīng)？答：應(yīng)變效應(yīng)是基于金屬電阻片在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致其電阻發(fā)生變化的電阻應(yīng)變效應(yīng)?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall, 18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng) 通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這 一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。3 .簡(jiǎn)述電容式傳感器測(cè)量壓力的原理。答：以電容器作為敏感元件，將被

3、測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化的傳感器 稱為電容式傳感器。電容式傳感器在力學(xué)量的測(cè)量中占有重要地位，它可以對(duì)荷 重、壓力、位移、振動(dòng)、加速度等進(jìn)行測(cè)量。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度 高、動(dòng)態(tài)特性好等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中得到普遍的應(yīng)用。在電容式壓力傳感器中常使用變間隙式電容傳感器，通過檢測(cè)兩個(gè)物體之間 的靜電容變化，測(cè)量出它們之間的距離變化，從而得到對(duì)應(yīng)的壓力值，可測(cè)量范 圍為0.09898kPa,精度在0.2%左右。4 . LED顯示接口與LCD顯示接口有哪些相同點(diǎn)和哪些不同點(diǎn)？試舉例說明。 答：LED顯示器是由發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件，分為共陰極與共 陽(yáng)極兩種。共陰極

4、LED顯示器是將發(fā)光二極管的陰極連在一起作為公共端，使 用時(shí)該端接低電平；共陽(yáng)極LED顯示器是將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起作為公 共端，使用時(shí)該端接高電平。 常用的七段LED顯示器中有八個(gè)發(fā)光二極管， 也稱八段顯示器。LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是需要顯示 的字符的各字段連續(xù)通過電流，因此所顯示的字段連續(xù)發(fā)光。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是 需要顯示的字符的各字段斷續(xù)通過電流，因此所顯示字段的發(fā)光是不連續(xù)的。LCD顯示器分為段式和點(diǎn)陣式兩種與LED很相似，段式LCD也是七段（或八段）顯示結(jié)構(gòu)，也有七個(gè)（或八 個(gè)）段選端。LCD與LED不同之處在于每個(gè)字形段要由頻率為幾十赫茲到數(shù)百赫

5、茲的節(jié)拍方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，該方波信號(hào)加到LCD的公共電極和段驅(qū)動(dòng)器的節(jié)拍信號(hào)輸入端。5 . RS-232c標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)有哪兒類？說明常用的兒根信號(hào)線的作用。 答：信號(hào)含義如下：（1）從計(jì)算機(jī)到MODEM的信號(hào)：RTS：請(qǐng)求發(fā)送，高電平有效，告訴MODEM現(xiàn)在要發(fā)送數(shù)據(jù)。DTR：數(shù)據(jù)終端（DTE）準(zhǔn)備好，告訴MODEM計(jì)算機(jī)已接通電源并準(zhǔn)備 好了。（2）從MODEM到計(jì)算機(jī)的信號(hào)：DSR：數(shù)據(jù)設(shè)備（DCE）準(zhǔn)備好，告訴計(jì)算機(jī)MODEM已接通電源并準(zhǔn)備 好了。CTS：為發(fā)送清零，告訴計(jì)算機(jī)MODEM已經(jīng)作好了接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。DCD：數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)，告訴計(jì)算機(jī)MODEM已與對(duì)端的MODEM建立連 接了。

6、RI：振鈴指示器，告訴計(jì)算機(jī)對(duì)端電話已在振鈴了。（3）數(shù)據(jù)信號(hào)：RXD：接收數(shù)據(jù)。TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)。6 . RS-232C與RS-485有什么區(qū)別？ 答：對(duì)于RS-232C,若不采用調(diào)制解調(diào)器，其數(shù)據(jù)傳送速率不高（W20000b/s）、 傳輸距離較近（W15 m）,當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可采用RS-422/423/485串行通 信接口。也就是說，RS-232c最大傳輸距離15m.RS-485/RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 平衡驅(qū)動(dòng)差分接收電路，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率（最大位速率為10Mb/s）,增加了傳輸 距離（最大傳輸距離1200m）.其中，RS-485接口采用二線差分平衡傳輸，當(dāng)采用 +5 V電源供電

7、時(shí)，其信號(hào)定義如下：若差分電壓信號(hào)為-2500-200 mV時(shí)， 為邏輯“0”；若差分電壓信號(hào)為+2500+200 mV時(shí)，為邏輯“1”；若差分電壓 信號(hào)為-200+ 200 mV時(shí)，為高阻狀態(tài)。7 .多路模擬量輸入通道一般應(yīng)包含哪些環(huán)節(jié)?各環(huán)節(jié)有何作用?答：模擬量輸入通道是微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中被測(cè)對(duì)象與微機(jī)之間的聯(lián)系通道。因?yàn)槲?機(jī)只能接收數(shù)字信號(hào)，而被測(cè)對(duì)象常常是一些非電量，所以輸入通道的作用是： 將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)濾波、放大、隔離、變換以 及線性化處理后得到適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，即信號(hào)調(diào)理；將處理后的電壓 信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由模擬量輸入通道的作用可

8、知，模擬量輸入通道一般由傳感器、信號(hào)調(diào)理電 路、數(shù)據(jù)采集電路三部分組成。8 .什么情況下需要設(shè)置低噪聲前置放大器？為什么？答：設(shè)置前置放大器的理論依據(jù)。由于電路內(nèi)部有這樣或那樣的噪聲源存在，使 得電路在沒有信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端仍然存在一定幅度的波動(dòng)電壓，這就是電 路的輸出噪聲。如果加在該電路輸入端的信號(hào)幅度小到比該電路的等效輸入噪聲 還要低，那么這個(gè)信號(hào)就會(huì)被電路的噪聲所''淹沒。為使小信號(hào)不被電路噪聲 所淹沒，在電路前端必須加入低噪聲前置放大器。前置放大器的增益大于1, 且放大器本身的等效輸入噪聲必須比其后級(jí)電路的等效輸入噪聲低。9 .在模擬輸入通道中，采樣/保持器有什么作用

9、？是否模擬輸入通道中必須采用 采樣/保持器？為什么？答：信號(hào)采集電路的作用就是實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)的數(shù)字化，以便于計(jì)算機(jī)（或微處 理器）進(jìn)行加工處理，其組成核心是S/H和A/D。由于任何一種A/D轉(zhuǎn)換器都 需要有一定時(shí)間來完成量化及編碼操作，因此，在轉(zhuǎn)換過程中，模擬量不能發(fā)生 變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度，S/H就是為實(shí)現(xiàn)這一功能而設(shè)置的。但是, 當(dāng)輸入模擬量信號(hào)的變化速率較慢時(shí)，也可省去S/H。但在工程實(shí)際中需要注意 的是：若被測(cè)模擬信號(hào)為恒定或變化緩慢的大信號(hào)，則可以直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換; 若被測(cè)模擬信號(hào)為動(dòng)態(tài)瞬變信號(hào)，則必須在多路轉(zhuǎn)換開關(guān)與A/D之間設(shè)置S/H； 若被測(cè)模擬信號(hào)幅度互不相同或者

10、模擬信號(hào)幅度隨時(shí)間變化很大，就必須在S/H 與多路轉(zhuǎn)換開關(guān)之間設(shè)置程控增益放大器等作為主放大器。10 .監(jiān)控程序包括哪些部分？簡(jiǎn)述主要幾個(gè)部分的作用。答:測(cè)控系統(tǒng)監(jiān)控程序的組成主要取決于測(cè)控系統(tǒng)的組成規(guī)模，以及系統(tǒng)的硬件 配備與功能。它通常由監(jiān)控主程序、初始化管理、鍵盤管理、顯示管理、中斷管 理、時(shí)鐘管理、自診斷和自動(dòng)/手動(dòng)切換等模塊組成各部分的作用：監(jiān)控主程序是整個(gè)監(jiān)控程序的管理程序，它起到引導(dǎo)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)入正常工作過 程，并根據(jù)測(cè)控要求來協(xié)調(diào)系統(tǒng)各軟件模塊的工作，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)硬件的作 用。初始化管理i） .可編程器件初始化可編程器件初始化是指對(duì)可編程硬件接口電路的工作模式的初始化。ii）

11、 .參數(shù)初始化參數(shù)初始化是指對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的整定參數(shù)（如PID算法的Kp、T、TD的初值）、 報(bào)警值以及過程輸入通道的數(shù)據(jù)與過程輸出通道的數(shù)據(jù)初始化。自動(dòng)/手動(dòng)切換自動(dòng)/手動(dòng)切換實(shí)質(zhì)是系統(tǒng)工作方式的變換，即系統(tǒng)是采用自動(dòng)方式連續(xù)運(yùn) 行，還是采用步進(jìn)方式斷續(xù)運(yùn)行。所謂自動(dòng)方式連續(xù)運(yùn)行，是指測(cè)控系統(tǒng)在監(jiān)控 程序的控制下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制的過程。它的特點(diǎn)是在不改變測(cè)控初始 參數(shù)或測(cè)控對(duì)象的情況下，無需人為干涉。而步進(jìn)方式斷續(xù)運(yùn)行是指測(cè)控系統(tǒng)在 系統(tǒng)調(diào)試或測(cè)試階段，實(shí)現(xiàn)單步測(cè)量、單步控制的過程。它的特點(diǎn)是必須在人的 參與下完成既定測(cè)控任務(wù)。11 .增量式PID算法與位置式PID算法有何區(qū)別？各用在什

12、么場(chǎng)合？ 答：增量式算式與位置式算式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增量式算式不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差的采 樣值有關(guān)，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問題對(duì)控制量計(jì)算的影響較小。而位置式算式要 用到過去的誤差累加值，容易產(chǎn)生大的累積誤差。（2）增量式算式得出的是控制量的增量，例如閥門控制中，只輸出閥門開 度的變化部分，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì) 嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工況。（3）采用增量式算式，易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。12 .模擬輸出通道有哪幾種基本結(jié)構(gòu)？各有何特點(diǎn)？ 答：1）數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是每個(gè)通道配置獨(dú)立的數(shù)據(jù)寄存器和D/A轉(zhuǎn)

13、換器，數(shù)據(jù)經(jīng)微機(jī)處理后通過數(shù)據(jù)總線分時(shí)地送給各通道數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)控制邏 輯選通某路數(shù)據(jù)寄存器的同時(shí)，該路D/A即實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 一般各通道在D/A轉(zhuǎn)換之后都設(shè)有信號(hào)調(diào)理電路，使輸出模擬信號(hào)滿足執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的要求。這種分時(shí)輸出結(jié)構(gòu)由于各通道輸出的模擬信號(hào)存在時(shí)滯，因此，不適 于多參量同步控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。2）數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是多路輸出通道中D/A轉(zhuǎn)換器的操作是同步 進(jìn)行的，因此，各信號(hào)可以同時(shí)到達(dá)執(zhí)行部件。3）模擬分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)模擬分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是各通道共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)數(shù)據(jù)寄 存器。微機(jī)處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線按照通道順序分時(shí)傳送

14、至數(shù)據(jù)寄存器并進(jìn) 行D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)通道的模擬輸出值。微機(jī)將某通道數(shù)據(jù)輸出給D/A轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，也命令該通道的S/H進(jìn)入采樣狀態(tài)，當(dāng)該通道完成D/A 轉(zhuǎn)換并準(zhǔn)備接收下一通道數(shù)據(jù)時(shí)，微機(jī)讓該通道的S/H進(jìn)入保持狀態(tài)。顯然，只 有正在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的那一通道的S/H是采樣狀態(tài)，而其他通道的S/H都處于 保持狀態(tài)。13 .試述開關(guān)量輸出通道的基本組成及作用。答：開關(guān)量輸出通道主要由輸出鎖存器、I/O電氣接口電路（輸出驅(qū)動(dòng)電路）、輸 出口地址譯碼器等組成。開關(guān)量輸出通道各部分的作用如下：（1）輸出口地址譯碼器主要完成開關(guān)量輸出通道的選通。(2)輸出鎖存器的作用是鎖存CPU的輸出數(shù)據(jù)

15、，在未刷新前保持穩(wěn)定以供外 部設(shè)備使用。輸出鎖存器可以使用各種可編程的外圍接口電路，如8255、8155 等，也可以使用簡(jiǎn)單的中小規(guī)模集成電路，如74LS240. 74LS244. 74LS245. 74LS273、74LS377 等。(3)輸出驅(qū)動(dòng)電路主要完成電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動(dòng)等。14 .交流伺服電動(dòng)機(jī)可用哪幾種方式進(jìn)行控制？答：伺服電動(dòng)機(jī)也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在信號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；信號(hào)來到 之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)消失之后，轉(zhuǎn)子乂能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于這種'、伺服 性能，因而將這種控制性能較好、功率不大的電動(dòng)機(jī)稱做伺服電動(dòng)機(jī)。常用的伺 服電動(dòng)機(jī)有交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)

16、機(jī)兩大類。交流伺服電動(dòng)機(jī)不僅要具有啟動(dòng)和停止的伺服性，而且還要具有對(duì)轉(zhuǎn)速大小 和方向的可控性。根據(jù)不同的用途，可采用以下三種不同的控制方法：(1)幅值控制：保持控制電壓的相位不變，僅僅通過改變其幅值來進(jìn)行控制。(2)相位控制：保持控制電壓的幅值不變，僅僅通過改變其相位來進(jìn)行控制。(3)幅相控制：同時(shí)改變控制電壓的幅值和相位來進(jìn)行控制。15 .什么是''共模干擾？什么是''差模干擾？其抑制措施有哪些？ 答：差模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾。這種干擾可能是信號(hào)源的一部分， 也可能是由長(zhǎng)傳輸線引入的。由于它和被測(cè)信號(hào)在信號(hào)輸入回路中電位相同，以 電壓源的形式與信號(hào)源

17、串聯(lián)，因此也稱之為吊模干擾，共模噪聲是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，在系統(tǒng)的接收電路的兩個(gè)輸入端上同 時(shí)出現(xiàn)的噪聲干擾。這種干擾可以是直流的，也可以是交流的，其幅值大小不等, 取決于環(huán)境和設(shè)備的接地情況。抑制干擾有下列三個(gè)基本原則：消除干擾源；遠(yuǎn)離干擾源；防止干擾竄入。16 .研制一個(gè)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)大致分為幾個(gè)階段？試簡(jiǎn)要敘述各階段的工作內(nèi)容。答：微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的研制大致上可以分為三個(gè)階段：確定任務(wù)與方案擬制階段、 系統(tǒng)研制階段、聯(lián)機(jī)總調(diào)與性能測(cè)定階段。（1）確定任務(wù)與方案擬制階段該階段的任務(wù)有兩個(gè)：一是確定測(cè)控系統(tǒng)所要完成的任務(wù)和應(yīng)具備的功能， 深入了解用戶對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外形尺寸、面板布置等方面的要求及所 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用環(huán)境情況，以此作為測(cè)控系統(tǒng)硬、軟件的設(shè)計(jì)依據(jù)；二是在對(duì)測(cè) 控系統(tǒng)的功能、可靠性、可維護(hù)性及性能價(jià)格比進(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)上，提出 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步方案。（2）系統(tǒng)研制階段系統(tǒng)研制階段的主要任務(wù)是：組建項(xiàng)目研制小組、系統(tǒng)功能的軟/硬件實(shí)現(xiàn) 的權(quán)衡與劃分、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、硬件和軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的組裝等。在 開發(fā)過程中，硬件和軟件工作應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行，即在設(shè)計(jì)硬件、研制功能模