热加工测控技术-石德全-参考答案.doc

1、全书参考答案第1章p25一、填空题1. 真值, 理论真值，指定真值, 实际真值 2. 模拟信号, 数字信号, 开关信号 3. 灵敏度, 线性度, 回程误差, 分辨力和分辨率, 时间常数, 响应时间, 上升时间, 延迟时间4. 单参数电测系统, 多参数电测系统, 遥测系统 5. 方法误差6. 对臂电阻乘积相等, 电阻温度系数相等或相似 7. 使信号中特定的频率成分通过，抑制或衰减其他的频率成分，低通滤波, 高通滤波, 带通滤波, 带阻滤波 8. 准确度, 绝对误差, 精密度, 标准偏差或均方根误差 9. 四臂接法二、简答题1. 在测量过程中，由于各种因素的影响，无论如何完善测量方法和测量设备都会

2、使得测量的示值x与真值之间存在一定差异，这个差异称测量误差。2. 同相放大器: 反相放大器:求和放大器: 差动放大器: 同相放大器反相放大器求和放大电路差动放大器3. 在测量过程中，凡误差数据值固定或按一定规律变化的叫系统误差。其中数值固定者为恒值误差，按一定规律变化者为变值误差。随机误差又称偶然误差，是由大量偶然因素影响而引起的测量误差。它是测量过程中不可避免的，其数值和性质均不固定。4. 通常所说的精度往往包括精密度与准确度两种意思。准确度是指测量值与真值的接近程度。通常以准确度来反映系统误差，并以绝对误差表征。越大，准确度就低；反之，小，准确度就高。精密度是指对同一量进行多次测量中所测数

3、值重复一致的程度，即重复性。它是随机误差的反映，常以标准偏差或均方根误差来表征。所听见的诸如传感器为0.1%、0.2%之说是指精度等级。在工程上，为了方便，引入了一个仪表精度等级来表示仪表测量结果的可靠程度，这个仪表精度等级通常用D来表示。它是指在仪表规定的条件下，仪表最大绝对误差值相对于仪表测量范围的百分数，5. 相敏检波电路与普通检波电路的区别在于，普通检波电路仅有单向的电压输出和电流输出，不可能辨别正负号，而相敏检波电路能根据放大器输出信号的相位，辨别被测信号的极性，进而判别被测物理量的变化方向。6. 设，则由最小二乘法得：代入数据得到：a=0.25, b=0.68所以，最小二乘线性度灵

4、敏度三、论述题直流电桥如图所示。其中为桥臂电阻，为仪表内阻，I为总电流，为仪表内流过的电流，两端为输出电压。根据电路学等效电路原理，可将两端等效为一个带内阻为，电压为的电压源。(1) 求电压，即将断开后两端的电压，此时，等效电路为： (2) 求等效电阻。将短接，等效电路为(3) 因此(4) 仪表两端的电压为：由于桥路所接仪表内阻足够大，即，故 在时，如果被测物理量的变化使得桥臂电阻发生微小变化，且，则桥路输出电压为：上式即为直流电桥的和差特性公式。第2章p71一、填空题1. 有源传感器, 无源传感器, 无源传感器 2. 阶梯 3. 蠕变, 零漂 4. 120 5. 桥路补偿, 应变片自补偿6.

5、 桥式测量电路, 调频电路, 脉冲电路, 谐振电路 7. 动态 8. 电轴 9. 电荷放大器, 电压放大器 10增大二、选择题1. B 2. C 3. C 4. A 5. D三、简答题1. 当外力作用于电阻应变片时，引起的电阻变化为：，其中，由几何尺寸变化引起，由电阻率变化引起，对金属电阻丝来说很小，因此；而对于半导体应变片主要由起作用，因此。2. 消除差动变压器式传感器零点残余电压的措施： 从设计和工艺上尽量保证传感器线圈和磁路对称； 采用拆圈实验的方法减小零点残余电压。这种方法的理论依据是两个次级线圈的等效参数不相等，用拆圈的方法进行调整，以改善线圈的对称性，减小零点残余电压； 在电路上进

6、行补偿，这是既简单又行之有效的办法。通常在输出端接一个电位器，电位器的动点接两个次级线圈的公共点，。调节电位器，使两线圈接入不同负载，可使两线圈不同的感应电势产生大致相同的输出电压，以达到减小零点残余电压的目的。3. 简要答案 应变片的工作特性参数：灵敏度系数，应变极限，横向效应，机械滞后，零漂和蠕变，疲劳寿命，允许电流及电阻值，温度特性。应变片的温度补偿方法：桥路补偿，应变片自补偿，包括旋转式自补偿和组合式自补偿。4. 常用的光电器件有：光电管和光电倍增管（基于外光电效应），光敏电阻（基于光导效应），光电池和光敏晶体管（基于光生伏特效应）。5. 高频反射式电涡流式传感器的工作原理见教材64页

7、“高频反射式涡流传感器”。6. 如图1 所示的半导体薄片，若在它的两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上（即霍尔输出端之间）将产生电势差UH，称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。假设，在N型半导体薄片的控制电流端通以电流I，那么，半导体中的载流子(电子)将沿着和电流相反的方向运动。若在垂直于半导体薄片平面的方向上加以磁场B，则由于洛伦兹力fB的作用，电子向一边偏转（见图2），并使该边形成电子积累；而另一边则积累正电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场作图1 图

8、2图3用在运动电子上的力fE与洛仑兹力fB相等时，电子的积累便达到动态平衡。这时，在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场E，相应的电势差就称为霍尔电压UH，设霍尔元件的厚度为d，则霍尔电压UH大小可表示为：，令 ，则得到，由上式可知，霍尔电压的大小正比于控制电流I和磁感应强度B；它还说明，当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电压的方向也将改变。但当磁场和电流同时改变方向时，霍尔电压并不改变原来的方向。应用：仅参考图3是霍尔位移传感器的结构示意图。在极性相反、磁场强度相同的两磁钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件的控制电流I恒定不变时，那么，霍尔电势UH与磁场强度B成正比。若磁场在一定范围

9、内沿x方向的变化梯度为一常数（见图3(b)），则当霍尔元件沿x方向移动时，霍尔电压的变化为，积分后得到，由该式可知，霍尔电压与位移量x成线性关系。霍尔电压的极性反映了元件位移的方向。基于霍尔效应制成的位移传感器一般可用来测量12mm 的小位移，其特点是惯性小、响应速度快。7. 根据霍尔传感器的工作原理，霍尔系数由载流材料的物理性质所决定，由于电子的迁移速率大于空穴的迁移速率，因此多用N型半导体材料制作霍尔元件。假设载流子电阻率为、磁导率为，则霍尔系数又可表示威，虽然金属导体的载流子迁移率很大，但其电阻率较低；而绝缘材料的电阻率较高，但载流子迁移率很低，所以两者也不适宜于做霍尔元件。8. 简要计

10、算过程：由 和 得： 又E=2.11011N/m2，=2.1108 N/m2当 ，当 四、名词解释1. 零点残余电压：差动变压器的两组次级线圈反向串接，当铁芯处在中间位置时，输出电压应该为零，但实际上输出特性曲线“V”字端部不是零，而有一个很小的电压，这个电压称为“零点残余电压”。2. 压电效应：某些晶体，在沿着一定方向对其施加拉力或压力使其变形时，晶体表面便产生电荷，当除去外力时，晶体又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。3. 压阻效应：对一块半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。4. 光电效应：因光照而引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。光电效应可分为外光电

11、效应和内光电效应两种。光照物体向真空发射电子的现象称为外光电效应。物体在光照下吸收一部分光能，而使内部的原子释放出电子，导致物体导电性增加的现象称为光导效应。光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象称为光生伏特效应。5. 霍尔效应：将导体或半导体置于磁场中并通入电流，若电流方向与磁场方向正交，则在与磁场和电流两者都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。五、思考题略。第3章p107一、填空题1. 标准值法, 标准表法 2. 接触电势, 温差电势，连接导体定律 3. 中间导体定律 4. 参考电极定律 5. 镍铬-康铜热电偶, 镍铬硅-镍硅热电偶, 铁-康铜热

12、电偶, 铜-康铜热电偶 6. 热电极, 绝缘材料, 保护管, 接线盒 7. 串联 8. 温度 9. 负温度系数热敏电阻, 正温度系数热敏电阻, 临界温度系数热敏电阻 10. 四线制接法 11. 全辐射高温计, 单色辐射高温计 12. 光学亮度高温计, 光电亮度高温计 13. 比色高温计 14. 0二、简答题1. 热电偶产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的接触电势又叫帕尔帖电势，它是由于相互接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。当两种不同的金属A、B接触在一起时，在金属A、B的接触处将会发生电子扩散，于是在接触处形成了电位差，即接触电势，这一电势要阻碍电子由金属A

13、进一步向金属B扩散，一直达到动态平衡为止。温差电势又叫汤姆逊电势，温差电势的形成是由于导体内高温端自由电子的动能比低温端自由电子的动能大，高温端自由电子的扩散速率比低温端大，因此，对于导体的某一薄层来说，温度较高的一端失去电子带正电，温度较低的一端得到电子而带负电，从而形成电位差。2. 冷端温度补偿方法有：冷端恒温法、补偿导线法、热电偶补偿法、冷端温度校正法和补偿电桥法3. K型是镍铬-镍硅（或镍铬-镍铝）热电偶：短期可测量1200，长时间工作温度为900。物理化学性能稳定，抗氧化能力强，比铂铑10-铂热电偶产生的热电势要大的多，价格便宜，虽然测量精度偏低，但完全能满足工业测量要求，在工业上广

14、泛应用，目前我国把这种热电偶作为三等标准热电偶，用来校正工业用镍铬-镍硅（镍铝）热电偶。S型是铂铑10-铂热电偶：可测量1600高温，长期工作温度为01300。它属于贵重金属热电偶，具有较稳定的物理化学性质，抗氧化能力强，可在氧化性性气体介质中工作，而不适宜在金属蒸汽、金属氧化物和其他还原性介质中工作，必须选用可靠保护管。铂铑10-铂热电偶产生热电势小，测量时要配用灵敏度高的仪表。B型是铂铑30-铂铑6热电偶：该热电偶的两个热电极均采用铂铑合金，只是正负极含铑量不同，能长期在1600的温度中使用，属于高温热电偶，也是目前使用最为广泛的一种热电偶。该热电偶特性稳定，但热电势率小，测量时需配用灵敏

15、度高的仪表，且价格较贵。4. 热电偶必须由两种不同材料的热电极组成；热电偶的两接触点必须具有不同的温度。5. 不同热电偶应配接不同补偿导线，且必须在规定的温度范围内；补偿导线与热电偶连接时，正极与正极相连，不能将极性接反，否则非但不能起到补偿作用，相反还会造成更大的测量误差。6. 答案要点因为热电偶分度表是以冷端温度为0指定的，而实际使用中，不可能为零，因此需要补偿冷端温度，用补偿导线将冷端引至无穷远处或远离热源处。7. Pt100代表铂电阻，阻值100欧姆；Cu50代表铜电阻，阻值50欧姆。采用三线、四线连接法的主要作用除引线电阻变化对测温的影响。8. 物体在单位时间内和单位面积上所辐射的能

16、量叫全辐射能，用表示，它包括波长从零到无穷的能量。在单位时间内和单位面积上辐射出去的某一波长的能量称为单色强度，用表示。9. 根据所测点的大致温度及烟道炉墙厚度，选用热电偶的型号及长度。贵重热电偶如铂铑-铂热电偶除测高温外尽量少用。热电偶应选择合适的安装点，热电偶的接线盒不应靠近炉壁，以免冷端温度过高。热电偶的安装应尽可能避开磁场和电场。避免热电偶外露部分因导热损失所产生的测量误差。热电偶插入炉壁深度一般不小于热电偶保护管外径的810倍，热电偶的热端尽可能靠近被加热工件，但须保证装卸工件时不损坏热电偶。用热电偶测量反射炉、煤气炉和油炉温度时，应避开火焰的直接喷射，因为火焰的温炉内高而且不稳定，

17、否则必然会使测量值偏高。在低温测量中，为减少热电偶的热惯性，保护管端头可不封闭或不用保护管。三、计算题1. 140.22.3. 787.8424. 499.98四、思考题1. 热电偶的测温结果准确。2. 该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示仪表组成。图中G为指示仪表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻分别通过电阻为r2、r3、Rg的三根导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们和Rg分别接在指示仪表和电源的回路中，其电阻变化就不会影响电桥的平衡状态。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。3.

18、略。第4章p127一、填空题1. 指示型显示仪表, 记录型显示仪表, 数字型显示仪表, 闪光报警型显示仪表2. 指示型, 指示调节型, 记录型 3. 代换式十进盘线路, 分路式十进盘线路 4. 高阻电位差计, 低阻电位差计, 低阻电位差计, 较小电阻上的电压降以及内阻较小的电源电动势, 容量较大的电源 5. 起始电阻, 测量范围电阻, 4mA, 2mA 6. 最高位是1或0 7. 使连续变化的模拟量转换为断续变化的数字量二、简答题1. 见图4.4。在热电偶未断时，由于断偶保护线路中的对测量电路来说处于反接状态，并且1与2端电阻值基本上等于热电偶回路的电阻值，对二极管短路，同时由于和的阻抗都很大

19、，因此，在1与2端之间仅有极微小的交流电压，对正常测量没有影响。当热电偶断线后，由于阻值较大（一般大于200），起不到对二极管短路的作用，并且的正反向电阻相差很大，因此，1与2端的电阻值对交流的正负半周是不同的。正半周时，2端为正而1端为负，此时电阻值很小（基本上是的正向电阻值），12V的交流电源对充电；负半周时，1端为正而2端为负，此时电阻值很大，被充了电的以较慢的速度放电。这就使1、2两端间出现直流电压，1端为正，2端为负，在测量回路中与热电偶电势方向相同，数值大很多，必然会驱动动圈偏转直到铝旗进入检测线圈中，使继电器断电，切断电阻炉电源，避免发生事故。2. 见教材126页“直流电位差计的

20、组成和工作原理”。3. 自动平衡记录仪主要由测量电桥、放大电路、可逆电机、指示记录机构等部分组成。见图4.8，将热电偶输入的直流电动势（即热电势）与电桥两端的直流电压相比较，比较后的差值电压（即不平衡电压）经放大器放大后，输出足以驱动可逆电机的功率。可逆电机通过一组传动系统带动指示机构和测量电桥中滑线电阻相接触的滑动臂，从而改变滑动臂与滑线电阻的接触位置，直到电桥与热电偶输入信号两者平衡为止。此时放大器便无功率输出，可逆电机停止转动，与此同时电桥处于平衡状态。若热电偶的热电势再度改变，则又产生新的不平衡电压，再经放大器放大，驱动可逆电机，改变滑动臂与滑线电阻的位置，直至达到新的平衡点为止。和滑

21、动臂相连的指示机构沿着有分度的标尺滑行，滑动臂的每一个平衡位置对应于指针在标尺上的某一确定读数。4. 数字式显示仪表的组成一般包括前置放大、模拟/数字（A/D）转换、非线性补偿、标度变换及显示装置等部分。三、思考题略。第5章p145一、填空题1. 差压式, 速度式, 容积式, 差压式流量计, 速度式流量计 2. 涡轮流量计, 容积式流量计, 科里奥利质量流量计 3. 绝对压力, 表压力, 真空度 4.圆形 5.低压力下气体热导率与其压力之间成正比的关系 6. 高速粒子通过稀薄气体时，碰撞气体分子使之电离 7. 测量点的选择, 引压管路, 测压仪表的安装二、选择题 1. C 2. C 3. BD

22、 4. B 5. D 6. B 7. B 8. B 9. A三、简答题1. 瞬时流量指单位时间内通过管道横截面的流体的量；累积流量指一段时间内的总流量。瞬时流量可以用体积流量、质量流量和重量流量三种方法来表示。2. 见教材145页“浮子流量计”。3. 压力测量方法归纳为四大类：液体压力平衡原理测压法，它是通过液体产生的压力，或传递压力来平衡被测压力的原理进行压力测量的方法；机械力平衡原理测压法，它是将被测压力通过某种转换元件转换成一个集中力，然后用一个大小可调的外界力来平衡这个未知的集中力，从而实现对压力的测量；弹性力变形原理测压法，它是利用多种形式的弹性元件在受到压力作用后会产生弹性变形，根

23、据弹性变形的大小来测量压力；其他物理特性测压法，包括压电效应测压法、压电阻原理测压法、热导原理测压法、电离真空测量原理测压法等。4. 常用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。弹簧管又称波登管，测量范围最高可达109Pa，在工业上应用普遍。波纹管对压力灵敏度较高，可以用来测量较低的压力或压差。膜片又分为平膜片、波纹膜片和挠性膜片。平膜片变形量较小，灵敏度不高，一般在测量较大的压力而且要求变形不很大的场合使用。波纹膜片测压灵敏度较高，常用在小量程的压力测量中。为提高灵敏度，得到较大位移量，可以把波纹膜片叠合起来做成膜盒。挠性膜片一般不单独作为弹性元件使用，而是与线性较好的弹簧相连，起压力隔离作用，

24、主要是在较低压力测量时使用。5. 绝对压力指相对于绝对真空而测得的压力；表压力指超出当地大气压力的数值，亦即绝对压力与当地大气压力之差；当绝对压力低于当地大气压力时，表压力为负表压，习惯上把负表压称为真空度。6. 圆筒型电离真空计具有同轴的电极结构，电极尺寸和位置容易保证，又由于外圆筒的屏蔽作用使真空计性能稳定，不受玻壳电位影响。圆筒型电离真空计的量程一般为10-110-5Pa。B-A真空计的灯丝装在栅网外侧，两者之间距离很小，因此灯丝安装尺寸的精度对K的影响较大。B-A真空计的玻璃壳电位对真空计常数影响较大，测量下限能延伸到10-8 Pa。四、思考题1. 因为人体内有许多空间，这些空间与大气

25、相通，相当于人体内也承受着大气压力，这样体内所受压力往外压，而体外所受压力往里压，两者大小相等，方向相反，正好抵消，相当于人体表所受表压为零，所以人体始终不会被压扁。2. 不是，应比20mA小。因为青藏高原的大气压肯定小于100kPaABS，相当于该变送器检测到的压力小于量程压力100kPaABS，所以其输出应小于量程点输出（20mA）。3. 不一定。两者概念都不一样。表压力是指以环境压力作零校准表示的压力，表压力有正有负；而绝对压力是指以完全真空作零标准表示的压力，绝对压力始终为正。第6章p173一、填空题1. 物理性质, 温度 2. 样杯壳, 热电偶, 保护管,试样具有一定的冷却速度和样杯

26、具有足够的强度，试样冷却曲线温度特征值全部出现的前提下以最大的速度凝固 3. 温度, 差热, 发生相变的次数, 发生相变时的温度, 相变时焓变的正负, 相变时焓变数值的大小, 较慢4. 仪器因素, 实验条件, 样品因素二、选择题 1. D 2. C 3. ACE三、简答题1. 两者的原理基本相同，都是比较待测物质与参比物质随温度变化导致的热性能的差别，同样的材料可以得到形状基本相同的曲线，反应材料相同的信息，但是实验中两者记录的信息并不一样。DTA记录的是以相同的速率加热和冷却过程中，待测物质因相变引起的热熔变化导致的与参比物质温度差别的变化。通常得到以温度（时间）为横坐标，温差为纵坐标的曲线

27、。DSC实验中同样需要参比物质和待测物质以相同的速率进行加热和冷却，但是记录的信息是保持两种样品的温度相同时，两者之间的热量之差。因此得到的曲线是温度（时间）为横坐标，热量差为纵坐标的曲线。比较之下，因为DSC在实验过程中，参比物质和待测物质始终保持温度相等，所以两者之间没有热传递，在定量计算时精度比较高。而DTA只有在使用合适的参比物的情况下，峰面积才可以被转换成热量。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。2. 见图6.5。当铁水温度下降到平衡液相线温度以下的点时，冷却曲线上出现液相线拐点，表示初生奥氏体开始析出，在温度下降至低于石墨-奥氏体共晶平衡温度的点的

28、过程中，奥氏体继续析出，点为实际共晶转变开始温度。在共晶转变的初始阶段，由于过冷使温度继续下降，至点达到共晶转变的最大过冷度，即共晶最低温度。此时，由于共晶转变中晶核的大量形成和生长，放出结晶潜热的速度超过散热速度，从而引起温度回升，直到共晶最高温度点，由于过冷度自动减小，结晶速度和放出结晶潜热的速度将减慢，导致温度重新下降，至点时整个共晶转变结束，亦即一次结晶凝固终了。3. 简要答案 测定合金的主要化学成份（如测定铸铁的碳当量，碳量和硅量）； 控制合金的共晶团数目； 确定灰铸铁的机械性能与化学成份、生核程度及金相组织之间的关系； 测定合金的铸造性能（如铸铁的缩陷、铸钢的热裂倾向）； 测定球墨

29、铸铁的球化及孕育状况等。四、名词解释1. 热分析是指根据程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。2. 热重法是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。3. 差热分析是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度（或时间）关系的一种技术。4. 差示扫描量热法是在程序控制温度卞，测量输入到物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。第7章p196一、填空题1. 多路分时采集单端输入通道, 多路同步采集分时输入通道, 多路同步采集多通道输入结构 2. 低通滤波, 高通滤波, 带通滤波, 带阻滤波, 程序判断滤波法, 中值滤波法, 算术平均值法, 加权平均滤波法, 惯性

30、滤波法 3. 双积分式, 比较式, 并行比较式, 双积分式, 逐次逼近比较式, 并行比较式 4. 分辨率与量化误差, 转换精度, 转换时间与转换速率 5. 线性参数标度变换, 非线性参数标度变换 6. 多路分时输出通道, 多路同步转换输出通道, 多路共用D/A分时输出通道 7. 晶体管输出型, 4N33, 4N25, 晶闸管输出型, 4N40, 4N40 8. 功率晶体管, 晶闸管, 达林顿管, 机械继电器,功率场效应管 9. 解码网络, 权电阻解码网络, T型电阻网络二、简答题1. 由于数字滤波是用程序实现的，因而不需要增加硬件设备，并且可以多个通道共用一个滤波程序；由于数字滤波不需要硬件设

31、备，因而可靠性高，稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题； 数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷，而且通过改写滤波程序，可以方便地实现不同滤波方法或改变滤波参数，也可以容易地实现多种滤波方式的组合使用。2. 在采样状态下，它跟踪输入的被测模拟信号变化，转为保持状态时，保持着采样结束时刻的模拟信号电平，直到进入下一次采样状态。3. 简要答案逐次比较式A/D转换器的基本原理在于比较，用一套标准电压和被测电压进行逐次比较，不断逼近，由高位到低位逐位加码比较，若，则保留这一位，否则去掉这一位，即大者去，小者留，逐次比较，如此进行下去，直至最低位的反馈电压（基准电压）参与比较为

32、止，最后达到一致。标准电压的大小就表示了被测电压的大小。将这一和被测电压相平衡的标准电压以二进制形式输出，经译码显示器显示出来，就实现了A/D转换过程。4. 简要答案双积分式A/D转换器的基本原理是将一段时间内的输入模拟电量（电压）通过两次积分，变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后由脉冲发生器和计数器来测量此时间间隔内的脉冲数而得到数字量。5. 简要答案实现信号的可靠隔离，进行信号隔离驱动及远距离传送等。三、思考题 (1) ， 故=3.9；(2) ，故 四、设计题微机检测系统的组成参考教材200页“微机检测系统输入/输出通道设计实例”。热敏电阻型号：选用MF52C-502F3600，它为珠状

33、精密型NTC热敏电阻，引线为高温氟塑线，标称电阻值R25=5k，精度1%，25/50下材料常数B=3600，耗散系数2mW/，额定功率小于50mW，测温范围-55+125。计算机和A/D转换器：可选个人计算机，也可选用MCS51系列或MCS96系列单片机。A/D转换器选用逐次逼近式的ADC0809，它是8通道8位A/D转换器，输入电压010V。强电负载控制方法：采用固态继电器（SSR）控制强电负载，如电机、电磁阀等，SSR的控制信号由计算机的输出口输出，构成输出通道（输出控制信号经过光电隔离器后驱动SSR，实现强电与弱电的有效隔离）。若选用单片机，需要外扩输入键盘、输出显示等。第8章p208一

34、、填空题1. e(t)= r(t)-y(t), 比较机构 2. 单调发散过程, 发散振荡过程, 等幅振荡过程, 单调衰减过程, 衰减振荡过程3. 比例控制系统, 积分控制系统, 微分控制系统 4. 余差, 最大偏差与超调量, 衰减比, 调节时间, 振荡周期5. 稳定性, 过渡过程性能, 稳态性能二、选择题1. B 2. C 3. A 4. D 5. D 6. D 7. C 三、简答题1. 一个典型的自动控制系统应该包括给定装置、比较机构、控制装置、执行器、检测元件或变送器及被控对象。检测元件或变送器的作用是把被控变量转化为测量值。比较机构的作用是比较设定值与测量值并输出其差值。控制装置的作用是

35、根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用。比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器，又称为调节器。执行器的作用是接受控制器送来的，相应地去改变操纵变量。被控对象是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。2. 参见教材213页“自动控制系统的分类”。3. 当输入恒定不变时，整个系统若能建立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都处于相对静止状态，这种状态称为静态。这里所说的静态，并非指系统内没有物料与能量的流动，而是指各个参数的变化率为零，即参数保持不变。若一个系统原来处于静态，由于出现了扰动、即输入起了变化，系统的平衡受到破坏，被控量（即输出）将发生变化，自动

36、控制装置就会动作，进行控制，以克服扰动的影响，力图使系统恢复平衡。从输入开始，经过控制，直到再建立静态，在这段时间中整个系统的各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。了解动态特性甚至比静态特性更为重要，也可以说，静态特性是动态特性的一种极限情况。4. 对自动控制系统的要求可归结为三方面：稳定性；过渡过程性能，即平稳性和快速性；稳态性能。5. 略。四、名词解释1. 自动控制是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使某种设备、工作机械或生产过程的某些物理量或工作状态能自动地按照预定的规律运行或变化。2. 若系统的控制器与被控对象之间只有顺向作用而没有反向作用，即系统的输出量对控制作用

37、没有影响，则该系统称为开环控制系统。3. 系统的输出量或状态变量对控制作用有直接影响的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。4. 针对一个被控对象，采用一个控制器、一个执行器、一个测量装置构成的系统称为单回路控制系统，也称为简单控制系统。五、综分析题(1) 被控对象：水箱；被控量：水位(2) 测量元件：晶体T1组成的电路；执行元件：水泵电机；控制元件：继电器(3) 当水箱流出量加大，水位下降到b点一下时，触点b与接地点c（它们之间以水为导电介质）断路，此时晶体管T1基极开路，管子截止，继电器J1的线圈无电，常闭接点5闭合，导致继电器J2的线圈有电，J2工作，使常闭接点1断开，而常开接点2、

38、3、4闭合，于是水泵电机启动，向水塔供水。随着供水量增加。水箱内的水位不断升高，当水位上升到a点以上时，晶体管基极接地，由于它的射极接正电压，因此管子导通，Jl的线圈有电，Jl工作，使常闭接点5断开，结果使J2的线圈断电，J2停止工作，于是常闭接点1闭合，常开接点2、3、4断开，水泵电机停转。这样，就把水塔的水位自动保持在规定范围内。第9章一、填空题1. 位式控制，比例控制，积分控制，微分控制 2. 偏差的大小，稳定被控变量，偏差是否存在，消除余差，偏差变化速度，超前调节 3. 小，弱，平稳，大，大，大，强，快，强4. 临界比例度法，衰减曲线法，扩充响应曲线法，经验试凑法5. 比例，积分，微分

39、 6. 15V直流, 15V直流, 比例, 积分, 微分, 15V或420mA的直流控制信号 7. 内部处理, 通信服务, 输入处理, 程序执行, 输出处理 8. 系统, 用户二、选择题1. C 2. B 3. D 4. B 5. A 6. A 7. B 8.B 9. A 10. C 11. B 12. B 13. C 14. C三、简答题1. 因为纯比例调节输出的变化完全依赖于偏差的存在。也就是说，这种调节作用只有偏差存在才能起作用，其输出变化是，故纯比例调节作用的结果必然有余差存在。2. 比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调节系统。比例积分调节规律适用

40、于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化较大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。3. 这样说是对的。因为微分作用是超前的调节作用，其实质是阻止被调参数的变化，提高系统的稳定性，适当的减小比例度和积分时间有利于提高系统的质量。4. 比例度越大，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，过渡过程曲线越振荡，余差也越小。若比例度过小，则可能出现发散振荡。积分时间TI表征了积分作用的强弱。TI过大，积分作用不明显，余差消除很慢；TI太小，易于消除余差，但系统振荡加剧

41、。微分时间TD表征了微分控制作用的强弱。TD太大，微分作用太强，系统振荡频繁；而TD太小，微分作用太弱，系统稳定性较好，但余差较大；当TD适当时，最大偏差减小，余差也减小（但并不能消除），控制时间短，系统的稳定性提高。5. PI： PID：6. PI： PID：四、思考题1. ；2. 答案要点在对数字PID调节器的微分作用进行改进时，常用的方法有：微分平滑法和不完全微分PID法。微分平滑法是取四点输入信号的微分加权平均值作为微分器的实际输出。不完全微分PID法是在一般PID调节器串入一个一阶惯性环节而构成第10章一、填空题1. 气动, 电动, 液动, 顺着, 箭头 2. 010mA, 420m

42、A, 0.020.1MPa 3. 直线特性，对数特性，快开特性 4. 气开式与气关式的选择，控制阀口径的选择，控制阀的结构与特性的选择 5. 直行程式, 角行程式, 多转式 6. 全关 7. 增大 8. 线性二、选择题1. ABD 2. C 3. B 4. A 5. A三、简答题1. 主要由伺服放大器和执行器两大部分组成，电动执行器是电动单元组合仪表中的执行单元，以伺服电动机为动力的位置伺服机构。电动执行器接受调理器来的010mA或420mA的直流信号，将其线性地转换成090的机构转角或直线位置位移，用以操作风门、挡板、阀门等调理机构，以实现自动调理。2. 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门

43、的相对流量与阀门相对开度（相对位移）之间的关系。工作在管路中的控制阀，当阀开度改变时，随着流量的变化，阀前后的压差也发生变化。这种阀前后的压差随阀的开度变化的流量特性为工作流量特性。通过调节控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比可改变其工作流量特性。随着值的减小，直线特性渐渐趋近于快开持性，对数特性渐渐接近于直线特性。在实际使用中，一般希望值不低于0.30.5。3. 消除执行器薄膜和弹簧的不稳定性及各可动部分的干磨擦影响，提高了调节阀的精确度和可靠性，实现准确定位。增大执行器的输出功率，减小调节信号的传递滞后，加快阀杆移动速度。改变调节阀的流量特性。 4. 有压力信号时阀开、无压力信号时阀关的为

44、气开式。反之，为气关式。气开与气关的选择主要从工艺生产上安全要求出发。考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之，阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。四、思考题略。第11章一、填空题1. 正中, 负小 2. 晴朗, 渊博 3. 反向传播网络，径向基函数网络 4. 知识库, 数据库（黑板）, 推理机, 解释器, 接口, 知识获取 5. 控制专家系统, 解释型专家系统, 监视型专家系统, 决策型专家系统, 规划型专家系统, 预测型专家系统, 设计型专家系统二、选择题1. B

45、 2. C 3. B 4. C 5. D 6. A 7. C 8. A 9. D三、1. T 2. F 3. T 4. F 5. T四、简答题1. 模糊控制器的设计应包括以下步骤：确定模糊控制器的结构，即输入/输出变量；确定输入输出变量的模糊论域和模糊量与精确量之间的变换参数；精确量模糊化；设计模糊推理规则；输出模糊量清晰化；设计控制器查询表并编写计算机语言程序。2. 最大隶属度法。这个方法是在模糊集合中选取隶属度最大的论域元素作为判决结果，如果在多个论域元素上同时出现隶属度最大值，则取它们的平均值作为判决结果。取中位数法。取中位数法是将输出模糊集合的隶属函数曲线与横坐标围成的区域面积的均分点

46、对应的论域元素作为判决结果。其优点在于比较充分的利用了模糊集合所包含的信息量进行判决。加权平均法。加权平均法是将论域中的元素作为其对应的隶属度的加权系数，取其乘积和与隶属度和的平均值作为判决结果。3. 接口是人与系统进行信息交流的媒介，它为用户提供了直观方便的交互作用手段。黑板是用来记录系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果的数据库。它包括计划、议程和中间解3部分。知识库包括两部分内容。一部分是已知的同当前问题有关的数据信息；另一部分是进行推理时要用到的一般知识和领域知识。调度器按照系统建造者所给的控制知识，从议程中选择一个项作为系统下一步要执行的动作。执行器应用知识库中的及黑板中记

47、录的信息，执行调度器所选定的动作。协调器的主要作用就是当得到新数据或新假设时，对已得到的结果进行修正，以保持结果前后的一致性。解释器的功能是向用户解释系统行为，包括解释结论的正确性及系统输出其它候选解的原因。4. 专家系统是一类包含着知识和推理的智能计算机程序，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域的问题。专家系统具备三个显著特征。启发性；透明性；灵活性。5. 很多人工神经元模型，按一定方式连接而成网络结构，称为人工神经网络。神经网络中每个结点（即一个人工神经元模型）都有一个状态变量xj，从结点i到结点有一个连接权系数，每个结点都有一个阈值和一个非线性变换函数。人工神经网络一般包括输入层、隐含层（可以有多个隐含层）和输出层。第12章一、填空题1. 毕托管, 孔板, 笛形管 2. 开孔观察法, 射线法, 压差法, 层铁焦比 3. 风箱, 液柱式压力计, 弹簧式压力计, 波纹管压力计, 远传压力计, 压力传感器 4. 红外线气体分析仪, 气相色谱仪 5. 鼓风量, 鼓风预热温度, 富氧送风量, 铂铑30-铂铑6, 者钨铼 6. 配料, 熔炼 7. 定值氧量控制, 定值CO或CO2含量