2025年大学大四（精密仪器）仪器仪表与自动化试题及答案.doc

2025年大学大四（精密仪器）仪器仪表与自动化试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共6题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。
1. 以下哪种传感器不属于精密仪器中常用的位移传感器？（ ）
A. 光栅尺
B. 磁电式传感器
C. 容栅传感器
D. 应变片
2. 关于自动化控制系统中的PID控制，以下说法错误的是（ ）
A. 由比例、积分、微分控制组成
B. 积分环节主要用于消除系统稳态误差
C. 微分环节能加快系统的响应速度
D. PID控制只适用于线性系统
3. 精密仪器中，为了提高测量精度，常采用的信号调理电路不包括（ ）
A. 放大电路
B. 滤波电路
C. 整流电路
D. 调制解调电路
4. 以下哪种仪器仪表的精度等级最高？（ ）
A. 0.5级
B. 1.0级
C. 1.5级
D. 2.0级
5. 在自动化生产线上，用于检测产品是否合格的设备属于（ ）
A. 过程控制系统
B. 检测控制系统
C. 顺序控制系统
D. 闭环控制系统
6. 对于精密仪器中的数据采集系统，以下哪个指标不是关键指标？（ ）
A. 采样频率
B. 分辨率
C. 存储容量
D. 通信速率

第II卷（非选择题 共70分）
7. （10分）简述精密仪器中常用传感器的分类及各自的工作原理。

8. （15分）说明自动化控制系统中开环控制与闭环控制的区别，并举例说明各自的应用场景。

9. （15分）在精密仪器设计中，如何提高仪器的抗干扰能力？请从硬件和软件方面分别阐述。

材料：某精密仪器在运行过程中出现测量误差较大的情况。经过检查发现，仪器所处环境存在较强的电磁干扰，且信号传输线路屏蔽效果不佳。
10. （20分）针对上述材料中的问题，提出具体的解决措施。

材料：在一个自动化生产车间，需要设计一个温度控制系统，确保产品在特定温度环境下生产。
11. （20分）请设计一个基于PID控制的温度控制系统，包括系统组成、控制原理及主要参数的设置。

答案：1. D 2. D 3. C 4. A 5. B 6. D
7. 常用传感器分类及原理：应变式传感器，利用电阻应变片受力产生应变，导致电阻变化来测量力、压力等；压电式传感器，基于压电效应，外力作用使压电材料产生电荷；光电式传感器，通过光电器件将光信号转换为电信号，如光电二极管、光电三极管等；磁电式传感器，利用电磁感应原理，当导体与磁场有相对运动时产生感应电动势。
8. 开环控制与闭环控制区别：开环控制无反馈，控制精度低，结构简单成本低；闭环控制有反馈，能自动纠正偏差，控制精度高但结构复杂成本高。应用场景：开环如普通洗衣机定时控制；闭环如恒温空调系统。
9. 硬件方面：采用屏蔽线传输信号，对仪器外壳进行电磁屏蔽处理，合理布局电路减少干扰源耦合。软件方面：采用数字滤波算法去除噪声，对采集数据进行有效性判断和异常处理，通过软件编程提高系统抗干扰能力。
10. 解决措施：对仪器所处环境进行电磁屏蔽处理，如安装屏蔽罩；更换信号传输线路为屏蔽效果更好的线缆，并确保良好接地；检查仪器内部电路，优化布线，对易受干扰的元件采取屏蔽或隔离措施。
11. 系统组成：温度传感器、PID控制器、加热或制冷设备、温度显示装置。控制原理：温度传感器实时监测温度并反馈给PID控制器，控制器根据设定值与实际值偏差调整输出，控制加热或制冷设备工作。参数设置：根据温度控制范围和精度，合理设置比例系数、积分时间常数、微分时间常数。