《测控仪器设计》教学大纲 课程编号：302023020 课程性质：必修 课程名称： 测控仪器设计 学时/学分： 32/9 英文名称： Design of Measurement Control 考核方式： 闭卷笔试 Instrument 选用教材： 《测控仪器设计》第3版 大纲执笔人： 黄玉波 浦昭邦、刘庆纲 机械工业出版社 先修课程： 传感器、精密机械设计、测试技术 大纲审核人： 专业教学指导组 误差理论及数据处理、智能仪婴原 理及应用等 适用专业：测控技术与仪器 一、课程目标 通过本课程的学习，学生 1.知道测控仪器的概念、组成、表征仪器性能的术语及其含义： 2.能应用仪器精度理论对仪器中的误差源及误差进行分析和计算： 3.知道测控仪器设计的一般程序，能根据用户的需求对设计任务进行合理 分析，提出设计方案； 4.能应用测控仪器设计的基本原则和原理分析影响仪器性能的因素，验证 方案的合理性： 5.能够在设计环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文 化、环境等因素的制约及相互影响： 6。今后能应用本课程所学的基本理论和方法解决工程问题 二、教学内容 第一章测控仪器设计概论（支撑课程目标1、3） 介绍测控仪器的概念、组成，相关术语、定义：测控仪器设计的要求及设计 的一般程序。 要求学生：能分析测控仪器的基本构成、能理解相关术语的定义，知道测控 仪器设计的一般程序。 第二章仪器精度理论（支撑课程目标2、6） 1.误差的概念及分类，精度的表征。 2.仪器的原理误差及减小或消除原理误差的方法：仪器的制造误差及其控
《测控仪器设计》教学大纲 课程编号： 302023020 课程性质： 必修 课程名称： 测控仪器设计 学时/学分： 32/2 英文名称： Design of Measurement & Control Instrument 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《测控仪器设计》第 3 版 浦昭邦、刘庆纲 机械工业出版社 大纲执笔人： 黄玉波 先修课程： 传感器、精密机械设计、测试技术、 误差理论及数据处理、智能仪器原 理及应用等 大纲审核人： 专业教学指导组 适用专业： 测控技术与仪器 一、课程目标 通过本课程的学习，学生 1. 知道测控仪器的概念、组成、表征仪器性能的术语及其含义； 2. 能应用仪器精度理论对仪器中的误差源及误差进行分析和计算； 3. 知道测控仪器设计的一般程序，能根据用户的需求对设计任务进行合理 分析，提出设计方案； 4. 能应用测控仪器设计的基本原则和原理分析影响仪器性能的因素，验证 方案的合理性； 5. 能够在设计环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文 化、环境等因素的制约及相互影响； 6. 今后能应用本课程所学的基本理论和方法解决工程问题。 二、教学内容 第一章 测控仪器设计概论（支撑课程目标 1、3） 介绍测控仪器的概念、组成，相关术语、定义；测控仪器设计的要求及设计 的一般程序。 要求学生：能分析测控仪器的基本构成、能理解相关术语的定义，知道测控 仪器设计的一般程序。 第二章 仪器精度理论（支撑课程目标 2、6） 1. 误差的概念及分类，精度的表征。 2. 仪器的原理误差及减小或消除原理误差的方法；仪器的制造误差及其控
制方法：仪器运行误差产生的原因。 3.仪器误差分析的步骤：误差独立作用原理；分析仪器误差的微分法、几 何法、作用线与瞬时臂法。 4.仪器误差的综合和仪器精度设计。 要求学生：能基于仪器精度理论，应用几何法、作用线与瞬时臂法等误 差分析方法分析仪器的误差源并计算误差。 第三章测控仪器总体设计（支撑课程目标3、4、5、6） 1.设计任务分析：包含对被测参数、被测物、功能要求、使用条件等方面 的分析。 2.测控仪器设计原则：阿贝原则及其扩展、变形最小原则、测量链最短原 则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则及经济原则。 3.测控仪器设计原理：平均读数原理、比较测量原理、补偿原理。 4.测控仪器工作原理的设计、主要结构参数的设计、技术指标的确定及造 型设计。 要求学生：理解设计任务分析包含的内容，能在进行测控仪器方案设计 时考虑测控仪器设计的原则及原理。 第四章精密机械系统的设计（支撑课程目标6) 测控仪器设计中的精密机械系统设计方法。 第五章电路与软件系统设计（支撑课程目标6） 测控仪器设计中的电路与软件系统设计方法。 补充内容：科研中的仪器设计实例（支撑课程目标5、6） 实例说明如何进行设计任务的分析，如何按照测控仪器设计的方法和流 程，并遵守设计原则和原理进行仪器设计。 三、实验内容 支撑课程 是否必 实验名称 主要内容 学时 目标 做 实验一：锥面活 实物观看，了解仪器的工作原 塞环自动分选机 理和过程，理解仪器各个机构 课程目标 必做 2 设计原理及结构 2、4、6 的构造，分析测量误差来源 实验 实物观看，了解整台仪器的 实验二：梯形活作原理及过程，并熟悉仪器界 课程目标 2 塞环角度测量仪面操作，分别观察每个机构的 必做 2、4、6 原理及结构实验构造及运动，分析仪器的测量 误差源
制方法；仪器运行误差产生的原因。 3. 仪器误差分析的步骤；误差独立作用原理；分析仪器误差的微分法、几 何法、作用线与瞬时臂法。 4. 仪器误差的综合和仪器精度设计。 要求学生：能基于仪器精度理论，应用几何法、作用线与瞬时臂法等误 差分析方法分析仪器的误差源并计算误差。 第三章 测控仪器总体设计（支撑课程目标 3、4、5、6） 1. 设计任务分析：包含对被测参数、被测物、功能要求、使用条件等方面 的分析。 2. 测控仪器设计原则：阿贝原则及其扩展、变形最小原则、测量链最短原 则、坐标系基准统一原则、精度匹配原则及经济原则。 3. 测控仪器设计原理：平均读数原理、比较测量原理、补偿原理。 4. 测控仪器工作原理的设计、主要结构参数的设计、技术指标的确定及造 型设计。 要求学生：理解设计任务分析包含的内容，能在进行测控仪器方案设计 时考虑测控仪器设计的原则及原理。 第四章 精密机械系统的设计（支撑课程目标 6） 测控仪器设计中的精密机械系统设计方法。 第五章 电路与软件系统设计（支撑课程目标 6） 测控仪器设计中的电路与软件系统设计方法。 补充内容：科研中的仪器设计实例（支撑课程目标 5、6） 实例说明如何进行设计任务的分析，如何按照测控仪器设计的方法和流 程，并遵守设计原则和原理进行仪器设计。 三、实验内容 序 号 实验名称 主要内容 支撑课程 目标 是否必 做 学时 1 实验一：锥面活 塞环自动分选机 设计原理及结构 实验 实物观看，了解仪器的工作原 理和过程，理解仪器各个机构 的构造，分析测量误差来源。 课程目标 2、4、6 必做 2 2 实验二：梯形活 塞环角度测量仪 原理及结构实验 实物观看，了解整台仪器的工 作原理及过程，并熟悉仪器界 面操作，分别观察每个机构的 构造及运动，分析仪器的测量 误差源。 课程目标 2、4、6 必做 2
实物观看，了解整台仪器的工 实验三：活塞环 作原理及过程，并熟悉仪器男 3外圆轮廓测量仪面操作，分别观察每个机构的 课程目标 必做 2 2、4、6 原理及结构实验构造及运动，分析仪器的测量 误差源。 *注：实验详情见课程实验大纲及实验指导书 四、参考文献 [山《现代精密仪器设计》，李玉和，郭阳宽，清华大学出版社， 2010 [2]《精密仪器设计原理》，王中字等，北京航空航天大学出版社，2013 [3)《量具、量仪与测量技术》，顾晓玲，机械工业出版社，2009 [4《长度计量》，国家质量监督检验检疫总局计量司编，中国计量出版社， 2007 五、达成课程目标的途径与措施 达成课程目标的途径和措施主要有： 1.引导学生根据设计要求，遵循一定的设计原则和原理，按照一定的程序 将已学的各门基础知识应用于综合的仪器设计之中： 2.课堂讲授中多用具体实例加强学生对基本理论知识的理解，着重锻炼学 生对实际工程问题的分析和解决能力，用各种思考题及问答互动调动学 生学习的兴趣，辅之习题练习，促使学生理解及应用基本原理和方法。 3.多环节训练、考核： 1)课堂思考及问答 2)实验 3)作业：小作业或课后习题 4)期末考试：主要涉及基本概念、原理、方法及其分析和应用 5)上课考勤 4.命题要求 本课程试题由填空题、问答题和分析计算题组成.其中填空题占比25-35%， 主要考核课程目标1、2：问答题占比35-45%，主要考核课程目标2、3、 4、5:分析计算题占比25-35%，主要考核课程目标2、3、4、6。 六、成绩评定(%) 课堂思考问答及考勤 实验 作业1 作业2 期末考试 20 10 10 10 50
3 实验三：活塞环 外圆轮廓测量仪 原理及结构实验 实物观看，了解整台仪器的工 作原理及过程，并熟悉仪器界 面操作，分别观察每个机构的 构造及运动，分析仪器的测量 误差源。 课程目标 2、4、6 必做 2 *注：实验详情见课程实验大纲及实验指导书 四、参考文献 [1] 《现代精密仪器设计》，李玉和，郭阳宽，清华大学出版社， 2010 [2] 《精密仪器设计原理》，王中宇等，北京航空航天大学出版社，2013 [3] 《量具、量仪与测量技术》，顾晓玲，机械工业出版社，2009 [4] 《长度计量》，国家质量监督检验检疫总局计量司编，中国计量出版社， 2007 五、达成课程目标的途径与措施 达成课程目标的途径和措施主要有： 1. 引导学生根据设计要求，遵循一定的设计原则和原理，按照一定的程序 将已学的各门基础知识应用于综合的仪器设计之中； 2. 课堂讲授中多用具体实例加强学生对基本理论知识的理解，着重锻炼学 生对实际工程问题的分析和解决能力，用各种思考题及问答互动调动学 生学习的兴趣，辅之习题练习，促使学生理解及应用基本原理和方法。 3. 多环节训练、考核： 1） 课堂思考及问答 2） 实验 3） 作业：小作业或课后习题 4） 期末考试：主要涉及基本概念、原理、方法及其分析和应用 5） 上课考勤 4. 命题要求 本课程试题由填空题、问答题和分析计算题组成。其中填空题占比 25‐35%， 主要考核课程目标 1、2；问答题占比 35‐45%，主要考核课程目标 2、3、 4、5；分析计算题占比 25‐35%，主要考核课程目标 2、3、4、6。 六、成绩评定（%） 课堂思考问答及考勤 实验 作业 1 作业 2 期末考试 20 10 10 10 50
七、课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求2问题分析：能够将专业相头 2.3能运用基本原理和文献研究，分 的基础理论知识，用于测控对象和任务 课程目标 析影响测控装置性能的因素，证实 的分析和模型建立，并通过文献研究对 结果进行评价。 问题分析的合理性。 1/2/4/6 毕业要求3设计/开发解决方案：能够 3.1能够根据用户及社会需求提出课程目标 设计针对机械工程中的复杂测试计量 设计目标、确定设计方案。 1/3/4/6 及控制问题的解决方案，设计满足特定 需求的控系统及功能部件，并能够在 3.4能够在安全、环境、法律等现实 设计环节中体现创新意识，并考虑社 约束条件下，对设计方案的可行性 课程目标5 会、健康、安全、法律、文化以及环境 进行论证。 等因素。 毕业要求6工程与社会：能够基于工程 相关背景知识进行合理分析，评价测招 6.3能客观评价工程实践对社会、健 工程实践和复杂工程问题解决方案对 康、安全、法律以及文化的影响， 课程目标5 社会、健康、安全、法律以及文化的影 并理解应承担的责任。 响，并理解应承担的责任 八、教学进程 教学内容 学时数 1测控仪器设计概念及组成 2测控仪器设计要求及设计程序 2 3仪器精度理论基本概念 4仪器误差的来源及分类 5仪器误差分析的方法 6仪器误差的综合及精度设计 2 7仪器设计原则 3 8仪器设计原理 9工作原理及结构设计 2 10精密机械系统的设计 1 11电路与软件系统设计 实验一：锥面活塞环自动分选机设计原理及结构实验 实验二：梯形活塞环角度测量仪原理及结构实验
七、课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求 2 问题分析：能够将专业相关 的基础理论知识，用于测控对象和任务 的分析和模型建立，并通过文献研究对 结果进行评价。 2.3 能运用基本原理和文献研究，分 析影响测控装置性能的因素，证实 问题分析的合理性。 课程目标 1/2/4/6 毕业要求 3 设计/开发解决方案：能够 设计针对机械工程中的复杂测试计量 及控制问题的解决方案，设计满足特定 需求的测控系统及功能部件，并能够在 设计环节中体现创新意识，并考虑社 会、健康、安全、法律、文化以及环境 等因素。 3.1 能够根据用户及社会需求提出 设计目标、确定设计方案。 课程目标 1/3/4/6 3.4 能够在安全、环境、法律等现实 约束条件下，对设计方案的可行性 进行论证。 课程目标 5 毕业要求 6 工程与社会：能够基于工程 相关背景知识进行合理分析，评价测控 工程实践和复杂工程问题解决方案对 社会、健康、安全、法律以及文化的影 响，并理解应承担的责任。 6.3 能客观评价工程实践对社会、健 康、安全、法律以及文化的影响， 并理解应承担的责任。 课程目标 5 八、教学进程 教学内容 学时数 1 测控仪器设计概念及组成 3 2 测控仪器设计要求及设计程序 2 3 仪器精度理论基本概念 1 4 仪器误差的来源及分类 2 5 仪器误差分析的方法 4 6 仪器误差的综合及精度设计 2 7 仪器设计原则 3 8 仪器设计原理 3 9 工作原理及结构设计 2 10 精密机械系统的设计 1 11 电路与软件系统设计 1 实验一：锥面活塞环自动分选机设计原理及结构实验 2 实验二：梯形活塞环角度测量仪原理及结构实验 2
实验三：活塞环外圆轮席测量仪原理及结构实验 2 12仪器设计实例讲解 2 合计：课堂授课学时+实验学时 32 课内外时间约为1：1.0~1.5学时
实验三：活塞环外圆轮廓测量仪原理及结构实验 2 12 仪器设计实例讲解 2 合计：课堂授课学时+实验学时 32 课内外时间约为 1:1.0～1.5 学时