2025年大學(xué)第三學(xué)年（儀器儀表工程）研發(fā)應(yīng)用階段測(cè)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在括號(hào)內(nèi)。（總共10題，每題3分）1.儀器儀表工程中，以下哪種傳感器常用于測(cè)量壓力？（）A.應(yīng)變片傳感器B.熱電偶傳感器C.壓電傳感器D.霍爾傳感器2.在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PID控制器的三個(gè)參數(shù)分別是（）A.比例、積分、微分B.增益、相位、頻率C.電壓、電流、電阻D.溫度、壓力、流量3.以下哪種儀器儀表可用于高精度的時(shí)間測(cè)量？（）A.示波器B.頻譜分析儀C.邏輯分析儀D.計(jì)數(shù)器4.儀器儀表的可靠性指標(biāo)通常不包括以下哪一項(xiàng)？（）A.平均無故障工作時(shí)間B.故障率C.精度等級(jí)D.維修度5.對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理，以下哪種算法常用于濾波？（）A.快速傅里葉變換（FFT）B.離散余弦變換（DCT）C.有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器設(shè)計(jì)D.奇異值分解（SVD）6.以下哪種材料常用于制造高精度的電阻元件？（）A.銅B.鋁C.錳銅合金D.鐵7.在儀器儀表的校準(zhǔn)過程中，通常需要使用（）A.標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源B.示波器C.頻譜分析儀D.邏輯分析儀8.以下哪種儀器可用于分析材料的微觀結(jié)構(gòu)？（）A.電子顯微鏡B.紅外熱成像儀C.超聲波探傷儀D.激光測(cè)距儀9.儀器儀表工程中，信號(hào)調(diào)理電路的主要作用不包括（）A.放大信號(hào)B.濾波信號(hào)C.數(shù)字化信號(hào)D.隔離信號(hào)10.對(duì)于智能儀器儀表，以下哪種通信協(xié)議常用于數(shù)據(jù)傳輸？（）A.RS232B.USBC.TCP/IPD.以上都是第II卷（非選擇題共70分）填空題（總共5題，每題4分）1.儀器儀表的基本組成包括傳感器、______、顯示器和電源等部分。2.在傳感器測(cè)量中，靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)與______的比值。3.自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是______。4.數(shù)字萬用表通常采用______技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多量程測(cè)量。5.儀器儀表的電磁兼容性（EMC）主要包括______、______和輻射干擾。簡(jiǎn)答題（總共3題，每題10分）1.簡(jiǎn)述PID控制器的工作原理及其在儀器儀表控制中的應(yīng)用。2.請(qǐng)說明儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的主要方法和措施。3.舉例說明數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用場(chǎng)景。分析題（總共2題，每題15分）材料：某儀器儀表在實(shí)際使用中出現(xiàn)測(cè)量誤差較大的問題。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)傳感器的輸出信號(hào)存在非線性失真。已知該傳感器為應(yīng)變片傳感器，其工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)。問題：1.請(qǐng)分析傳感器輸出信號(hào)非線性失真的可能原因。2.針對(duì)該問題，提出相應(yīng)的解決措施。材料：在一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，使用了一臺(tái)溫度控制系統(tǒng)來保持產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的溫度恒定。該溫度控制系統(tǒng)采用了PID控制器。一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的溫度波動(dòng)較大，超出了允許的范圍。問題：1.請(qǐng)分析溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)溫度波動(dòng)較大的可能原因。2.如何調(diào)整PID控制器的參數(shù)來解決溫度波動(dòng)問題？設(shè)計(jì)題（1題，20分）設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子電壓表，要求能夠測(cè)量0-5V的直流電壓，并通過數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。請(qǐng)說明設(shè)計(jì)思路、主要電路組成部分以及軟件設(shè)計(jì)流程。答案：第I卷：1.C2.A3.D4.C5.C6.C7.A8.A9.C10.D第II卷：填空題：1.信號(hào)調(diào)理電路2.輸入被測(cè)量3.沒有反饋環(huán)節(jié)4.分壓5.傳導(dǎo)干擾、靜電放電干擾簡(jiǎn)答題：1.PID控制器通過比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)偏差進(jìn)行控制。比例環(huán)節(jié)快速響應(yīng)偏差，積分環(huán)節(jié)消除穩(wěn)態(tài)誤差，微分環(huán)節(jié)預(yù)測(cè)偏差變化趨勢(shì)。在儀器儀表控制中，可用于溫度、壓力、流量等控制，使被控量穩(wěn)定在設(shè)定值。2.可靠性設(shè)計(jì)方法包括降額設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等。措施有選用高可靠性元器件、進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境試驗(yàn)、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)等。3.如在頻譜分析中用于信號(hào)頻率成分分析；在濾波中設(shè)計(jì)濾波器去除噪聲；在數(shù)據(jù)壓縮中減少數(shù)據(jù)量便于存儲(chǔ)和傳輸?shù)?。分析題：1.可能原因有應(yīng)變片本身性能不佳，如材料不均勻；粘貼工藝問題，導(dǎo)致應(yīng)變片與被測(cè)物體接觸不良；測(cè)量電路存在非線性因素等。2.解決措施：更換性能良好的應(yīng)變片；重新粘貼應(yīng)變片確保接觸良好；優(yōu)化測(cè)量電路，采用線性化處理電路等。1.可能原因有PID參數(shù)設(shè)置不合理，如比例系數(shù)過小、積分時(shí)間過長(zhǎng)或微分時(shí)間不當(dāng)；傳感器測(cè)量不準(zhǔn)確；環(huán)境干擾等。2.可適當(dāng)增大比例系數(shù)，加快響應(yīng)速度；調(diào)整積分時(shí)間，消除穩(wěn)態(tài)誤差；根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)微分時(shí)間，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)思路：利用單片