机械工业出版社课件

机械工业出版社

中等职业教育电气类规划教材

《自动检测与转换技术》

部分课后作业辅导

多媒体课件

2009－5－1更新8/12/20231机械工业出版社

中等职业教育电气类规划教材

《自动检测与转课后作业辅导课后作业辅导给出本教材各章部分习题的提示、难点解释以及与解题有关的实物照片、电路演示等。8/12/20232课后作业辅导课后作业辅导给出本教材各章部分习题的提示、难点解作业辅导说明为了使学生学完本书后能获得作为科研、工业领域第一线技术员或技术工人所必须掌握的传感器、现代检测系统等方面的基本原理和应用技术

，本教材每章均附有启发性的思考题及应用型习题，供普通中等职业技术学校的机、电类专业学生巩固、复习和提高。本教材的作业着眼于工业、科研、生活中常用传感器的工作原理、测量转换电路及传感器的接线、选型、调试、传感器的综合应用等，解决实际问题的基本能力。为了让读者更好地完成作业，我们编写了以下的作业辅导，希望能对读者有所帮助。8/12/20233作业辅导说明为了使学生学完本书后能获得作为科研、工业第一章作业P20：4.用一台3位半（或称3½位）、精度为0.5级（已包含最后一位的+1误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的……

8/12/20234第一章作业P20：4.用一台3位半（解析：

关于数字表显示位及位数的概念介绍

数字多用表（DigitalMultimeter,简称DMM）的显示位数目前一般为3位~8½位（即8位半，以下同）。具体地说，有3位、3½位、32/3位、33/4位、4½位、43/4位、5½位、6½位、7½位、8½位等。最近国外还推出83/4位、10½位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题，A/D转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的准确度，还必须掌握正确的使用方法。8/12/20235解析：

关于数字表显示位及位数的概念介绍数字多用表判定数字仪表位数的两条原则1.能显示0~9所有数字的“位”是“整位”；2.分数位的判定：在最大显示值中，以最高位所能显示的数值作为分子，用满量程的最高位作为分母。例如，当某一数字表最大显示值为±1999（不考虑小数点），满量程计数值为±2000时，则它共有3个整位。最高位只能显示1，满量程最高位为2，所以它是3½位表。8/12/20236判定数字仪表位数的两条原则1.能显示判定数字仪表位数（续）又如，一台数字表最大值为2999，满量程为3000，则它是32/3位表；右下图所示的温度数字表最大值为399，满量程为400，则它是23/4位表。8/12/20237判定数字仪表位数（续）又如，一台数字表最大值为2判定数字仪表位数（续）再如，一台如右图的数字电压表，其最大显示值为399.9V，最高位只能显示0、1、2、3这四个数字（有时0不予显示），所以它是33/4位表。用普通的3½位DMM测量220V或380V工频电压时，量程必须选择700VAC档；相比之下，使用33/4位的DMM只需选择400VAC档，准确度优于700VAC档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。8/12/20238判定数字仪表位数（续）再如，一台如右图的数字电压判定数字仪表位数的练习请判断下图数字表的位数8/12/20239判定数字仪表位数的练习请判断下图数字表的位数8/1/2023解析：分辨力分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为0.1℃，若该仪表的精度为1.0级，则最大绝对误差将达到±2.0℃，与分辨力相比差得多。

在右图中，温度每变化0.1℃，数字表就能跳变1个字，这个温度的相对变化基本上是可信的，但该数字表所显示的绝对数值是有较大误差的。8/12/202310解析：分辨力分辨力是指仪器能检出和显解析：分辨率数字表的最大示值的倒数为数字表的分辨率。例如，3½位表的最大示值为1999，则分辨率为：1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%即万分之五。

请判断右图数字表的位数、分辨力及分辨率。仪表背面的接线端子8/12/202311解析：分辨率数字表的最大示值的倒数为判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）8/12/202312判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）8/1/202312判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）8/12/202313判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）8/1/202313解析：作图法求灵敏度的过程8.某自来水厂有一台测量流量的仪表，测量范围为0～10m3/s，输入输出特性曲线如下图所示，请用作图法求该仪表在1m3/s和7m3/s时的灵敏度K1、K2，和该仪表的端基线性度。

分别过1m3/s和7m3/s点作切线，得到以Δx和Δy为边的三角形，利用下式得到灵敏度K。17q/（m3/s）8/12/202314解析：作图法求灵敏度的过程8.某自作图法求灵敏度的过程（续）xyx1ΔxΔy0切点传感器特性曲线xmax8/12/202315作图法求灵敏度的过程（续）xyx1ΔxΔy0切点传感器P20：5.下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图a、b、c各是什么原因造成的，应如何克服？

偏差特别大弹着点接近正态分布弹着点均偏向右上侧8/12/202316P20：5.下图是射击弹着点示意图，请你分别说出图a、b第二章作业荷重传感器计算P41：2.有一如图2-11所示的荷重传感器，当桥路电压Ｕi为12V、额定荷重时的输出电压Uom为24mV时，求：……FR4R1R28/12/202317第二章作业荷重传感器计算P41：2.有一如图2荷重传感器计算公式

当KF为常数时，桥路所加的激励源电压Ui越高，满量程输出电压Uom也越高。（1）Fm=20kN；（2）U10kN=12mV8/12/202318荷重传感器计算公式当KF为常数时，荷重传感器演示8/12/202319荷重传感器演示8/1/202319P41：3.有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用不平衡电桥，求：……计算t=40

C时电桥的开路输出电压Uo使用下式:也可以使用分压比公式:8/12/202320P41：3.有一个金属热电阻，分度号为Pt100，气泡式水平仪的结构及外形

P41：4.密封的玻璃内充入导电液体，中间保留一个小气泡。玻璃管两端各引出一根不锈钢电极。在玻璃管中间对称位置的下方引出一个不锈钢公共电极。请……气泡气泡不锈钢电极之间应采用交流（例如50H或400Hz）供电。若使用直流电压，将使水分子电离，性能变坏。

8/12/202321气泡式水平仪的结构及外形P41：4.密封的玻璃气泡式水平仪的结构及外形在玻璃管里烧结4个不锈钢电极8/12/202322气泡式水平仪的结构及外形在玻璃管里烧结4个不锈钢电极P43：6.热丝式气体流速（流量）仪提示常规小气象站使用三叶风杯测量风速，使用三角风标测量风向。测量风向的风标

测量风速的三叶风杯手持式风速仪多采用叶轮8/12/202323P43：6.热丝式气体流速（流量）仪提示常规小气利用热丝测量气体流速（流量）内置铂金热丝风8/12/202324利用热丝测量气体流速（流量）内置铂金热丝风8/1/20232利用热丝测量气体流速（流量）内置加热到上百度的铂金丝

做试验时，可用拇指式小型灯泡中的钨丝代替铂金丝。风铂金丝接入惠斯登电桥8/12/202325利用热丝测量气体流速（流量）内置加热到上百度的铂金P43：7.自动吸排油烟机图2-35为自动吸排油烟机原理框图，请……可燃性气敏传感器不间断地测量厨房中煤气或油烟的浓度。输出电压与设定植比较，若超标，就令晶闸管启动吸排油烟机。

煤气或油烟被吸入8/12/202326P43：7.自动吸排油烟机图2-35为自动吸排油烟机原理框图第三章作业解析55：3.元器件及仪表连线有一台两线制压力变送器，量程范围为0~1MPa，对应的输出电流为4~20mA。请将下图中的各元器件及仪表正确地连接起来。（注意：Uo一定要从取样电阻两端取出！）8/12/202327第三章作业解析55：3.元器件及仪表连线8/1/2压力变送器接线演示接地Uo8/12/202328压力变送器接线演示接地Uo8/1/202328P68：4.用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵敏度为25mV/mm。最大线性范围（优于1%）为5mm。现将传感器安装在主轴的右侧，使用高速记录仪记录下的振动波形如图所示。问……

电涡流式测振探头的安装安装距离l电路电路轴向窜动

为了得到较好的线性度与最大的测量范围，测振探头与被测金属的安装距离l为线性范围的1/2。第四章作业解析8/12/202329P68：4.用一电涡流式测振仪测请依据振动波形及x、y轴的参数判断振幅和周期8/12/202330请依据振动波形及x、y轴的参数判断振幅和周期8/1/2023各种振动波形演示

（参考东方振动和噪声技术研究所资料）8/12/202331各种振动波形演示

（参考东方振动和噪声技术研究所资料）8/1P68：3.汽车、自行车速度及里程的测量工业或汽车中经常需要测量运动部件的转速、直线速度及累计行程等参数。现以大家都较熟悉的自行车的车速及累计公里数测量为例……

出租车计价器外形电动助动车仪表盘外形8/12/202332P68：3.汽车、自行车速度及里程的测量可参考汽车速度的测量原理

与车轮联动8/12/202333可参考汽车速度的测量原理与车轮自行车速度、里程测量仪表设计注意事项

1.观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及转速成正比，因此应将注意力集中到自行车的前、后轮上。设车轮的直径为D（m），则周长l=πD，车轮转动的圈数即为自行车行驶距离的基本参数。若转动圈数为N，则累计路程L=Nl=NπD；若每分钟转动的圈数为n（n=

N/t，圈/分钟）则车速v=60nl/1000(km/h)=0.06n

πD(km/h)。2.车轮的钢丝辐条是等间隔排列的，应能给我们带来启示。设辐条数为p，每产生p个脉冲，就意味车轮转了一圈。对传感器测得的辐条数脉冲进行计数，可得到累计数Np，则车轮转过的圈数N=Np/p

。我们也可以对气门芯从传感器面前掠过的次数进行计数，从而也可以得到里程，计算公式请自行推导。3.传感器可选用电涡流或干簧管、霍尔等传感器。在学习了本书第四章、第八章、第十章和第十一章后，读者可以考虑多种设计思路。8/12/202334自行车速度、里程测量仪表设计注意事项传感器在自行车测速及里程测量中的应用非接触传感器的安装位置显示器的安装位置干簧管磁铁N8/12/202335传感器在自行车测速及里程测量中的应用非接触传感器的安装位置显第五章作业解析1－储液罐2－液面3－玻璃连通器4－钢质直角接头5－不锈钢圆环6－101段LED光柱

P82：2．利用分段电容传感器测量液位的光柱显示编码式液位计原理示意图如图5-16所示。玻璃连通器3的外圆壁上等间隔地套着n个不锈钢圆环，显示器采用101线LED光柱（第一线常亮，作为电源指示）8/12/202336第五章作业解析1－储液罐P82：2．利用分段电容传感器作业提示1）该方法属于变面积式。2）被测液体必须是导电液体。3）该液位计的分辨率=1/32=3.125%；分辨力=8m/32=0.25m。4）则当液体上升到第8个不锈钢圆环的高度时，共有25+1=26线LED（包括电源指示灯）被点亮。

8/12/202337作业提示1）该方法属于变面积式。8/1/202337第六章作业解析P93：3.粘度计：请分析该粘度计的工作原理……

液体的粘性越大，对振动板的阻力就越大，振动板的振幅就越小，所以它的振动加速度就越小，因此质量块对压电片所施加的惯性力也就越小，压电片的输出电荷量Q或电压uo也越小，压电片的输出电压反映了液体的粘度。

测量旋转板的阻力，也可以计算出液体的粘度，利用这种原理制造的仪器称为旋转式粘度计。将旋转板改成振动板，再加上压电片等元件就成为振动式粘度计。旋转式粘度计8/12/202338第六章作业解析P93：3.粘度计：请分析该粘度计的工P93：4公路智能交通监测5.PVDF压电电缆测速原理图如图6-31所示。两根高分子压电电缆（外形见6-7b）相距L=2m，平行埋设于柏油公路的路面下约50mm。它们可以用来测量车速及汽车的的超重，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。

8/12/202339P93：4公路智能交通监测5.PVD高分子压电电缆用于公路智能交通监测演示8/12/202340高分子压电电缆用于公路智能交通监测演示8/1/202340第七章作业P107：3.汽车倒车防碰装置：汽车倒车防碰装置如下图，请根据学过的知识，分析该装置的工作原理……倒车声纳雷达示意图障碍物障碍物8/12/202341第七章作业P107：3.汽车倒车防碰装置：汽车倒汽车倒车防碰雷达倒车雷达主机五彩圆弧倒车雷达显示器距离（0.3m）8/12/202342汽车倒车防碰雷达倒车雷达主机五彩圆弧倒车雷达显示器距离（0.第八章作业解析霍尔电流传感器P118：2.请分析霍尔式交直流钳型表的结构及原理……磁力线磁力线8/12/202343第八章作业解析霍尔电流传感器P118：2.请分析霍尔霍尔电流传感器原理及使用

提示：载流导线被夹持在电流传感器的铁芯中，导线上的电流越大，产生的磁感应强度B也越大，霍尔元件产生的霍尔电势与被测导线中的电流成正比。直流和交流电流均可产生霍尔电势，所以霍尔电流传感器有取代电流互感器的趋势。霍尔电流传感器测量电动机相电流按下开关8/12/202344霍尔电流传感器原理及使用提示：载流导线被夹持在电流关于匝数比与一次侧电流/二次侧电流若霍尔电流变送器的额定匝数比为1/1000，额定电流值为100A，则二次侧额定电流为100÷1000=0.1A；若测得二次侧额定电流为0.05A，则被测电流为(0.05/0.1)×100A=50A。在霍尔电流传感器中，NP被定义为“一次测线圈”的匝数，一般取NP=1；NS为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数”。因此有：

依据霍尔电流传感器的额定技术参数和输出电流IS就可以计算得到被测电流。8/12/202345关于匝数比与一次侧电流/二次侧电流若霍尔电流变送器的额定匝数第九章作业解析1.3）测量钢水、钢退火炉的温度，热电偶宜选择……

铂铑13-铂以及铂铑10-铂的测温上限为1700℃，适合于钢水的测量；而镍铬-镍硅在钢水中将很快熔化，只适合于1370℃以下的测量。8/12/202346第九章作业解析1.3）测量钢水、钢退火炉的热电偶分度号的选择钢水的温度约1400℃左右退火炉的温度约500~1000℃8/12/202347热电偶分度号的选择钢水的温度约1400℃左右退火炉的温度约5热电偶用于

钢铁工业测温实验室钢水的浇注钢板的退火炉温度控制8/12/202348热电偶用于

钢铁工业测温实验室钢水的浇注钢板的退火炉温度控制钢水快速测温方法在炼钢厂中，有时直接将热电极（例如铂铑10-铂快速测温热偶丝）插入钢水中测量钢水温度。快速钢水测温仪8/12/202349钢水快速测温方法在炼钢厂中，有时直接将热电极（例第十章作业解析P152：1.8）超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码、检测复印机走纸故障（两张重叠，变厚，透光性变差）、洗手间红外反射式干手机分别是利用光电传感器检测原理中的……

激光扫描器发出激光并被条形码反射8/12/202350第十章作业解析P152：1.8）超市收银台用激光干手机的原理及使用干手机发出红外光，并被手所反射，从而启动热风装置8/12/202351干手机的原理及使用干手机发出红外光，并被手所反射，从而第十一章作业解析P167：3．下图所示为人体身高和体重测量装置，请分析填空并列式计算……踏板内安装有荷重传感器压板内安装有压电传感器，以判断是否触及头部测量柱内安装有电动机、减速传动皮带轮及角位移传感器身高；1.6m体重：70kg超重！8/12/202352第十一章作业解析P167：3．下图所示为人体身高解题提示1.首先考虑如何称重。比较经济的选择是荷重传感器等接触式传感器。2.测量身高比较经济的选择是接触式传感器。考虑到每个人的身高均不同，必须设置运动部件（压板），使之从高到低下降，最后触及头部。3.当压板碰及头部时，接触力使传感器产生“停止”信号。4.当单片机接收到“停止”信号后，计算出压板的直线位移量。通常用电动机来带动皮带轮，将旋转运动转换成直线位移。因此只要测出皮带轮的直径以及旋转的圈数及角度，就可以知道压板的位移量。5.皮带轮的角位移可用增量式角编码器来测量。设角编码器每转一圈产生N个脉冲，共测得m个脉冲，可知角编码器共转过m/N圈。设皮带轮的的直径为D，则压板的位移x为：

x=πD（m/N）6.人的身高h等于压板的原位高度h0减去压板的位移x。8/12/202353解题提示1.首先考虑如何称重。比较经解题提示（续）7.设传动轮的减速比为1：10（即大、小皮带轮的直径D1：D2=1：10），则电动机每转一圈，皮带轮转了1/10圈。8.若光电编码器的参数为1000p/r，则电动机每转动一圈，光电编码器产生1000个脉冲。9.设皮带轮的直径