传感器_6.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,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,1/14/2026,1,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。,1/14/2026,2,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。,1/14/2026,3,第一章作业,P20,：,4.,用一台,3,位半（或称,3,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,1/14/2026,4,解析：关于数字表显示位及,位,数,的概念,介绍,数字多用表（,Digital,Multimeter,简称,DMM,）,的显示位数目前一般为,3,位,8,位,（即,8,位半，以下同,）。,具体地说，有,3,位、,3,位、,3 2/3,位、,3 3/4,位、,4,位、,4 3/4,位、,5,位、,6,位、,7,位、,8,位等。最近国外还推出,8 3/4,位、,10,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。,1/14/2026,5,判定数字仪表位数的两条原则,1.,能显示,09,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,3,位表,。,1/14/2026,6,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,3 2/3,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,2 3/4,位表。,1/14/2026,7,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,3 3/4,位表。,用普通的,3,位,DMM,测量,220V,或,380V,工频电压,时，量程必须选择,700V AC,档,；相比之下，,使用,3 3/4,位的,DMM,只需选择,400V AC,档,，准确度优于,700V AC,档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。,1/14/2026,8,判定数字仪表位数的练习,请判断下图数字表的位数,1/14/2026,9,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,。,1/14/2026,10,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，,3,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,1/14/2026,11,判断数字表的位数、,分辨力,及,分辨率（续）,1/14/2026,12,判断数字表的位数、,分辨力,及,分辨率（续）,1/14/2026,13,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,0,10m,3,/s,，,输入输出特性曲线如下图所示，请用作图法求该仪表在,1m,3,/s,和,7m,3,/s,时的灵敏度,K,1,、,K,2,，,和该仪表的端基线性度。,分别过,1m,3,/s,和,7m,3,/s,点作切线，得到以,x,和,y,为边的三角形，利用下式得到灵敏度,K,。,1,7,q/（m,3,/s）,1/14/2026,14,作图法求灵敏度的过程（续）,x,y,x,1,x,y,0,切点,传感器 特性曲线,x,max,1/14/2026,15,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,1/14/2026,16,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i为12V、额定荷重时的输出电压Uom为24mV时，求：,F,R,4,R,1,R,2,1/14/2026,17,荷重传感器计算公式,当,K,F,为常数时，桥路所加的激励源电压,U,i,越,高，满量程输出电压,U,om,也越高。,（,1,）,F,m,=20kN,；（,2,）,U,10kN,=12mV,1/14/2026,18,荷重传感器演示,1/14/2026,19,P41,：,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,U,o,使用下式,:,也可以使用,分压比公式,:,1/14/2026,20,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。,1/14/2026,21,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,1/14/2026,22,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,1/14/2026,23,利用热丝测量气体流速（流量）,内置铂金热丝,风,1/14/2026,24,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,1/14/2026,25,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,1/14/2026,26,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,01MPa,，,对应的输出电流为,420mA,。,请将下图中的各元器件及仪表正确地连接起来。,（注意：,U,o,一定要从取样电阻两端取出！）,1/14/2026,27,压力变送器接线演示,接地,U,o,1/14/2026,28,P68,：,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,1/14/2026,29,请依据振动波形及,x,、,y,轴的参数判断振幅和周期,1/14/2026,30,各种振动波形演示,（参考东方振动和噪声技术研究所资料）,1/14/2026,31,P68,：,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,1/14/2026,32,可参考汽车速度的测量原理,与车轮联动,1/14/2026,33,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,=,D,，,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,=,ND,；,若每分钟转动的圈数为,n,（,n=,N,/,t,，圈,/,分钟）则车速,v,=60,nl,/1000(km/h)=0.06,n,D,(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,N,p,，,则车轮转过的圈数,N,=,N,p,/,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。,1/14/2026,34,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,N,1/14/2026,35,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）,1/14/2026,36,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。,1/14/2026,37,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,u,o,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,1/14/2026,38,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。,1/14/2026,39,高分子压电电缆用于,公路智能交通监测演示,1/14/2026,40,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,1/14/2026,41,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,）,1/14/2026,42,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,1/14/2026,43,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,1/14/2026,44,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,1001000=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，,N,P,被定义为“一次测线圈”的匝数，一般取,N,P=1,；,N,S,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,I,S,就可以计算得到被测电流。,1/14/2026,45,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,17,00,，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。,1/14/2026,46,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,5001000,1/14/2026,47,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,1/14/2026,48,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,1/14/2026,49,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,1/14/2026,50,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,1/14/2026,51,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！,1/14/2026,52,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,=,D,（,m,/,N,）,6.,人的身高,h,等于压板的原位高度,h,0,减去压板的位移,x,。,1/14/2026,53,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,D,1,：,D,2,=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,D=0.1m,，,则皮带轮每转一圈，标杆上升或下降,0.314m,。,电动机每转一圈，标杆上升或下降,了,0.0314m,。,每测得一个光电编码器产生的脉冲，就说明标杆上升或下降,了（,0.0314/1000,）,m,。,10.,设标杆原位（基准位置）距踏脚平面的高度,h,0,=2.2m,，,当标杆从图中的原位下移碰到人的头部时，位移量为,0.5,m,，,则该人的身高,h,=2.2-,0.5,m=1.7m,。,1/14/2026,54,设计完成的人体身高和体重测量仪外形,1/14/2026,55,第十二章作业解析,P182,：,1.1,）测得某检测仪表的输入信号中，有用信号为,20mV,，,干扰电压亦为,20mV,，,则此时的信噪比为,提示：,有用信号,电压,干扰电压,时，,信噪比,0db,；,有用信号,电压,干扰电压,时，,信噪比,0db,；,有用信号,电压,干扰电压,时，,信噪比,=0db,。,在检测系统中，噪声并不仅仅是指喇叭发出的干扰！若使,干扰电压,减小到原来的,1/10,，则,信噪比,的分贝数就提高为原来的,20,倍，提高,信噪比,是工程人员的重要任务。,1/14/2026,56,环境噪声及测试,噪声频谱,减小噪声,1/10,后的频谱,声级计,1/14/2026,57,第十三章作业解析,P208:1.3,）在图,13-6,中，计算机向多路模拟采样开关发出的地址为,0000,，则,_,K,_,热电偶的信号被选通到仪用放大器，并进行,A/D,转换。,A,R B,B C,YSH D,K,提示：,多路模拟采样开关发出的地址为,0000,，则地址译码器的第一路输出,Y,0,被选通，从图,13-6,可以看出，预热带的,K,热电偶的热电动势被送到仪表放大器。,1/14/2026,58,累了，出去活动一下,1/14/2026,59,