《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》

部分課后作業(yè)輔導

9/10/20231課后作業(yè)輔導課后作業(yè)輔導給出本教材各章部分習題的提示、難點解釋以及與解題有關(guān)的實物照片、電路演示等。9/10/20232作業(yè)輔導說明為了使學生學完本書后能獲得作為科研、工業(yè)領(lǐng)域第一線技術(shù)員或技術(shù)工人所必須掌握的傳感器、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)等方面的基本原理和應用技術(shù)

，本教材每章均附有啟發(fā)性的思考題及應用型習題，供普通中等職業(yè)技術(shù)學校的機、電類專業(yè)學生鞏固、復習和提高。本教材的作業(yè)著眼于工業(yè)、科研、生活中常用傳感器的工作原理、測量轉(zhuǎn)換電路及傳感器的接線、選型、調(diào)試、傳感器的綜合應用等，解決實際問題的基本能力。為了讓讀者更好地完成作業(yè)，我們編寫了以下的作業(yè)輔導，希望能對讀者有所幫助。9/10/20233第一章作業(yè)

P14：6.用一臺3位半（或稱3?位）、精度為0.5級（已包含最后一位的+1誤差）的數(shù)字式電子溫度計，測量汽輪機高壓蒸汽的溫度，數(shù)字面板上顯示出如圖所示的數(shù)值。假設其最后一位即為分辨力，求該儀表的……

9/10/20234解析：

關(guān)于數(shù)字表顯示位及位數(shù)的概念介紹

數(shù)字多用表（DigitalMultimeter,簡稱DMM）的顯示位數(shù)目前一般為3位~8?位（即8位半，以下同）。具體地說，有3位、3?位、32/3位、33/4位、4?位、43/4位、5?位、6?位、7?位、8?位等。最近國外還推出83/4位、10?位等規(guī)格，使數(shù)字測量向更高精確度沖刺。數(shù)字表位數(shù)的提高涉及穩(wěn)定性、抗干擾等諸多技術(shù)問題，A/D轉(zhuǎn)換器只是其中的一個環(huán)節(jié)，能否真正達到額定的準確度，還必須掌握正確的使用方法。9/10/20235判定數(shù)字儀表位數(shù)的兩條原則

1.能顯示0~9所有數(shù)字的“位”是“整位”；

2.分數(shù)位的判定：在最大顯示值中，以最高位所能顯示的數(shù)值作為分子，用滿量程的最高位作為分母。例如，當某一數(shù)字表最大顯示值為±1999

（不考慮小數(shù)點），滿量程計數(shù)值為±2000時，則它共有3個整位。最高位只能顯示1，滿量程最高位為2，所以它是3?位表。9/10/20236判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）又如，一臺數(shù)字表最大值為2999，滿量程為3000，則它是32/3位表；右下圖所示的溫度數(shù)字表最大值為399，滿量程為400，則它是23/4位表。9/10/20237判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）再如，一臺如右圖的數(shù)字電壓表，其最大顯示值為399.9V，最高位只能顯示0、1、2、3這四個數(shù)字（有時0不予顯示），所以它是33/4位表。用普通的3?位DMM測量220V或380V工頻電壓時，量程必須選擇700VAC檔；相比之下，使用33/4位的DMM只需選擇400VAC檔，準確度優(yōu)于700VAC檔，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了許多。9/10/20238判定數(shù)字儀表位數(shù)的練習請判斷下圖數(shù)字表的位數(shù)9/10/20239解析：分辨力分辨力是指儀器能檢出和顯示被測信號的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當被測量的變化小于分辨力時，傳感器對輸入量的變化無任何反應。對數(shù)字儀表而言，如果沒有其他附加說明，一般可以認為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。一般地說，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對誤差。例如，下圖所示的數(shù)字式溫度計分辨力為0.1℃，若該儀表的精度為1.0級，則最大絕對誤差將達到±2.0℃，與分辨力相比差得多。

在右圖中，溫度每變化0.1℃，數(shù)字表就能跳變1個字，這個溫度的相對變化基本上是可信的，但該數(shù)字表所顯示的絕對數(shù)值是有較大誤差的。9/10/202310解析：分辨率數(shù)字表的最大示值的倒數(shù)為數(shù)字表的分辨率。例如，3?位表的最大示值為1999，則分辨率為：

1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%

即萬分之五。

請判斷右圖數(shù)字表的位數(shù)、分辨力及分辨率。儀表背面的接線端子9/10/202311判斷數(shù)字表的位數(shù)、

分辨力及分辨率（續(xù)）9/10/202312判斷數(shù)字表的位數(shù)、

分辨力及分辨率（續(xù)）9/10/202313解析：作圖法求靈敏度的過程

7.某自來水廠有一臺測量流量的儀表，測量范圍為0～10m3/s，輸入輸出特性曲線如下圖所示，請用作圖法求該儀表在1m3/s和7m3/s時的靈敏度K1、K2，和該儀表的端基線性度。

分別過1m3/s和7m3/s點作切線，得到以Δx

和Δy為邊的三角形，利用下式得到靈敏度K。17q/（m3/s）9/10/202314作圖法求靈敏度的過程（續(xù)）xyx1ΔxΔy0切點傳感器特性曲線xmax9/10/202315

P14：8.下圖是射擊彈著點示意圖，請你分別說出圖a、b、c各是什么原因造成的，應如何克服？

偏差特別大彈著點接近正態(tài)分布彈著點均偏向右上側(cè)9/10/202316第二章作業(yè)荷重傳感器計算

P41：2.有一如圖2-11所示的荷重傳感器，當橋路電壓Ｕi為12V、額定荷重時的輸出電壓Uom為24mV時，求：……FR4R1R29/10/202317荷重傳感器計算公式

當KF為常數(shù)時，橋路所加的激勵源電壓Ui

越高，滿量程輸出電壓Uom也越高。（1）Fm=20kN；（2）U10kN=12mV9/10/202318荷重傳感器演示9/10/202319

P41：3.有一個金屬熱電阻，分度號為Pt100，采用不平衡電橋，求：

……計算t=40

C時電橋的開路輸出電壓Uo使用下式:也可以使用分壓比公式:9/10/202320氣泡式水平儀的結(jié)構(gòu)及外形

P41：4.

密封的玻璃內(nèi)充入導電液體，中間保留一個小氣泡。玻璃管兩端各引出一根不銹鋼電極。在玻璃管中間對稱位置的下方引出一個不銹鋼公共電極。請……氣泡氣泡不銹鋼電極之間應采用交流（例如50H或400Hz）供電。若使用直流電壓，將使水分子電離，性能變壞。

9/10/202321氣泡式水平儀的結(jié)構(gòu)及外形在玻璃管里燒結(jié)4個不銹鋼電極9/10/202322P43：6.熱絲式氣體流速（流量）儀提示常規(guī)小氣象站使用三葉風杯測量風速，使用三角風標測量風向。測量風向的風標

測量風速的三葉風杯手持式風速儀多采用葉輪9/10/202323利用熱絲測量氣體流速（流量）內(nèi)置鉑金熱絲風9/10/202324利用熱絲測量氣體流速（流量）內(nèi)置加熱到上百度的鉑金絲

做試驗時，可用拇指式小型燈泡中的鎢絲代替鉑金絲。風鉑金絲接入惠斯登電橋9/10/202325P43：7.自動吸排油煙機圖2-35為自動吸排油煙機原理框圖，請……可燃性氣敏傳感器不間斷地測量廚房中煤氣或油煙的濃度。輸出電壓與設定植比較，若超標，就令晶閘管啟動吸排油煙機。

煤氣或油煙被吸入9/10/202326第三章作業(yè)解析

55：3.元器件及儀表連線有一臺兩線制壓力變送器，量程范圍為0~1MPa，對應的輸出電流為4~20mA。請將下圖中的各元器件及儀表正確地連接起來。（注意：Uo一定要從取樣電阻兩端取出?。?/10/202327壓力變送器接線演示接地Uo9/10/202328

P68：4.用一電渦流式測振儀測量某機器主軸的軸向竄動，已知傳感器的靈敏度為25mV/mm。最大線性范圍（優(yōu)于1%）為5mm。現(xiàn)將傳感器安裝在主軸的右側(cè)，使用高速記錄儀記錄下的振動波形如圖所示。問……

電渦流式測振探頭的安裝安裝距離l電路電路軸向竄動

為了得到較好的線性度與最大的測量范圍，測振探頭與被測金屬的安裝距離l為線性范圍的1/2。第四章作業(yè)解析9/10/202329請依據(jù)振動波形及x、y軸的參數(shù)判斷振幅和周期9/10/202330各種振動波形演示

（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料）9/10/202331P68：3.汽車、自行車速度及里程的測量工業(yè)或汽車中經(jīng)常需要測量運動部件的轉(zhuǎn)速、直線速度及累計行程等參數(shù)?，F(xiàn)以大家都較熟悉的自行車的車速及累計公里數(shù)測量為例……

出租車計價器外形電動助動車儀表盤外形9/10/202332可參考汽車速度的測量原理

與車輪聯(lián)動9/10/202333自行車速度、里程測量儀表設計注意事項

1.觀察自行車的結(jié)構(gòu)可知，車速及公里數(shù)與車輪的直徑及轉(zhuǎn)速成正比，因此應將注意力集中到自行車的前、后輪上。設車輪的直徑為D（m），則周長l=πD，車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)即為自行車行駛距離的基本參數(shù)。若轉(zhuǎn)動圈數(shù)為N，則累計路程L=Nl=NπD

；若每分鐘轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為n（n=

N/t，圈/分鐘）則車速v=60nl/1000(km/h)=0.06n

πD(km/h)。

2.車輪的鋼絲輻條是等間隔排列的，應能給我們帶來啟示。設輻條數(shù)為p，每產(chǎn)生p個脈沖，就意味車輪轉(zhuǎn)了一圈。對傳感器測得的輻條數(shù)脈沖進行計數(shù)，可得到累計數(shù)Np

，則車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)N=Np/p

。我們也可以對氣門芯從傳感器面前掠過的次數(shù)進行計數(shù)，從而也可以得到里程，計算公式請自行推導。

3.傳感器可選用電渦流或干簧管、霍爾等傳感器。在學習了本書第四章、第八章、第十章和第十一章后，讀者可以考慮多種設計思路。9/10/202334傳感器在自行車測速及里程測量中的應用非接觸傳感器的安裝位置顯示器的安裝位置干簧管

磁鐵N9/10/202335第五章作業(yè)解析1－儲液罐2－液面3－玻璃連通器4－鋼質(zhì)直角接頭5－不銹鋼圓環(huán)6－101段LED

光柱

P82：2．利用分段電容傳感器測量液位的光柱顯示編碼式液位計原理示意圖如圖5-16所示。玻璃連通器3的外圓壁上等間隔地套著n個不銹鋼圓環(huán)，顯示器采用101線LED光柱（第一線常亮，作為電源指示）9/10/202336作業(yè)提示1）該方法屬于變面積式。2）被測液體必須是導電液體。3）該液位計的分辨率=1/32=3.125%；分辨力=8m/32=0.25m。4）則當液體上升到第8個不銹鋼圓環(huán)的高度時，共有25+1=26線LED（包括電源指示燈）被點亮。

9/10/202337第六章作業(yè)解析

P93：3.粘度計：請分析該粘度計的工作原理……

液體的粘性越大，對振動板的阻力就越大，振動板的振幅就越小，所以它的振動加速度就越小，因此質(zhì)量塊對壓電片所施加的慣性力也就越小，壓電片的輸出電荷量Q或電壓uo也越小，壓電片的輸出電壓反映了液體的粘度。

測量旋轉(zhuǎn)板的阻力，也可以計算出液體的粘度，利用這種原理制造的儀器稱為旋轉(zhuǎn)式粘度計。將旋轉(zhuǎn)板改成振動板，再加上壓電片等元件就成為振動式粘度計。旋轉(zhuǎn)式粘度計9/10/202338P93：4公路智能交通監(jiān)測

5.PVDF壓電電纜測速原理圖如圖6-31所示。兩根高分子壓電電纜（外形見6-7b）相距L=2m，平行埋設于柏油公路的路面下約50mm。它們可以用來測量車速及汽車的的超重，并根據(jù)存儲在計算機內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車的車型。

9/10/202339高分子壓電電纜用于公路智能交通監(jiān)測演示9/10/202340第七章作業(yè)

P107：3.汽車倒車防碰裝置：汽車倒車防碰裝置如下圖，請根據(jù)學過的知識，分析該裝置的工作原理……倒車聲納雷達示意圖障礙物障礙物9/10/202341汽車倒車防碰雷達倒車雷達主機五彩圓弧倒車雷達顯示器距離（0.3m）9/10/202342第八章作業(yè)解析霍爾電流傳感器

P118：2.請分析霍爾式交直流鉗型表的結(jié)構(gòu)及原理……磁力線磁力線9/10/202343霍爾電流傳感器原理及使用

提示：載流導線被夾持在電流傳感器的鐵芯中，導線上的電流越大，產(chǎn)生的磁感應強度B也越大，霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電勢與被測導線中的電流成正比。直流和交流電流均可產(chǎn)生霍爾電勢，所以霍爾電流傳感器有取代電流互感器的趨勢?；魻栯娏鱾鞲衅鳒y量電動機相電流按下開關(guān)9/10/202344關(guān)于匝數(shù)比與一次側(cè)電流/二次側(cè)電流若霍爾電流變送器的額定匝數(shù)比為1/1000，額定電流值為100A，則二次側(cè)額定電流為100÷1000=0.1A；若測得二次側(cè)額定電流為0.05A，則被測電流為(0.05/0.1)×100A=50A。在霍爾電流傳感器中，NP被定義為“一次測線圈”的匝數(shù)，一般取NP=1；NS為廠家所設定的“二次側(cè)線圈的匝數(shù)”。因此有：

依據(jù)霍爾電流傳感器的額定技術(shù)參數(shù)和輸出電流IS就可以計算得到被測電流。9/10/202345第九章作業(yè)解析

1.3）測量鋼水、鋼退火爐的溫度，熱電偶宜選擇……

鉑銠13-鉑以及鉑銠10-鉑的測溫上限為1700℃，適合于鋼水的測量；而鎳鉻-鎳硅在鋼水中將很快熔化，只適合于1370℃以下的測量。9/10/202346熱電偶分度號的選擇鋼水的溫度約1400℃左右退火爐的溫度約500~1000℃9/10/202347熱電偶用于

鋼鐵工業(yè)測溫實驗室鋼水的澆注鋼板的退火爐溫度控制9/10/202348鋼水快速測溫方法在煉鋼廠中，有時直接將熱電極（例如鉑銠10-鉑快速測溫熱偶絲）插入鋼水中測量鋼水溫度。

快速鋼水測溫儀9/10/202349第十章作業(yè)解析

P152：1.8）超市收銀臺用激光掃描器檢測商品的條形碼、檢測復印機走紙故障（兩張重疊，變厚，透光性變差）、洗手間紅外反射式干手機分別是利用光電傳感器檢測原理中的……

激光掃描器發(fā)出激光并被條形碼反射9/10/202350干手機的原理及使用干手機發(fā)出紅外光，并被手所反射，從而啟動熱風裝置9/10/202351第十一章作業(yè)解析

P167：3．下圖所示為人體身高和體重測量裝置，請分析填空并列式計算……踏板內(nèi)安裝有荷重傳感器壓板內(nèi)安裝有壓電傳感器，以判斷是否觸及頭部測量柱內(nèi)安裝有電動機、減速傳動皮帶輪及角位移傳感器身高；1.6m體重：70kg

超重！9/10/202352解題提示

1.首先考慮如何稱重。比較經(jīng)濟的選擇是荷重傳感器等接觸式傳感器。

2.測量身高比較經(jīng)濟的選擇是接觸式傳感器?？紤]到每個人的身高均不同，必須設置運動部件（壓板），使之從高到低下降，最后觸及頭部。

3.當壓板碰及頭部時，接觸力使傳感器產(chǎn)生“停止”信號。

4.當單片機接收到“停止”信號后，計算出壓板的直線位移量。通常用電動機來帶動皮帶輪，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線位移。因此只要測出皮帶輪的直徑以及旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)及角度，就可以知道壓板的位移量。

5.皮帶輪的角位移可用增量式角編碼器來測量。設角編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生N個脈沖，共測得m個脈沖，可知角編碼器共轉(zhuǎn)過m/N圈。設皮帶輪的的直徑為D，則壓板的位移x為：

x=πD（

m/N）

6.人的身高h等于壓板的原位高度h0減去壓板的位移x

。9/10/202353解題提示（續(xù)）

7.設傳動輪的減速比為1：10（即大、小皮帶輪的直徑D1：D2=1：10），則電動機每轉(zhuǎn)一圈，皮帶輪轉(zhuǎn)了1/10圈。

8.若光電編碼器的參數(shù)為1000p/r，則電動機每轉(zhuǎn)動一圈，光電編碼器產(chǎn)生1000個脈沖。

9.設皮帶輪的直徑D=0.1m，則皮帶輪每轉(zhuǎn)一圈，標