《自动检测与转换技术》自学与提高.ppt

1、2020/7/15,1,自动检测与 转换技术,自学与提高,2020/7/15,2,作业辅导,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。,2020/7/15,3,作业辅导说明,为了使学生学完本书后能获得作为生产第一线的技术、管理、维护和运行人员所必须掌握的传感器、自动检测系统和抗干扰技术等方面的基本知识和基本技能，本教材每章均附有启发性的思考题及应用型习题，供高职、高专的电类、自动化类、仪表仪器类、计算机、数控、机械、机电一体化、汽车、楼宇等专业的学生巩固、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选型

2、、调试、测量数据分析、传感器应用等解决实际问题的基本技能。为了让读者更好地完成作业及各种习题，我们编写了以下的作业辅导，希望能对读者有所帮助。,2020/7/15,4,第一章作业,6. 用一台3 位（俗称3位半或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,（提示见下页）,2020/7/15,5,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，以下同）。具体地说，有3位、3 位、3 2

3、/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精确度，还必须掌握正确的使用方法。,2020/7/15,6,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

4、程最高位为2，所以它是3 位表。,2020/7/15,7,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。,2020/7/15,8,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

5、档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。,2020/7/15,9,判定数字仪表位数的练习,请判断下图数字表的位数,2020/7/15,10,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。有时在没有其它附加说明的少数情况下，也可以认为分辨力就等于它的最大绝

6、对误差。,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。,2020/7/15,11,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： 1/19991/2000=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,2020/7/15,12,判断数字表的位数、分辨力及分辨率（续）,2020/7/15,13,判断数字表的位数、分辨力及分辨率（续）,2020/7/15,14,作图法求灵敏度的过程,7.有一台测量流量的仪表，

7、测量范围为010m3/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x 和y为边的三角形，利用下式得到灵敏度K 。,q/（m3/s）,作图法求灵敏度的过程（续）,x,y,x1,x,y,0,切点,传感器 特性曲线,xmax,2020/7/15,16,作图法求端基线性度的过程演示,将传感器输出起始点与满量程点连接起来的直线称为拟合直线或端基理论直线。找出传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差 Lmax， 再除以传感器量程，就得到L 。,1拟合直线y =ax+b 2实际特性曲线,

8、2020/7/15,17,9.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,2020/7/15,18,第二章作业,2.有一测量吊车起吊物质量的拉力传感器（吊钩秤），R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上，组成全桥，桥路电源为直流6V。请画出测量转换电路。,吊钩秤外形,桥路的邻边电阻受力状态必须相反,2020/7/15,19,荷重传感器计算,3.有一额定荷重为20103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V，桥路电压i为12V，求,F,R1,R2,R3,荷重传感器演示,2020/7/15,21

9、,热电阻外形,5. 有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用不平衡电桥，求： ,计算t=40C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。,2020/7/15,22,气泡式水平仪的结构及外形,6. 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50Hz）供电。若使用直流，会使水分子电离，性能变坏。,2020/7/15,23,8、9.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,

10、手持式风速仪多采用叶轮,2020/7/15,24,利用热丝测量气体流速（流量）,内置铂金热丝,2020/7/15,25,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。,铂金丝接入惠斯登电桥,2020/7/15,26,10.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,2020/7/15,27,11.圆盘式和直线式电位器传感器,下图分别为圆盘式和直线式电位器传感器的外形图，图2-37为直线式电位器传

11、感器的测量转换电路，查某直线式电位器传感器的产品说明书如下,运动方向,2020/7/15,28,圆盘式和直线式电位器传感器,电位器是大家十分熟悉的三端电子器件，改变其滑动臂的位置，也就改变了电路的分压比。电位器有直滑式和旋转式之分。在非电量电测中，可用于测量直线位移和角位移。目前多使用耐磨性、稳定性好的导电塑料制作各种类型的电位器式传感器。 新型的电位器式传感器寿命可达107次以上。温度系数小于100ppm/C，线性和精度均可优于0.1%。它具有结构简单、输出信号幅度大的特点，满度输出基本达到所施加的电源电压（一般为几伏），所以通常情况下不必再予以放大。 电位器式传感器属于接触式测量，有一定的

12、摩擦力，需要由被测物提供一定的转矩或推力，所以适合于能提供一定驱动能力、 慢速、重复次数较少的场合。电位器式传感器多用于张力测量、直线行程和角度控制以及在各种伺服系统中作为位置反馈元件。,2020/7/15,29,直线式和圆盘式电位器传感器的计算,直线电位器式传感器的测量转换电路。输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：,圆盘电位器式传感器的Uo与滑动臂的旋转角度成正比：,2020/7/15,30,12.酒后驾车测试仪,酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素。请你利用学过的知识，设计一台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪 ,2020/7/15,31,酒后驾车测试仪的试制

13、,酒后驾车测试仪散件,呼气管,2020/7/15,32,酒后驾车测试仪试制的注意事项,1.呼气量的大小实际上就是气体流量的大小，应采用气体流量传感器。形式上有热丝式流速传感器、卡门涡流流量传感器、差压流量传感器、风叶流量传感器等，可参见有关章节。在比较各自性能及使用范围后，做出合理的选择。 2.气体流量与允许值的比较：气体流量传感器输出的信号强度与设定值通过比较电路来确定“呼气确认”，并置计数器的计数次数。 3.气敏传感器的确定：判定酒精蒸气是属于什么性质的气体，以确定相应的气敏传感器。 4.将气敏传感器的输出电压经模/数（A/D）转换输入到微机中。 5.微机控制程序运算内存中三次酒精蒸气含量

14、百分比作平均值运算，驱动数显表，或经数/模（D/A）转换得到电压值，驱动指针表。 6.将酒精含量超标值设为阀值，与实测值进行比较。若超标，则执行题意规定的要求。 7.外观要突出便携性这一特征。开关、指示灯及显示器等配置要符合人机工程学及美学要求。 8.编写使用说明书时，要表达出以下几个方面的意思： (1)测试仪的基本性能指标、适用对象；(2)测试仪各组成部分的名称； (3)操作步骤；(4)简单故障的判断及处理方式；(5)保修方式等。,2020/7/15,33,第三章作业,4. 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

15、正确地连接起来。,压力变送器接线演示,2020/7/15,35,向日葵生长量（高度）的测量仪器,9. 请构思一个测量向日葵生长量（高度）的测量仪器。画出向日葵、两只导向滑轮、细线及固定点、差动变压器、衔铁、测量转换电路、指针式毫伏表等元器件，应使读者能看清它们之间的安装关系，并简要说明测试装置的工作原理,2020/7/15,36,设计向日葵生长量测量仪的注意事项,1.由于植物生长是缓慢的，因此采用能测量微位移的差动变压器式位移传感器是较合适的。 2.观察向日葵的生长姿态，再考虑质量块（衔铁）、导向轮、细绳及与差动变压器的相对位置及传动过程是该装置的关键。 3.由于向日葵的生长是单方向的，因此测量转换电路的信号输出可以采用直流电