《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》第13章練習(xí)題分析

PAGEPAGE1《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)（“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材）統(tǒng)一書號：ISBN978-7-111-62119-5第十三章檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用思考題與習(xí)題分析說明：填空中的“紅色文字”以及分析題中的“提示”并不等于就是答案，只是給出了怎樣解題的思路和分析方法，給讀者一點啟發(fā)。作者還在有關(guān)題目中，增加了一些新的技術(shù)和應(yīng)用型知識。限于篇幅的限制，有的傳感器的內(nèi)容無法在本教材正文中展開來講的，現(xiàn)在有了這個“思考題與習(xí)題分析”，就可以在此展開介紹，希望對讀者有一點幫助。展開的知識可能有一部分超過本教材的深度，讀者可以上網(wǎng)對照有關(guān)資料來理解和提高。希望讀者看完本分析之后，就其中的疑難、錯誤等問題，來信與作者進行探討，郵箱為liangsen2@126.com，上海電機學(xué)院的梁森老師以及作者團隊與大家交流。謝謝大家。1．單項選擇題1）圖13-10所示的結(jié)構(gòu)方式屬于____使用了工控機，帶有鍵盤、存儲器、輸入輸出接口等_____；而圖13-11所示的結(jié)構(gòu)方式屬于____使用了單片機或微處理器、人機對話設(shè)備、模擬量及數(shù)字量輸入和輸出接口等_____；一個現(xiàn)代化電廠的檢測、控制系統(tǒng)應(yīng)該采用_____有許多臺計算機組成測控系統(tǒng)____。A．個人儀器B．智能儀器C．自動檢測系統(tǒng)D．DCS圖13-1智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)圖圖13-2個人儀器的硬件結(jié)構(gòu)框圖圖13-10隧道窯計算機檢測控制系統(tǒng)框圖圖13-11智能化流量積算儀單片機接口電路原理框圖圖13-3自動測試系統(tǒng)的原理框圖2）在計算機的檢測系統(tǒng)中，對多個傳感器送來的信號分時、快速輪流讀取采樣方式稱為____巡回檢測______。A．抽樣檢測B．快速檢測C．?dāng)?shù)字濾波D．巡回檢測3）CMOS模擬開關(guān)的缺點是_____繼電器的動合觸點不易擊穿，但動作速度慢；半導(dǎo)體的耗電少，速度快，但擊穿電壓比較低_____。A．速度慢B．耗電大C．集成度低C．易擊穿4）欲測量動態(tài)應(yīng)力，應(yīng)選用___雙積分型和串行A-D轉(zhuǎn)換器（過去也稱A/D轉(zhuǎn)換器）完成一個轉(zhuǎn)換周期比較花費時間____A-D轉(zhuǎn)換器。A．逐位比較型B．雙積分型C．串行5）某帶計算機的檢測系統(tǒng)對32路模擬信號進行巡回檢測，共需____25_____根地址選通線。A．32B．3C．8D2．圖13-4c所介紹的干簧管還可用于位置檢測，如圖13-37（或13-01）所示。當(dāng)干簧管與永久磁鐵靠得較近（例如當(dāng)圖13-37（或13-01）中的隔磁板（軟鐵片）向下運動，到達干簧管與永久磁鐵之間時，KA失電。請說明：1）KA失電的原因。2）如將該裝置用于電梯平層，請說明隔磁板、電梯平層感應(yīng)器與電梯轎廂、巷道之間的安裝關(guān)系。3）除了電梯平層外，請舉兩個例子說明干簧管還能在哪些場合起位置檢測作用。圖13-01平層感應(yīng)器在電梯平層中的應(yīng)用a）平層感應(yīng)器基本原理b）平層感應(yīng)器與隔磁板的側(cè)視圖c）隔磁板插入平層感應(yīng)器時的狀態(tài)d）轎廂頂部（底部）的平層感應(yīng)器與隔磁板的關(guān)系1－干簧管玻殼2－鐵磁性簧片3－鍍金觸點4－安裝在電梯巷道壁的隔磁板a5－永久磁鐵6－安裝在轎廂頂部的平層感應(yīng)器a7－隔磁板插槽b8－安裝在轎廂頂部的平層感應(yīng)器b9－安裝在電梯巷道壁的隔磁板b10－安裝在轎廂底部的平層感應(yīng)器11－電梯巷道壁1）KA失電的原因：當(dāng)圖13-01中的隔磁板（軟鐵片）向下運動，到達干簧管與永久磁鐵之間時，從永久磁鐵的N極發(fā)出的磁力線順著導(dǎo)磁性較好的隔磁板傳送到永久磁鐵的S極，形成閉合磁路。磁力線不再（或減少）通過干簧管，所以干簧管內(nèi)部的觸點之間的吸合力小于復(fù)位彈力而斷開，與干簧管串聯(lián)的繼電器就得不到驅(qū)動電流，所以繼電器就……2）如將該裝置用于電梯平層，請說明隔磁板、電梯平層感應(yīng)器與電梯轎廂、巷道之間的安裝關(guān)系：①先分析電梯轎廂向上運動（稱為“上行”）的檢測和控制過程：將第1套“電梯平層感應(yīng)器”（帶有外殼的干簧管與永久磁鐵組件，兩者的間隙約為20mm），安裝在電梯轎廂外部的頂部外側(cè)。第2套平層感應(yīng)器安裝在第1套感應(yīng)器的下方約300mm的位置，兩者的氣隙軸線處于一條線上。在巷道的適當(dāng)位置固定一片隔磁板1（每一層都有幾個隔磁板，起不同的平層作用，每一個隔磁板的典型長度為250mm），其軸線與感應(yīng)器1、2的氣隙對準(zhǔn)。當(dāng)電梯轎廂向上運動，第1套感應(yīng)器的氣隙進入隔磁板1的下部邊緣時，隔磁板隔斷了干簧管1的磁力線，感應(yīng)器1輸出高阻態(tài)，PLC使電梯減速，進入“125mm爬行”；當(dāng)?shù)?套感應(yīng)器的氣隙也進入隔磁板1的下部邊緣時，隔磁板隔斷了干簧管2的磁力線，感應(yīng)器2輸出高阻態(tài)，PLC使電梯剎車停止。電梯開門后，轎廂的地板剛好與上面一層的地面齊平。上述過程稱為“電梯平層”。②再分析電梯轎廂向下運動（稱為“下行”）的檢測和控制過程：將第3套平層感應(yīng)器安裝在電梯轎廂外部的底部外側(cè)，第4套平層感應(yīng)器安裝在第3套感應(yīng)器的上方約300mm的位置。在巷道的適當(dāng)位置固定一片隔磁板2，其軸線與感應(yīng)器3、4的氣隙對準(zhǔn)。當(dāng)電梯轎廂向下運動，第1套感應(yīng)器的氣隙進入隔磁板2的上部邊緣時，隔磁板2隔斷了干簧管3的磁力線，感應(yīng)器3輸出高阻態(tài)，PLC使電梯減速；當(dāng)?shù)?套感應(yīng)器的氣隙也進入隔磁板2的上部邊緣時，隔磁板隔斷了干簧管2的磁力線，感應(yīng)器4輸出高阻態(tài)，PLC使電梯剎車停止。電梯開門后，轎廂的地板剛好與下面一層的地面齊平。電梯平層還需要與角編碼器配合才能使平層過程更加“柔和”。各種不同工作原理的平層感應(yīng)器比較：在電梯中，還可以采用“光電開關(guān)”（光電開關(guān)易被灰塵遮擋）、“霍爾開關(guān)”（感應(yīng)區(qū)較?。?、“電感開關(guān)”（其原理實質(zhì)是電渦流開關(guān)，可靠性高）等非接觸傳感器來檢測電梯的平層位置。除了干簧管外，其他多數(shù)傳感器均需要外接電源才能工作。干簧管屬于“無源器件”，可以認(rèn)為不需要電源就能輸出“觸點信號”，直接將干簧管組成兩線制傳感器接到PLC的輸入端子，從而構(gòu)成“無源輸入電路”。圖13-02電梯平層的運行速度曲線3）除了電梯平層外，請舉兩個例子說明干簧管還能在哪些場合起位置檢測作用：干簧管還能在防盜、行程開關(guān)……等場合起位置檢測作用（請自行上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）。3．在圖13-9中，若S被閉合，請分析各元件的電流流向，說明VL4的亮暗狀態(tài)。圖13-9開關(guān)量光耦輸入電路1－現(xiàn)場開關(guān)盒2－傳輸線3－電源4－光耦提示：在圖13-9中，當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)S（例如行程開關(guān)或傳感器）閉合時，VL1（指示燈）、VL3（光耦內(nèi)部的紅外發(fā)光二極管）有電流（約3mA）流過。光耦內(nèi)部的紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線穿過光耦內(nèi)部的微小間隙到達光敏晶體管V1，至使V1導(dǎo)通，Ui為高電平，經(jīng)IC2翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，+5V經(jīng)R4、VL4到IC2的輸出端，形成電流，則VL4……。由于IC2是CMOS器件，當(dāng)輸出級的“N型場效應(yīng)管”對地飽和時，其“漏極”對地存在0.1V左右的飽和壓降UIC2低電平，所以流過指示燈VL4的電流：IVL4=(VCC-UVL4-UIC2低電平)÷R4=(5V-1.7V-0.1V)÷3.3kΩ≈0.97mA。4．請參考圖13-14，回答以下問題：1）總結(jié)汽車中，大約哪些類型傳感器？2）請上網(wǎng)查閱有關(guān)汽車的ABS（Anti-lockedbrakingbystem，防抱死剎車系統(tǒng)），寫出ABS的主要工作原理。圖13-圖13-14汽車的組成框圖及傳感器分布PAGEPAGE81）在汽車中，大約共有哪些類型傳感器：圖13-15ECU的外形及內(nèi)部原理框圖a）外形b）ECU內(nèi)部原理框圖及輸入/輸出信號在圖13-14和圖13-15中，有燃料系、點火系、傳動系、轎廂系、汽缸、燃料系、點火系、起動系、冷卻系、空調(diào)系、潤滑系的傳感器。按傳感器測量對象分類，有溫度、壓力、流量、液位、直線位移、角位移、轉(zhuǎn)速、振動、應(yīng)力、氣體、電流、電壓等類型的傳感器。按傳感器測量原理分類，有應(yīng)變傳感器、壓阻傳感器、氣敏傳感器、熱電阻傳感器、熱電偶傳感器、電感傳感器、電渦流傳感器、電容傳感器、壓電傳感器、超聲波傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、角編碼器等。2）汽車的ABS（Anti-lockedbrakingbystem，防抱死剎車系統(tǒng)）：請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料。5．請觀察空調(diào)的運行過程，談?wù)勀銓Α澳：照{(diào)”的初步想法。必須包含哪些傳感器才能實現(xiàn)這個構(gòu)思：（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）6．請上網(wǎng)查閱賓館智能保安系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：1）客房火災(zāi)報警系統(tǒng)（火焰、溫度、煙霧監(jiān)測等）。（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）2）賓館大堂玻璃門來客自動開門、關(guān)門以及防夾系統(tǒng)。（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）3）財務(wù)室防盜系統(tǒng)。（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）7．請參考圖13-29的智能樓宇基本原理，上網(wǎng)查閱智能小區(qū)的結(jié)構(gòu)，畫出原理框圖。（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）8．請根據(jù)學(xué)過的知識，參考附錄A的有關(guān)內(nèi)容，在表13-2上畫出連接線，將左邊的傳感器與右邊的具體應(yīng)用連接起來（多項選擇）。（請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料）PAGEPAGE9表13-2傳感器的應(yīng)用連線（紅色文字為連線的依據(jù)，需要讀者自行將有關(guān)的左右兩邊連線）傳感器名稱應(yīng)用連線應(yīng)用場合與領(lǐng)域鉑熱電阻式傳感器（表2-2）-50～150℃NTC熱敏電阻（半導(dǎo)體的）-200～960℃PTC熱敏電阻（半導(dǎo)體的）-200～1800℃熱電偶（表9-2）某溫度閾值點報警PN結(jié)測溫IC（表9-1）PIN光敏二極管（高靈敏度）圖像識別光敏晶體管（普通的測量）人體紅外線識別光電池（普通的測量）光導(dǎo)纖維通信光信號讀取熱釋電式傳感器（人體檢測）莫爾條紋光信號的讀取CCD圖像傳感器（圖像測量）太陽照度測量干簧管式接近開關(guān)(強磁場檢測)鋁合金材料的感知渦流式接近開關(guān)（金屬檢測）帶有磁性或?qū)Т挪牧系母兄娙菔浇咏_關(guān)（導(dǎo)電物體檢測）7m距離白色物體的感知霍爾式接近開關(guān)(強磁場檢測)人手的感知以及糧食物位的測量光電開關(guān)(反光、遮光物體)4m×4m高壓帶電區(qū)域的進入安全報警應(yīng)變計式傳感器（力、應(yīng)變）振動和動態(tài)力的測量氣敏電阻式傳感器（可燃性氣體）地球磁場強度的測量濕敏電阻式傳感器（相對濕度）磁場方向和大小的測量高靈敏度磁敏電阻式傳感器（可以測量較小的磁場）可燃性氣體的測量壓電式傳感器（動態(tài)力）相對濕度的測量霍爾式傳感器（可以測量0.01T的磁場）壓力的測量半導(dǎo)體壓阻式傳感器（可以測量較小的壓力）重力、力、應(yīng)力、應(yīng)變、扭矩的測量渦流式傳感器探傷（上網(wǎng),可以檢測金屬的裂紋）鋼管內(nèi)部探傷超聲波式傳感器探傷（上網(wǎng),可以檢測固體的裂紋）鋼管表面探傷X光、γ射線探傷或CT掃描(上網(wǎng)查閱,可以檢測固體的裂紋)100m在役管道探傷漏磁式或霍爾式傳感器探傷(上網(wǎng),可以檢測導(dǎo)磁體的裂紋)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)影像記錄超聲導(dǎo)波探傷（上網(wǎng),可以檢測固體的裂紋）風(fēng)力發(fā)電機的玻璃纖維和碳纖維復(fù)合型葉片探傷磁電式轉(zhuǎn)速傳感器(導(dǎo)磁金屬)反光的、帶有缺口的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速測量渦流式轉(zhuǎn)速傳感器(金屬)導(dǎo)電的、帶有缺口的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速測量光電式轉(zhuǎn)速傳感器(反光物體)帶有磁性的、有缺口的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速測量導(dǎo)磁的、有齒狀體的旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速測量霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器