《自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》自學(xué)與提高.ppt

1、2020/7/15,1,自動(dòng)檢測(cè)與 轉(zhuǎn)換技術(shù),自學(xué)與提高,2020/7/15,2,作業(yè)輔導(dǎo),作業(yè)輔導(dǎo)給出本教材各章部分習(xí)題的提示、難點(diǎn)解釋以及與解題有關(guān)的實(shí)物照片、電路演示等。,2020/7/15,3,作業(yè)輔導(dǎo)說(shuō)明,為了使學(xué)生學(xué)完本書(shū)后能獲得作為生產(chǎn)第一線的技術(shù)、管理、維護(hù)和運(yùn)行人員所必須掌握的傳感器、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和抗干擾技術(shù)等方面的基本知識(shí)和基本技能，本教材每章均附有啟發(fā)性的思考題及應(yīng)用型習(xí)題，供高職、高專的電類、自動(dòng)化類、儀表儀器類、計(jì)算機(jī)、數(shù)控、機(jī)械、機(jī)電一體化、汽車、樓宇等專業(yè)的學(xué)生鞏固、復(fù)習(xí)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(cè)量轉(zhuǎn)換電路及傳感器的選型

2、、調(diào)試、測(cè)量數(shù)據(jù)分析、傳感器應(yīng)用等解決實(shí)際問(wèn)題的基本技能。為了讓讀者更好地完成作業(yè)及各種習(xí)題，我們編寫(xiě)了以下的作業(yè)輔導(dǎo)，希望能對(duì)讀者有所幫助。,2020/7/15,4,第一章作業(yè),6. 用一臺(tái)3 位（俗稱3位半或3 位）、精度為0.5級(jí)（已包含最后一位的+1誤差）的數(shù)字式電子溫度計(jì)，測(cè)量汽輪機(jī)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(shè)其最后一位即為分辨力，求該儀表的,（提示見(jiàn)下頁(yè)）,2020/7/15,5,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（Digital Multimeter,簡(jiǎn)稱DMM）的顯示位數(shù)目前一般為3位8 位（即8 位，以下同）。具體地說(shuō)，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。最近國(guó)外還推出8 3/4位、10 位等規(guī)格，使數(shù)字測(cè)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(wèn)題，A/D轉(zhuǎn)換器只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，能否真正達(dá)到額定的精確度，還必須掌握正確的使用方法。,2020/7/15,6,判定數(shù)字儀表位數(shù)的兩條原則,1.能顯示09所有數(shù)字的“位”是“整位”； 2.分?jǐn)?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(dāng)某一數(shù)字表最大顯示值為1999 （不考慮小數(shù)點(diǎn)），滿量程計(jì)數(shù)值為2000時(shí)，則它共有3個(gè)整位。最高位只能顯示1，滿量

4、程最高位為2，所以它是3 位表。,2020/7/15,7,判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）,又如，一臺(tái)數(shù)字表最大值為2999 ，滿量程為3000，則它是3 2/3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2 3/4位表。,2020/7/15,8,判定數(shù)字儀表位數(shù)（續(xù)）,再如，一臺(tái)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(gè)數(shù)字（有時(shí)0不予顯示），所以它是3 3/4位表。,用普通的3 位DMM測(cè)量220V或380V工頻電壓時(shí)，量程必須選擇700V AC檔；相比之下，使用3 3/4位的DMM只需選擇400V AC檔，準(zhǔn)確度優(yōu)于700V AC

5、檔，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了許多。,2020/7/15,9,判定數(shù)字儀表位數(shù)的練習(xí),請(qǐng)判斷下圖數(shù)字表的位數(shù),2020/7/15,10,分辨力,分辨力是指儀器能檢出和顯示被測(cè)信號(hào)的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當(dāng)被測(cè)量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他附加說(shuō)明，一般可以認(rèn)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(shuō)，分辨力的數(shù)值小于儀表的最大絕對(duì)誤差。例如，下圖所示的數(shù)字式溫度計(jì)分辨力為0.1，若該儀表的精度為1.0級(jí)，則最大絕對(duì)誤差將達(dá)到2.0，與分辨力相比差得多。有時(shí)在沒(méi)有其它附加說(shuō)明的少數(shù)情況下，也可以認(rèn)為分辨力就等于它的最大絕

6、對(duì)誤差。,在右圖中，溫度每變化0.1，數(shù)字表就能跳變1個(gè)字，這個(gè)溫度的相對(duì)變化基本上是可信的，但該數(shù)字表所顯示的絕對(duì)數(shù)值是有較大誤差的。,2020/7/15,11,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： 1/19991/2000=0.0005= 0.05% 即萬(wàn)分之五。,請(qǐng)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,2020/7/15,12,判斷數(shù)字表的位數(shù)、分辨力及分辨率（續(xù)）,2020/7/15,13,判斷數(shù)字表的位數(shù)、分辨力及分辨率（續(xù)）,2020/7/15,14,作圖法求靈敏度的過(guò)程,7.有一臺(tái)測(cè)量流量的儀表，

7、測(cè)量范圍為010m3/s，輸入輸出特性曲線如下圖所示，請(qǐng)用作圖法求該儀表在1m3/s和7m3/s時(shí)的靈敏度K1、K2，和該儀表的端基線性度。,分別過(guò)1m3/s和7m3/s點(diǎn)作切線，得到以x 和y為邊的三角形，利用下式得到靈敏度K 。,q/（m3/s）,作圖法求靈敏度的過(guò)程（續(xù)）,x,y,x1,x,y,0,切點(diǎn),傳感器 特性曲線,xmax,2020/7/15,16,作圖法求端基線性度的過(guò)程演示,將傳感器輸出起始點(diǎn)與滿量程點(diǎn)連接起來(lái)的直線稱為擬合直線或端基理論直線。找出傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差 Lmax， 再除以傳感器量程，就得到L 。,1擬合直線y =ax+b 2實(shí)際特性曲線,

8、2020/7/15,17,9.下圖是射擊彈著點(diǎn)示意圖，請(qǐng)你分別說(shuō)出圖a、b、c各是什么原因造成的，應(yīng)如何克服？,偏差特別大,彈著點(diǎn)接近正態(tài)分布,彈著點(diǎn)均偏向右上側(cè),2020/7/15,18,第二章作業(yè),2.有一測(cè)量吊車起吊物質(zhì)量的拉力傳感器（吊鉤秤），R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上，組成全橋，橋路電源為直流6V。請(qǐng)畫(huà)出測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。,吊鉤秤外形,橋路的鄰邊電阻受力狀態(tài)必須相反,2020/7/15,19,荷重傳感器計(jì)算,3.有一額定荷重為20103N的等截面空心圓柱式荷重傳感器，其靈敏度KF為2mV/V，橋路電壓i為12V，求,F,R1,R2,R3,荷重傳感器演示,2020/7/15,21

9、,熱電阻外形,5. 有一個(gè)金屬熱電阻，分度號(hào)為Pt100，采用不平衡電橋，求： ,計(jì)算t=40C時(shí)電橋的開(kāi)路輸出電壓Uo使用下式，也可以使用分壓比公式。,2020/7/15,22,氣泡式水平儀的結(jié)構(gòu)及外形,6. 密封的玻璃內(nèi)充入導(dǎo)電液體，中間保留一個(gè)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(duì)稱位置的下方引出一個(gè)不銹鋼公共電極。請(qǐng),氣泡,氣泡,不銹鋼電極之間應(yīng)采用交流（例如50Hz）供電。若使用直流，會(huì)使水分子電離，性能變壞。,2020/7/15,23,8、9.熱絲式氣體流速（流量）儀提示,常規(guī)小氣象站使用三葉風(fēng)杯測(cè)量風(fēng)速，使用三角風(fēng)標(biāo)測(cè)量風(fēng)向。,測(cè)量風(fēng)向的風(fēng)標(biāo),測(cè)量風(fēng)速的三葉風(fēng)杯,

10、手持式風(fēng)速儀多采用葉輪,2020/7/15,24,利用熱絲測(cè)量氣體流速（流量）,內(nèi)置鉑金熱絲,2020/7/15,25,利用熱絲測(cè)量氣體流速（流量）,內(nèi)置加熱到上 百度的鉑金絲,做試驗(yàn)時(shí)，可用拇指式小型燈泡中的鎢絲代替鉑金絲。,鉑金絲接入惠斯登電橋,2020/7/15,26,10.自動(dòng)吸排油煙機(jī),圖2-35為自動(dòng)吸排油煙機(jī)原理框圖，請(qǐng) ,可燃性氣敏傳感器不間斷地測(cè)量廚房中煤氣或油煙的濃度。輸出電壓與設(shè)定植比較，若超標(biāo)，就令晶閘管啟動(dòng)吸排油煙機(jī)。,煤氣或油煙被吸入,2020/7/15,27,11.圓盤(pán)式和直線式電位器傳感器,下圖分別為圓盤(pán)式和直線式電位器傳感器的外形圖，圖2-37為直線式電位器傳

11、感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，查某直線式電位器傳感器的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)如下,運(yùn)動(dòng)方向,2020/7/15,28,圓盤(pán)式和直線式電位器傳感器,電位器是大家十分熟悉的三端電子器件，改變其滑動(dòng)臂的位置，也就改變了電路的分壓比。電位器有直滑式和旋轉(zhuǎn)式之分。在非電量電測(cè)中，可用于測(cè)量直線位移和角位移。目前多使用耐磨性、穩(wěn)定性好的導(dǎo)電塑料制作各種類型的電位器式傳感器。 新型的電位器式傳感器壽命可達(dá)107次以上。溫度系數(shù)小于100ppm/C，線性和精度均可優(yōu)于0.1%。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出信號(hào)幅度大的特點(diǎn)，滿度輸出基本達(dá)到所施加的電源電壓（一般為幾伏），所以通常情況下不必再予以放大。 電位器式傳感器屬于接觸式測(cè)量，有一定的

12、摩擦力，需要由被測(cè)物提供一定的轉(zhuǎn)矩或推力，所以適合于能提供一定驅(qū)動(dòng)能力、 慢速、重復(fù)次數(shù)較少的場(chǎng)合。電位器式傳感器多用于張力測(cè)量、直線行程和角度控制以及在各種伺服系統(tǒng)中作為位置反饋元件。,2020/7/15,29,直線式和圓盤(pán)式電位器傳感器的計(jì)算,直線電位器式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位移量x成正比：,圓盤(pán)電位器式傳感器的Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：,2020/7/15,30,12.酒后駕車測(cè)試儀,酒后駕車易出事故，但判定駕駛員是否喝酒過(guò)量帶有較大的主觀因素。請(qǐng)你利用學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一臺(tái)便攜式、交通警使用的酒后駕車測(cè)試儀 ,2020/7/15,31,酒后駕車測(cè)試儀的試制

13、,酒后駕車測(cè)試儀散件,呼氣管,2020/7/15,32,酒后駕車測(cè)試儀試制的注意事項(xiàng),1.呼氣量的大小實(shí)際上就是氣體流量的大小，應(yīng)采用氣體流量傳感器。形式上有熱絲式流速傳感器、卡門(mén)渦流流量傳感器、差壓流量傳感器、風(fēng)葉流量傳感器等，可參見(jiàn)有關(guān)章節(jié)。在比較各自性能及使用范圍后，做出合理的選擇。 2.氣體流量與允許值的比較：氣體流量傳感器輸出的信號(hào)強(qiáng)度與設(shè)定值通過(guò)比較電路來(lái)確定“呼氣確認(rèn)”，并置計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)次數(shù)。 3.氣敏傳感器的確定：判定酒精蒸氣是屬于什么性質(zhì)的氣體，以確定相應(yīng)的氣敏傳感器。 4.將氣敏傳感器的輸出電壓經(jīng)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換輸入到微機(jī)中。 5.微機(jī)控制程序運(yùn)算內(nèi)存中三次酒精蒸氣含量

14、百分比作平均值運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)數(shù)顯表，或經(jīng)數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換得到電壓值，驅(qū)動(dòng)指針表。 6.將酒精含量超標(biāo)值設(shè)為閥值，與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。若超標(biāo)，則執(zhí)行題意規(guī)定的要求。 7.外觀要突出便攜性這一特征。開(kāi)關(guān)、指示燈及顯示器等配置要符合人機(jī)工程學(xué)及美學(xué)要求。 8.編寫(xiě)使用說(shuō)明書(shū)時(shí)，要表達(dá)出以下幾個(gè)方面的意思： (1)測(cè)試儀的基本性能指標(biāo)、適用對(duì)象；(2)測(cè)試儀各組成部分的名稱； (3)操作步驟；(4)簡(jiǎn)單故障的判斷及處理方式；(5)保修方式等。,2020/7/15,33,第三章作業(yè),4. 元器件及儀表連線 有一臺(tái)兩線制壓力變送器，量程范圍為01MPa，對(duì)應(yīng)的輸出電流為420mA。請(qǐng)將下圖中的各元器件及儀表

15、正確地連接起來(lái)。,壓力變送器接線演示,2020/7/15,35,向日葵生長(zhǎng)量（高度）的測(cè)量?jī)x器,9. 請(qǐng)構(gòu)思一個(gè)測(cè)量向日葵生長(zhǎng)量（高度）的測(cè)量?jī)x器。畫(huà)出向日葵、兩只導(dǎo)向滑輪、細(xì)線及固定點(diǎn)、差動(dòng)變壓器、銜鐵、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、指針式毫伏表等元器件，應(yīng)使讀者能看清它們之間的安裝關(guān)系，并簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)試裝置的工作原理,2020/7/15,36,設(shè)計(jì)向日葵生長(zhǎng)量測(cè)量?jī)x的注意事項(xiàng),1.由于植物生長(zhǎng)是緩慢的，因此采用能測(cè)量微位移的差動(dòng)變壓器式位移傳感器是較合適的。 2.觀察向日葵的生長(zhǎng)姿態(tài)，再考慮質(zhì)量塊（銜鐵）、導(dǎo)向輪、細(xì)繩及與差動(dòng)變壓器的相對(duì)位置及傳動(dòng)過(guò)程是該裝置的關(guān)鍵。 3.由于向日葵的生長(zhǎng)是單方向的，因此測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸出可以采用直流電