機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_4答案

1、習(xí)題四答案1、模擬式傳感器信號(hào)處理過(guò)程包括哪些環(huán)節(jié)？對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理2、試簡(jiǎn)述光電式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量原理 光電式轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤(pán)、光源、光電器件和指示縫隙盤(pán)組成，如圖所示。光源發(fā)生的光通過(guò)縫隙圓盤(pán)和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤(pán)隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤(pán)上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤(pán)縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測(cè)出轉(zhuǎn)速。3、試簡(jiǎn)述加速度傳感器的測(cè)量原理。工作原理都是利用慣性質(zhì)量受加速度所產(chǎn)生的慣性力而造

2、成的各種物理效應(yīng)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成電量，間接度量被測(cè)加速度。最常用的有應(yīng)變式、壓電式、電磁感應(yīng)式等。4、描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是什么？傳感器變換的被測(cè)量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱(chēng)為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是：線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂5、檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成？說(shuō)明各部分的作用？敏感元件 是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置傳感元件 是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式?；巨D(zhuǎn)換電路 將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量，如電壓、電流、頻率等。6、熱電偶回路中的熱電勢(shì)的組成。兩種不同材

3、料組成的熱電偶，其接點(diǎn)溫度為T(mén)1和T2，兩者之間的熱電勢(shì)E（1，2）等于熱電偶在連接點(diǎn)溫度為T(mén)1和T3的電勢(shì)與T3和T2的電勢(shì)之和。即E(1,2)=E(1,3)+E(3,2)7、熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償方法？熱電偶參比端（冷端）處理。實(shí)際使用中給出的分度表里，熱電勢(shì)和溫度的對(duì)應(yīng)值是以冷端為零度時(shí)來(lái)制定的。但在實(shí)際中冷端往往不為零度，這就要對(duì)冷端進(jìn)行處理。1冰點(diǎn)法精度最高，將冰水混合物放在保溫瓶中，再把細(xì)玻璃試管插入冰水化合物中，在試管底部注入適量油類(lèi)或水銀。熱電偶的參比端就放在這里。2熱電勢(shì)修正法在沒(méi)有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí)，可以設(shè)法把參比端置于穩(wěn)定的恒溫條件中，再根據(jù)中間溫度定律公式，來(lái)計(jì)算實(shí)際溫度。

4、3冷端補(bǔ)償器法許多工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中以上兩個(gè)條件都無(wú)法滿(mǎn)足，所以在電偶回路中接入補(bǔ)償器來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償。冷端補(bǔ)償器是一個(gè)不平衡電橋，其中多數(shù)電阻溫度系數(shù)都趨于零，有一個(gè)電阻為熱敏電阻，隨溫度改變阻值改變。實(shí)際上補(bǔ)償電橋與熱電偶回路的熱電曲線(xiàn)不同，所以在任意溫度下都完全補(bǔ)償是不太現(xiàn)實(shí)的。所以實(shí)際上只有在平衡點(diǎn)溫度和計(jì)算點(diǎn)溫度下可以得到完全補(bǔ)償。其它溫度下都只能得到近似的補(bǔ)償。即附加誤差。4補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)把熱電偶的冷端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)溫度比較穩(wěn)定的場(chǎng)合8、電位器式傳感器繞組的電阻為8K，電刷最大的行程為5mm.。若允許的最大功耗為40mw,傳感器所用的激勵(lì)電壓為允許的最大激勵(lì)電壓。試求當(dāng)輸入位移量

5、為1mm時(shí)，該傳感器輸出的電壓是多少？1.6mV9、某光柵傳感器，刻線(xiàn)數(shù)為100線(xiàn)/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫爾條紋數(shù)為400，試計(jì)算光柵位移是多少毫米？若四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵的位移是多少？測(cè)量分辨率是多少？光柵此時(shí)的位移細(xì)分前4mm, 細(xì)分后 1mm 測(cè)量分辨率:細(xì)分前0.01 mm/線(xiàn) 細(xì)分后:0.02510、采用阻值為120 ，靈敏度系數(shù)k=2.0金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1000時(shí)，試求單臂工作電橋雙臂工作電橋以及全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。(1)當(dāng)=2時(shí)，R/R=K0

6、=2x10-6單臂工作時(shí)，輸出電壓U0=R1R2 (R/R)U0 /(R1+R2)=4.8X10-4v雙臂工作時(shí)，輸出電壓U0=2R1R2 (R/R) U0/(R1+R2)= 9.6X10-4v全臂工作時(shí)，輸出電壓U0=4R1R2 (R/R) U0/(R1+R2)=19.2X10-4v單臂工作，雙臂工作，全臂工作時(shí)靈敏度的比值為1：2：4（2）當(dāng)=1000時(shí)，R/R=K0=2x10-3單臂工作時(shí)，輸出電壓U0=R1R2 (R/R) U0/(R1+R2)=0.48v雙臂工作時(shí)，輸出電壓U0=2R1R2 (R/R) U0 /(R1+R2)= 0.96v全臂工作時(shí)，輸出電壓U0=4R1R2 (R/R

7、) U0 /(R1+R2)=1.92v單臂工作，雙臂工作，全臂工作時(shí)靈敏度的比值為1：2：411、某線(xiàn)性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到5.0mm時(shí)，位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由3.5v減至2.5v,求該儀器的靈敏度。S=dy/dx=(2.5-3.5)/(5.0-4.5) V/mm=-2V/mm12、機(jī)電一體化系統(tǒng)中，需要測(cè)試的常見(jiàn)物理量有哪些？舉例說(shuō)明。機(jī)電一體化系統(tǒng)中，檢測(cè)系統(tǒng)所測(cè)試的物理量一般包括：溫度、流量、功率、位移、速度、加速度、力等。13、為什么機(jī)電一體化系統(tǒng)中的測(cè)試過(guò)程往往要進(jìn)行非線(xiàn)性補(bǔ)償？試分析非線(xiàn)性補(bǔ)償通常使用的幾種方法的原理？很多檢測(cè)元件如熱敏電阻、光敏管、應(yīng)變片等具有不

8、同程度的非線(xiàn)性特性，這使較大范圍的動(dòng)態(tài)檢測(cè)存在著很大的誤差。方法有三種：計(jì)算法、查表法和插值法計(jì)算法：當(dāng)輸出電信號(hào)與傳感器的參數(shù)之間有確定的數(shù)字表達(dá)式時(shí)，就可采用計(jì)算法進(jìn)行非線(xiàn)性補(bǔ)償。即在軟件中編制一段完成數(shù)字表達(dá)式計(jì)算的程序，被測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)采樣、濾波和標(biāo)度變換后直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后的數(shù)值即為經(jīng)過(guò)線(xiàn)性化處理的輸出參數(shù)。查表法：所謂查表法，就是把事先計(jì)算或測(cè)得的數(shù)據(jù)按一定順序編制成表格，查表程序的任務(wù)就是根據(jù)被測(cè)參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。14、測(cè)量某加熱爐溫度范圍為1001124，線(xiàn)性溫度變送器輸出05V，用ADC0809轉(zhuǎn)換器輸入到微機(jī)控制系統(tǒng)中，試求測(cè)量該溫度環(huán)

9、境的分辨率和精度。4 ; +2。15、在家用電器中，有些傳感器是借助敏感元件來(lái)進(jìn)行測(cè)試的。舉一個(gè)事例，并分析其檢測(cè)原理（繪出原理框圖）。 取暖器的溫度檢測(cè)是用熱敏電阻來(lái)進(jìn)行感溫的,它串接在電路中當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)其電阻發(fā)生變化引起控制電路動(dòng)作從而對(duì)主電路進(jìn)行控制。16、金屬電阻應(yīng)變片測(cè)量外力的原理是什么？其靈敏系數(shù)及其物理意義是什么？受哪兩個(gè)因素影響？ 電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)。導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值隨著發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。定量分析：R=L/A當(dāng)金屬絲受拉時(shí)，長(zhǎng)度變化為L(zhǎng)，面積變化為A，則電阻的K0為金屬電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，它表示

10、單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。影響因素：1）幾何尺寸 2）材料的電阻率17、述并論證熱電偶溫度測(cè)試的中間導(dǎo)體定率，并說(shuō)明中間導(dǎo)體定率的主要用途。 熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的使用提供了理論依據(jù)。它表明：若熱電偶的兩熱電極被兩根導(dǎo)體延長(zhǎng)，只要接入的兩根導(dǎo)體組成熱電偶的熱電特性與被延長(zhǎng)的熱電偶的熱電特性相同，且它們之間連接的兩點(diǎn)溫度相同，則總回路的熱電動(dòng)勢(shì)與連接點(diǎn)溫度無(wú)關(guān)，只與延長(zhǎng)后的熱電偶兩端的溫度有關(guān)。18、分析電容傳感器的工作原理及其主要應(yīng)用。 設(shè)兩極板相互覆蓋的有效面積為A，兩極板間的距離為d，極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為，在忽略極板邊緣影響的條件下，平板電容器的電容C為：電容式傳感器分為三種：改變極板面積的變面積式；改變極板距離的變間隙式；改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗過(guò)載能力大、價(jià)格便宜，一般可用于測(cè)量壓力、力、位移、振動(dòng)、液位等。19各類(lèi)傳感器的信號(hào)輸出電壓差別較大，請(qǐng)簡(jiǎn)述幾種傳感器的輸出電壓范圍。 熱電偶的輸出一般為40mmV,數(shù)字式傳