《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》能力訓(xùn)練提示及參考答案

PAGEPAGE7《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》各模塊能力訓(xùn)練參考答案模塊一能力訓(xùn)練1-1請在你的學(xué)校內(nèi)那些地方用到傳感器？列舉這些傳感器所起的作用，或者說明檢測的是什么物理量。建議：重點關(guān)注：學(xué)校物業(yè)監(jiān)控的探頭；樓宇消防監(jiān)控探頭；樓宇自動門；自動樓道燈；圖書館監(jiān)控；自動水龍頭等場所的傳感器。1-2請你列舉日常生活中使用的傳感器？說明這些傳感器所起的作用，或者檢測的物理量。參考答案：冰箱、空調(diào)、電飯煲的溫度傳感器，檢測的物理量是溫度；自動洗衣機的水位傳感器，檢測的物理量是水位；電視機的遙控器，檢測的是遙控器發(fā)出的紅外線；手機的觸摸屏，是電容或電阻傳感器，檢測的是手的觸摸信息；賓館接待大廳的自動門，檢測的是人體接近的信息；賓館房間上方的煙霧傳感器，檢測的房間是否有煙霧或火災(zāi)的信息；……等等。模塊二能力訓(xùn)練2-1假設(shè)你應(yīng)聘到某機械廠，現(xiàn)單位計劃采用數(shù)顯裝置將一臺普通車床改造為專門用于車削螺栓的簡易數(shù)控車床。此任務(wù)委托給你完成，所車制的螺栓具體指標為總長1000mm；直徑30mm；螺距6mm；螺紋數(shù)120圈。具體要求如下并填空。①采用傳感器測量主軸的角位移，它的技術(shù)指標必須達到為P／r(每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生個脈沖)，角位移的分辨力才能達到0.350。②采用傳感器測量刀架的橫向位移，分辨達到0.01mm。③主軸每旋轉(zhuǎn)一圈，刀架必須向右前進mm；在加工到規(guī)定的螺紋圈數(shù)（120圈）時，刀架共移動了mm，然后退刀。④在開始退刀時刻，主軸的角位移傳感器共得到個脈沖。⑤若橫向走刀失控，當(dāng)?shù)都苓\動到床身的左、右兩端限位時，依靠傳感器使溜板能夠立即停止下來，并依靠器件發(fā)出“嘀”的報警響聲1s。參考答案：①角數(shù)字編碼器、1029、1029；②光柵位移；③6、720；④1029×120=123480；⑤限位或者位置傳感器或者接近開關(guān)、鳴蜂器。2-2根據(jù)2-1中的幾個要點完成以下工作：（1）請你查閱有關(guān)資料，簡述車床的主運動和進給運動，并畫出表示車床傳動機構(gòu)的簡圖。（2）簡述車床車制螺紋的過程，由此說明刀架的橫向進給和主軸轉(zhuǎn)速為什么要保持同步。（3）給主管部門寫一份可行性報告。具體要求為：①分別從量程、使用環(huán)境、安裝和經(jīng)濟適用性、性能價格比等方面考慮，說明擬采用的位置傳感器，并比較各自的特點。②論述實現(xiàn)上述方案的對策，包括主軸的旋轉(zhuǎn)和溜板的直線位移控制、進退刀控制、橫向走刀失控報警和保護等方法。③畫出你所選用的傳感器在主軸左側(cè)的安裝，畫出刀架溜板水平直線位移傳感器和數(shù)字顯示器在機床上的安裝位置。④報告必須符合應(yīng)用文格式，題目翻譯成英文。參考答案：（1）車床的表面成形運動按其在切削加工中所起的作用可分為主運動和進給運動。主運動是形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。車床的主運動是車床的主軸帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，它的表面成形運動。進給運動是使工件的多余材料不斷被去除的工作運動，加上主運動，即可不斷地或連續(xù)地切除切屑，并獲得具有所需幾何特征的加工表面。如在車床上車削圓柱表面時，刀架帶動車刀的連續(xù)縱向運動。切削過程中主運動只有一個，進給運動可以多于一個。主運動和進給運動可由刀具或工件分別完成，也可由刀具單獨完成。機床的運動除了切削運動外，還有一些實現(xiàn)機床切削過程的輔助工作而必須進行的輔助運動。（2）車床車制螺紋的過程是先掛輪，就是掛上檔位，根據(jù)螺紋的螺距，配適當(dāng)?shù)膾燧?，把掛輪箱上的手柄掛到相?yīng)的位置，然后對刀、進刀、反轉(zhuǎn)、退刀，只要對機床稍微做一些調(diào)整，理論上任何螺距都可以車出來。車床刀架的橫向進給和主軸轉(zhuǎn)速要保持同步，這樣才能使車制螺紋的螺距為等間距。（3）略模塊三能力訓(xùn)練圖3-56簡易霍爾轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)3-1圖3-56所示為采用線性集成霍爾元件UGN3501T的簡易轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。將霍爾元件參照圖3-4（c）安裝于被測旋轉(zhuǎn)軸相應(yīng)位置，制作圖示測量電路要求：自行選擇器件、設(shè)備儀器，制定操作步驟，按圖制作測量電路并調(diào)試正常，并觀測輸出信號波形計算轉(zhuǎn)速。圖3-56簡易霍爾轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)參考答案：將霍爾元件參照圖3-4（c）安裝于被測旋轉(zhuǎn)軸相應(yīng)位置，如圖3-56所示選擇器件、設(shè)備儀器，制作電路板，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，觀察示波器輸出波形情況，調(diào)節(jié)電位器W3可以調(diào)整示波器波形的幅值。設(shè)圖3-4（c）中齒輪的次數(shù)為Z，示波器矩形波的頻率為f，則轉(zhuǎn)速n為：n=60f/Z（單位：轉(zhuǎn)/分）為驗證測試系統(tǒng)準確性，可在測試時利用標準轉(zhuǎn)速計做比對分析。3-2查閱相關(guān)資料，參照圖3-26、3-27制作超聲波發(fā)射電路、接收電路，以及信號處理顯示電路，采用多普勒頻差算法實現(xiàn)超聲測速及顯示。參考答案：制作完成的超聲發(fā)射及接受探頭相鄰安裝并固定好（圖3-19所示），確定超聲波與被測物體的運動方向夾角θ，發(fā)射探頭的超聲波頻率40kHz，將接收探頭的輸出信號接入示波器或測頻儀，遙控操作玩具小汽車按指定運動路線運動，獲取接收探頭的輸出信號頻率，計算頻差Fd，按式3-5計算小車的運動速度?？稍诘厣弦欢ㄩg隔兩端做標記，利用卷尺及秒表同時計算小車速度，驗證超聲測速系統(tǒng)的準確性。3-3通過對汽車安全氣囊系統(tǒng)的拆裝、電路測繪，了解汽車安全系統(tǒng)的工作原理及作用，具體安裝位置；了解加速度傳感器特點、使用以及在汽車安全系統(tǒng)中作用，熟悉其檢修、測試及信號處理方式。參考答案：（略）參照相關(guān)車型技術(shù)資料（有條件的情況下）。模塊四能力訓(xùn)練4-1現(xiàn)有數(shù)顯扭力扳手一把（如圖4-28所示）、電工螺絲刀一套、數(shù)碼相片拍攝工具一個（如：手機、相機等），完成下列任務(wù)：圖4-28一種數(shù)顯扭力扳手外形圖圖4-28一種數(shù)顯扭力扳手外形圖②根據(jù)各功能模塊分析其工作原理。③用數(shù)顯扭力扳手扳動一個螺絲，說明與普通扳手有何區(qū)別？參考答案：（略）4-2試根據(jù)料位測控系統(tǒng)功能示意圖（如圖4-29所示），說明其工作原理。圖中的傳感器是應(yīng)變式拉力傳感器，M為變頻調(diào)速電機。圖4圖4-29料位測控系統(tǒng)功能示意圖參考答案：如圖4-29所示，變頻調(diào)速器通過“給定”頻率和反饋頻率之差來調(diào)整1號傳送帶電機M的轉(zhuǎn)速，如果速度過快，則“料倉”重量增加拉力傳感器感受到拉力增加，通過“FDV-2放大器”增加反饋量，與“給定”量進行比較，產(chǎn)生負值，通過變頻調(diào)速器將1號傳送帶電機M的轉(zhuǎn)速降下一點，料倉的重量減輕，使得料倉的料位始終保持適當(dāng)?shù)闹担?號傳送帶也一直不會斷料。圖中的“顯示儀表”將顯示2號傳送帶傳送物料的速度。模塊五能力訓(xùn)練5-1試繪出運用電容傳感器測量小位移的可能方案及原理框圖。參考答案：運用電容傳感器測量小位移的可能方案如下圖所示，由電容式位移傳感器采集位移量，將位移量變換成電容的變化，由電容傳感器信號處理電路將電容的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化（標準信號電壓為0~5V或0~10V，電流為4~20mA），通過顯示器將位移量顯示出來，其中電容傳感器信號處理電路和位移量顯示器需要有電源驅(qū)動。位移量位移量顯示器位移量電容變化電壓或電量的變化電容式位移傳感器電容傳感器信號處理電路電源5-2有一臺兩線制壓力變送器，量程范圍為0～1MPa，對應(yīng)的輸出電流為4～20mA。求：（1）壓力p與輸出電流I的關(guān)系表達式（輸入／輸出方程）。（2）畫出壓力與輸出電流間的輸入／輸出特性曲線。（3）當(dāng)p為0MPa、1MPa和0.5MPa時變送器的輸出電流。（4）如果希望在信號傳輸終端將電流信號轉(zhuǎn)換為1～5V電壓，求負載電阻RL的阻值。（5）畫出該兩線制壓力變送器的接線電路圖（電源電壓為24V）。（6）如果測得變送器的輸出電流為5mA，求此時的壓力p。（7）若測得變送器的輸出電流為0mA，試說明可能是哪幾個原因造成的。（8）請將圖5-36中的各元器件及儀表正確地連接起來。（9）請上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，寫出一次儀表與二次儀表的定義。圖5圖5-36二線制壓力變送器儀表的正確連接參考答案：（1）p=P（kPa）I（mA）P（kPa）I（mA）100020040060048008121620O（3）當(dāng)p為0MPa電流為4mA；p為1MPa電流為20mA；p為0.5MPa電流為12mA。（4）RL=1/0.004=250Ω或RL=5/0.02=250Ω（5）該兩線制壓力變送器的接線電路圖如下圖所示。二線制壓力變送器儀表的接線圖二線制壓力變送器儀表的接線圖（6）根據(jù)（1）中的公式可以得到輸出電流為5mA時的壓力p為250kPa（7）若測得變送器的輸出電流為0mA，可能壓力變送器或24V直流電源出現(xiàn)故障。模塊六能力訓(xùn)練6-1選擇一測量范圍大于1m磁致伸縮液位計并將輸出信號轉(zhuǎn)換成1~5V電壓輸出（如是電壓輸出型則省略此步）；連接至采集卡USB4704模擬輸入端口，液位計正確安裝于液罐或簡易塑料桶內(nèi)；設(shè)置好液位上下限，并通過標定試驗確定其對應(yīng)的輸出電壓值。利用LabVIEW編輯界面及程序如圖6-36所示，運行并調(diào)試，要求能正確顯示及超限報警。然后利用兩個數(shù)字量輸出端口分別連接紅、黃LED指示燈及限流電阻作為上、下報警顯示，要求工作正常。（注：公式節(jié)點中的公式應(yīng)以實際標定結(jié)果替換）。參考答案：后面板程序說明，為建立計算機與USB4704的通信，初始化采集卡；常量0為采集卡的設(shè)備號（試具體計算機與采集卡的連接關(guān)系而定）；循環(huán)框外簇為設(shè)置采樣通道0，通道增益4,；控件AIVoltageIn，圖標，為采集模擬通道的輸入電壓值；公式節(jié)點利用標定公式將電壓值Vi換算成液位高度h，具體公式試標定結(jié)果而定；控件DIOWriteBit為根據(jù)設(shè)置的液位上下限分別對數(shù)字輸出通道0、1產(chǎn)生開關(guān)控制，通道0用于控制出水閥，通道1用于控制進水閥，并在前面板有對應(yīng)指示燈顯示相應(yīng)狀態(tài)；循環(huán)采樣間隔設(shè)為20ms。6-2參考本模塊單元2實踐項目，將上下限位的輸出信號（開關(guān)型）接入USB4704采集卡的兩個數(shù)字量輸入端，參考上題用LabVIEW軟件編制相應(yīng)測量界面和程序，進行料位檢測與超限報警。參考答案：（略）6-3簡易電磁流量計的制作：參照圖6-23電磁流量計的原理，制作磁鐵、線圈，在PVC水管上放置電極并按圖連接。電極兩端的感應(yīng)電動勢適當(dāng)放大后作為輸出信號，接至數(shù)字電壓表上。按單元3實踐項目進行簡易標定，獲取輸出電勢與流量的關(guān)系，進行實際測量。圖6-36液位顯示報警界面及程序參考答案：（略）模塊七能力訓(xùn)練7-1煙霧報警器電原理如圖7-46所示。整個電路分為電源、檢測、定時報警輸出三部分。電源部分將220V市電經(jīng)電源變壓器降至15V，由VD1～VD4組成的橋式整流電路整流，并經(jīng)C2濾波后供給后面電路。煙霧檢測器件HQ－2所需10V和5V直流電源由三端穩(wěn)壓器7810、7805供給；運算放大器IC所需10V電源也由7810供給。實踐要求：通過查詢資料了解所選氣敏元件HQ－2性能特點，自行選用集成運放IC并正確連接，按圖制作電路并能實現(xiàn)煙霧檢測報警，能設(shè)置報警工作點。HQHQ-2圖7-46煙霧報警器電原理圖參考答案：圖7-16后續(xù)可接聲光報警電路，可參考圖1、2所示報警電路加以改進。實際制作時可利用標準濃度的待測氣源進行報警點設(shè)置調(diào)試。因只是用于濃度超限報警，故無需對測量電路進行標定。圖1音樂報警電路圖2燈光報警電路7-2根據(jù)圖7-24直讀式濕度計電路圖制作直讀式濕度計。實踐要求：了解電路的工作原理，自行選擇所用元器件，能調(diào)試電路使之工作正常；對表盤定標，相對濕度顯示準確。參考答案：選取一精度較高的濕度計，以其測值作為真實值，進行標定操作；為實現(xiàn)多點標定，可將加濕器置于一容器內(nèi)，改變?nèi)萜鳚穸龋瑫r讀取自制直讀式濕度計及標準濕度計測值并記錄。利用最小二乘法獲取自制濕度計的實際輸出/輸出曲線的標定式，按此在表盤上做刻度。模塊八能力訓(xùn)練8-1利用虛擬儀器軟件LabVIEW、IMAQvison軟件模塊及IMAQ數(shù)據(jù)采集卡、攝像頭，搭建簡易界面，實現(xiàn)動態(tài)圖像采集與顯示。參考答案：IMAQvison軟件模塊及IMAQ數(shù)據(jù)采集卡費用較高，可用國產(chǎn)替代產(chǎn)品，參照選定采集卡的相關(guān)說明和廠家提供的虛擬儀器控件進行程序設(shè)計。如采用NI公司產(chǎn)品及IMAQvis