《自动检测与转换技术》各模块能力训练参考答案
模块一能力训练
1-1 请在你的学校内那些地方用到传感器？列举这些传感器所起的作用，或者说明检测的是什么物理量。
建议：
重点关注：学校物业监控的探头；楼宇消防监控探头；楼宇自动门；自动楼道灯；图书馆监控；自动水龙头等场所的传感器。
1-2 请你列举日常生活中使用的传感器？说明这些传感器所起的作用，或者检测的物理量。
参考答案：
冰箱、空调、电饭煲的温度传感器，检测的物理量是温度；自动洗衣机的水位传感器，检测的物理量是水位；电视机的遥控器，检测的是遥控器发出的红外线；手机的触摸屏，是电容或电阻传感器，检测的是手的触摸信息；宾馆接待大厅的自动门，检测的是人体接近的信息；宾馆房间上方的烟雾传感器，检测的房间是否有烟雾或火灾的信息；……等等。
模块二能力训练
2-1 假设你应聘到某机械厂，现单位计划采用数显装置将一台普通车床改造为专门用于车削螺栓的简易数控车床。此任务委托给你完成，所车制的螺栓具体指标为总长1000mm；直径30mm；螺距6mm；螺纹数120圈。具体要求如下并填空。
①采用传感器测量主轴的角位移，它的技术指标必须达到为P／r(每转一圈，产生个脉冲)，角位移的分辨力才能达到0.350。
②采用传感器测量刀架的横向位移，分辨达到0.01mm。
③主轴每旋转一圈，刀架必须向右前进mm；在加工到规定的螺纹圈数（120圈）时，刀架共移动了mm，然后退刀。
④在开始退刀时刻，主轴的角位移传感器共得到个脉冲。
⑤若横向走刀失控，当刀架运动到床身的左、右两端限位时，依靠传感器使溜板能够立即停止下来，并依靠器件发出“嘀”的报警响声1s。
参考答案：
①角数字编码器、1029、1029；②光栅位移；③6、720；④1029×120=123480；⑤限位或者位置传感器或者接近开关、鸣蜂器。
2-2 根据2-1中的几个要点完成以下工作：
（1）请你查阅有关资料，简述车床的主运动和进给运动，并画出表示车床传动机构的简图。
（2）简述车床车制螺纹的过程，由此说明刀架的横向进给和主轴转速为什么要保持同步。
（3）给主管部门写一份可行性报告。具体要求为：
①分别从量程、使用环境、安装和经济适用性、性能价格比等方面考虑，说明拟采用的位置传感器，并比较各自的特点。
②论述实现上述方案的对策，包括主轴的旋转和溜板的直线位移控制、进退刀控制、横向走刀失控报警和保护等方法。
③画出你所选用的传感器在主轴左侧的安装，画出刀架溜板水平直线位移传感器和数字显示器在机床上的安装位置。
④报告必须符合应用文格式，题目翻译成英文。
参考答案：
（1）车床的表面成形运动按其在切削加工中所起的作用可分为主运动和进给运动。主运动是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。车床的主运动是车床的主轴带动工件的旋转运动，它的表面成形运动。进给运动是使工件的多余材料不断被去除的工作运
动，加上主运动，即可不断地或连续地切除切屑，并获得具有所需几何特征的加工表面。如在车床上车削圆柱表面时，刀架带动车刀的连续纵向运动。切削过程中主运动只有一个，进给运动可以多于一个。主运动和进给运动可由刀具或工件分别完成，也可由刀具单独完成。机床的运动除了切削运动外，还有一些实现机床切削过程的辅助工作而必须进行的辅助运动。
（2）车床车制螺纹的过程是先挂轮，就是挂上档位，根据螺纹的螺距，配适当的挂轮，把挂轮箱上的手柄挂到相应的位置，然后对刀、进刀、反转、退刀，只要对机床稍微做一些调整，理论上任何螺距都可以车出来。车床刀架的横向进给和主轴转速要保持同步，这样才能使车制螺纹的螺距为等间距。
（3）略
模块三能力训练
3-1 图3-56所示为采用线性集成霍尔元件Array UGN3501T的简易转速测量系统。将霍尔元件
参照图3-4（c）安装于被测旋转轴相应位置，
制作图示测量电路要求：自行选择器件、设备
仪器，制定操作步骤，按图制作测量电路并调
试正常，并观测输出信号波形计算转速。
参考答案：
将霍尔元件参照图3-4（c）安装于被测旋
汽车安全气囊原理
图3-56 简易霍尔转速测量系统
转轴相应位置，如图3-56所示选择器件、设备
仪器，制作电路板，转动转盘，观察示波器输出波形情况，调节电位器W3可以调整示波器波形的幅值。设图3-4（c）中齿轮的次数为Z，示波器矩形波的频率为f，则转速n为：n=60f/Z（单位：转/分）为验证测试系统准确性，可在测试时利用标准转速计做比对分析。
3-2 查阅相关资料，参照图3-26、3-27制作超声波发射电路、接收电路，以及信号处
理显示电路，采用多普勒频差算法实现超声测速及显示。
参考答案：
制作完成的超声发射及接受探头相邻安装并固定好（图3-19所示），确定超声波与被测物体的运动方向夹角θ，发射探头的超声波频率40kHz，将接收探头的输出信号接入示波器或测频仪，遥控操作玩具小汽车按指定运动路线运动，获取接收探头的输出信号频率，计算频差F d，按式3-5计算小车的运动速度。可在地上一定间隔两端做标记，利用卷尺及秒表同时计算小车速度，验证超声测速系统的准确性。
3-3 通过对汽车安全气囊系统的拆装、电路测绘，了解汽车安全系统的工作原理及作
用，具体安装位置；了解加速度传感器特点、使用以及在汽车安全系统中作用，熟悉其检修、测试及信号处理方式。
参考答案：（略）
参照相关车型技术资料（有条件的情况下）。
模块四能力训练
4-1 现有数显扭力扳手一把（如图4-28所示）、电工螺丝刀一套、数码相片拍摄工具一个（如：手机、相机等），完成下列任务：
①对数显扭力扳手进行拆装，拍数码照片指出各功能模块的位置及完成的功能（注意：拆卸的零件按照依次摆好，安装顺序与拆卸顺序相反）。
②根据各功能模块分析其工作原理。 ③用数显扭力扳手扳动一个螺丝，说明与普通扳手有何区别？
参考答案：（略）
4-2 试根据料位测控系统功能示意图（如图4-29所示），说明其工作原理。图中的传感器是应变式拉力传感器，M 为变频调速电机。
参考答案：
如图4-29所示，变频调速器通过“给定”频率和反馈频率之差来调整1号传送带电机M 的转速，如果速度过快，则“料仓”重量增加拉力传感器感受到拉力增加，通过“FDV-2放大器”增加反馈量，与“给定”量进行比较，产生负值，通过变频调速器将1号传送带电机M 的转速降下一点，料仓的重量减轻，使得料仓的料位始终保持适当的值，2号传送带也一直不会断料。图中的“显示仪表”将显示2号传送带传送物料的速度。
模块五能力训练
5-1 试绘出运用电容传感器测量小位移的可能方案及原理框图。 参考答案：
运用电容传感器测量小位移的可能方案如下图所示，由电容式位移传感器采集位移量，将位移量变换成电容的变化，由电容传感器信号处理电路将电容的变化转换为电压或电流的变化（标准信号电压为0~5V 或0~10V ，电流为4~20mA ），通过显示器将位移量显示出来，其中电容传感器信号处理电路和位移量显示器需要有电源驱动。
5-2 有一台两线制压力变送器，量程范围为0～1MPa ，对应的输出电流为4～20mA 。求：
（1）压力p 与输出电流I 的关系表达式（输入／输出方程）。
图4
-29 料位测控系统功能示意图
图4-28 一种数显扭力扳手外形图
（2）画出压力与输出电流间的输入／输出特性曲线。
（3）当p 为0MPa 、1MPa 和0.5MPa 时变送器的输出电流。    （4）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为1～5V 电压，求负载电阻R L 的阻值。    （5）画出该两线制压力变送器的接线电路图（电源电压为24V ）。    （6）如果测得变送器的输出电流为5mA ，求此时的压力p 。
（7）若测得变送器的输出电流为0mA ，试说明可能是哪几个原因造成的。
（8）请将图5-36中的各元器件及仪表正确地连接起来。
（9）请上网查阅有关资料，写出一次仪表与二次仪表的定义。
参考答案：
（1
）
（2
）压力与输出电流间的输入／输出特性曲线如右图所示。
（3）当p 为0MPa 电流为4mA ；p 为1MPa 电流为20mA ；p 为0.5MPa 电流为12mA 。
（4）R L =1/0.004=250Ω或R L =5/0.02=250Ω
（5）该两线制压力变送器的接线电路图如下图所示。
图5-36 二线制压力变送器仪表的正确连接 二线制压力变送器仪表的接线图
P （kPa ）
（6）根据（1）中的公式可以得到输出电流为5mA时的压力p为250kPa
（7）若测得变送器的输出电流为0mA，可能压力变送器或24V直流电源出现故障。模块六能力训练
6-1 选择一测量范围大于1m磁致伸缩液位计并将输出信号转换成1~5V电压输出（如是电压输出型则省略此步）；连接至采集卡USB4704模拟输入端口，液位计正确安装于液罐或简易塑料桶内；设置好液位上下限，并通过标定试验确定其对应的输出电压值。利用LabVIEW编辑界面及程序如图6-36所示，运行并调试，要求能正确显示及超限报警。然后利用两个数字量输出端口分别连接红、黄LED指示灯及限流电阻作为上、下报警显示，要求工作正常。（注：公式节点中的公式应以实际标定结果替换）。
参考答案：
后面板程序说明，为建立计算机与USB4704的通信，初始化采集卡；常量0为采集卡的设备号（试具体计算机与采集卡的连接关系而定）；循环框外簇为设置采样通道
0，通道增益4,；控件AIVoltageIn，图标，为采集模拟通道的输入电压值；公式节点利用标定公式将电压值Vi换算成液位高度h，具体公式试标定结果而定；控件
DIOWriteBit为根据设置的液位上下限分别对数字输出通道0、1产生开关控制，通道0用于控制出水阀，通道1用于控制进水阀，并在前面板有对应指示灯显示相应状态；循环采样间隔设为20ms。
6-2 参考本模块单元2实践项目，将上下限位的输出信号（开关型）接入USB4704采集卡的两个数字量输入端，参考上题用LabVIEW软件编制相应测量界面和程序，进行料位检测与超限报警。
参考答案：（略）
6-3 简易电磁流量计的制作：参照图6-23电磁流量计的原理，制作磁铁、线圈，在PVC水管上放置电极并按图连接。电极两端的感应电动势适当放大后作为输出信号，接至数字电压表上。按单元3实践项目进行简易标定，获取输出电势与流量的关系，进行实际测量。
图6-36 液位显示报警界面及程序
参考答案：（略）
模块七能力训练
7-1 烟雾报警器电原理如图7-46所示。整个电路分为电源、检测、定时报警输出三部