第5章 检测元件
第5章电动势传感器
第5章 电动势传感器
5.1.4 磁电感应式传感器的应用 1. 图 5.8 是动圈式振动速度传感器结构示意图。 其结构主
要由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外 壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端 架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空且与外壳 相连。
43
2
1
NS
第5章 电动势传感器
2 恒定磁通式
恒定磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧、金属
骨架和壳体等组成。磁路系统产生恒定的直流磁场, 磁路中的
工作气隙固定不变, 因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动
部件可以是线圈或者磁铁，因此又分为动圈式（a）和动铁式
(b)两种结构类型。
v
弹簧 v 极掌 线圈
δx≈(-4.5%)/10 ℃
这一数值是很可观的, 所以需要进行温度补偿，补偿通常 采用热磁分流器，热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊 磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉 一小部分。当温度升高时, 热磁分流器的磁导率显著下降, 经 它分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低, 从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化, 维持传感器灵敏度 为常数。
为补偿上述附加磁场干扰, 可在传感器中加入补偿线圈, 如图5.3所示。 补偿线圈通以经放大K倍的电流, 适当选择 补偿线圈参数, 可使其产生的交变磁通与传感线圈本身所产 生的交变磁通互相抵消, 从而达到补偿的目的。
第5章 电动势传感器
（2）
当温度变化时, 式（5.9）中右边三项都不为零, 对铜线而 言每摄氏度变化量为dL/L≈0.167×10-4, dR/R≈0.43×10-2 , dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的磁性材料。对铝镍 钴永久磁合金, dB/B≈-0.02×10-2, 这样由式(5.9)可得近似值:
数控机床位置检测与传感器件1位置传感器件主要分类1
第五部分数控机床位置检测与传感器件1.位置传感器件主要分类(1)直线和角位移传感器:a.直线位移传感器直线位移传感器用于测量工作台的位移，通常装在工作台侧面。
为了使传感器的热膨胀系数与机床床身的相同，要选择传感器的材料，否则会影响测量的准确性。
直线位移传感器还要避免油雾、冷却液和切屑等的污染。
b.角位移传感器是用来测量传动轴的角度位移的。
用角位移传感器测量直线位移时，要求它的测量值与工作台的直线位移有一定的对应关系，通常是将角位移传感器装在带动工作台移动的丝杠的端部。
位移传感器的输出只有两种形式，即模拟式或数字式；直线或角位移传感器也可能是绝对、半绝对或增量位移传感器。
(2)模拟式和数字式位移传感器:模拟传感器——传感器输出信号的强度产生连续的、逐渐的变化。
数字位移传感器——工作台位置变化时，位移传感器以电脉冲的形式产生一个数字式输出信号。
根据机床的最小设定单位，每移动相应的距离就产生一个脉冲。
(3)绝对、半绝对及增量位移传感器:绝对、增量传感器产生的信号，前者是一个绝对的位置数据.后者是相对于上一个位置的增最(相对)数据。
半绝对位移传感器大部分使用绝对角位移传感器测量丝杠的角位移，为了得到工作台的直线位移，需要采用一些附加的方法测定丝杠旋转的圈数。
2.精度的概念精度和分辨率是描述传感器件性能的重要指标。
传感器件的测量精度是其可以一致的、重复测出的最小单位；分辨率是指传感器件能辨别的一个物理量等分后的最小单位。
无论是直线位移传感器还是角位移传感器，精度都是指其测量工作台位移的精度，而不是传感器的分辨率。
另一方面，测量的精度并非工件的加工精度，工件的加工精度受很多因素的影响。
3.光栅位移检测装置光栅位移传感器基于莫尔条纹和光电效应将位移信号转变为电信号，有直线光栅和困光栅两种类型。
光栅位移检测装置的测量精度高，在大量程测长方面其精度仅低于激光式的测量精度；而对要求整困范围内高分辨率的困分度测量来说，光栅式测量装置是精度最高的一种。
仪表自动化第五章习题：温度检测
第五章温度检测
1. 今用一只镍铬-镍硅热电偶,测量小氮肥厂中转化炉的温度,已知热电偶工作端温度为800℃,自由端(冷端)温度为30℃,求热电偶产生的热电势 E(800,30)。
解：由附录三可以查得
E(800,0)=33.277(mV)
E(30,0)=1.203(mV)
将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) -E(30,0)=32.074 ( mV)
2 .某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30℃,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的实际温度。
解:由附录一可以查得
E(30,0)=0.173(mV)
代入式(5-3)变换得
E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)
再由附录一可以查得14.368mV对应的温度t为1400℃。
注意：由于热电偶所产生的热电势与温度的关系都是非线性的 (当然各种热电偶的非线性程度不同),因此在自由端温度不为零时,将所测热电势对应的温度值加上自由端温度,并不等于实际的被测温度。
3.什么叫温标？什么叫国际实用温标？
用来衡量温度的标准尺度，简称为温标。
为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度(即具
有较高准确度)的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。
4.接触式测温和非接触式测温各有何特点，常用的测温方法有哪些? 接触式与非接触式测温特点比较
热敏电阻测温
非接触式测温：辐射测温。
第5章课后习题参考答案
第五章组合逻辑电路1．写出如图所示电路的输出信号逻辑表达式，并说明其功能。
（a）（b）解：（a）Y1ABC（判奇功能：1的个数为奇数时输出为1）Y2AB(AB)CABACBC（多数通过功能：输出与输入多数一致）（b）Y1(AB)A(AB)BABAB（同或功能：相同为1，否则为0）2．分析如图所示电路的逻辑功能（a）（b）（c）解：（a）Y1ABAB（判奇电路：1的个数为奇数时输出为1）0011（b）Y2(((AA)A)A)（判奇电路：1的个数为奇数时输出为1）0123YAM00（c）Y1 A M1（M=0时，源码输出；M=1时，反码输出）YAM233．用与非门设计实现下列功能的组合逻辑电路。
（1）实现4变量一致电路。
（2）四变量的多数表决电路解：（1）1）定变量列真值表：ABCDYABCDY0000110000000101001000100101000011010110010*******010*******011001110001110111112）列函数表达式：YABCDABC D ABCDABCD3）用与非门组电路（2）输入变量A、B、C、D，有3个或3个以上为1时输出为1，输人为其他状态时输出为0。
1）列真值表2）些表达式3）用与非门组电路4．有一水箱由大、小两台水泵ML和Ms供水，如图所示。
水箱中设置了3个水位检测元件A、B、C，如图（a）所示。
水面低于检测元件时，检测元件给出高电平；水面高于检测元件时，检测元件给出低电平。
现要求当水位超过C点时水泵停止工作；水位低于C点而高于B点时Ms单独工作；水位低于B点而高于A点时ML单独工作；水位低于A点时ML和Ms同时工作。
试用门电路设计一个控制两台水泵的逻辑电路，要求电路尽量简单。
解：（1）根据要求列真值表（b）（b）（a）（2）真值表中×对应的输入项为约束项，利用卡诺图化简（c）（d）（c）（d）（e）得：MABCsMBL（ML、M S的1状态表示工作，0状态表示停止）（3）画逻辑图（e）5．某医院有—、二、三、四号病室4间，每室设有呼叫按钮，同时在护士值班室内对应地装有一号、二号、三号、四号4个指示灯。
新人教版高中物理选修二第五章《传感器》检测题(包含答案解析)
一、选择题1．(0分)[ID：129458]某学校创建绿色校园，如图甲所示为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制：路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。
如图乙所示R为光敏电阻（光照强度增加为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，t时，其电阻值减小）。
现增加光照强度，则下列判断错误的是（）A．A B、灯都变暗B．电源的输出功率变小C．电源的效率变小D．t R上电流的变化量大于0R上电流的变化量2．(0分)[ID：129444]下列关于传感器说法正确的是（）A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．霍尔元件能够把磁学量（如磁感应强度）转化为电学量（如电压）C．光敏电阻随光照强度增加电阻增大D．热敏电阻的阻值随温度的升高而升高3．(0分)[ID：129443]如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。
若振动膜a周期性振动，则（）A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大4．(0分)[ID：129429]人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。
当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中不正确的是（）A ．脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例B ．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例C ．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确D ．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确 5．(0分)[ID ：129427]下列有关传感器的说法正确的是（ ） A ．霍尔元件属于光敏元件B ．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大C ．金属制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小D ．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器6．(0分)[ID ：129426]如图所示为一种常见的电子台秤，质量为0M 的秤盘置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当秤盘没有放入物体时，传感器输出电压为0U ，将某物体放置于秤盘，传感器输出电压为U ，则该物体的质量为（ ）A ．0M U U B ．00M U UC ．()000M U U U - D ．()00M U U U- 7．(0分)[ID ：129423]如图所示，甲为在温度为10C 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻120k ΩR =、210k ΩR =、340k ΩR =，t R 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a 、b 端电压0ab U ≤时，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a 、b 端电压0ab U >时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）A ．10CB ．20C C ．35CD ．45C8．(0分)[ID ：129404]关于传感器的作用，下列说法正确的是（ ） A ．通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B ．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量 C ．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量 D ．以上说法均不正确9．(0分)[ID ：129397]如图所示的电路。
5数控机床伺服驱动和检测
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第一节 概述
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格 也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交流伺服 驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机，转 子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单， 适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展， 其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统，交流伺服电机已 在数控机床中得到广泛应用。 直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直演 变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动能的 一种推力装置，是一种较为理想的驱动装置。在机床进给系统中， 采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是取消了从电 动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动机驱动方式无法 达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机床中的应用目前还 处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。随着各相关配套技术 的发展和直线电动机制造工艺的完善，相信用直线电动机作进给 驱动的机床会得到广泛应用。
选择：①伺服系统要求的分辨率； ②考虑机械传动系统的参数。
分辨率（分辨角）α
设增量式码盘的规格为 n 线/转：
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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第一节 概述
数控机床闭环进给系统的一般结构如图所示，这是一个双闭环系统，内环 为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速 度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控制系 统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置 中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。由速度 检测装置提供速度反馈值的速度环控制在进给驱动装置内完成，而装在电动机 轴上或机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的位置环由数控装置 来完成。伺服系统从外部来看，是一个以位置指令输入和位置控制为输出的位 置闭环控制系统。但从内部的实际工作来看，它是先把位置控制指令转换成相 应的速度信号后，通过调速系统驱动伺服电机，才实现实际位移的。
第五章位置检测装置
U0 定尺
正弦绕组
Us
Uc
滑尺 余弦绕组
图5-1 直线感应同步器结构
三、感应同步器的特点及使用注意事项
由于感应同步器具有一系列优点，所以广泛用于位置检测 （1）精度高。感应同步器系直接对机床位移进行测量，中 间不经过任何机械转换装置，测量精度只受本身精度的 限制。 （2）可拼接成各种需要的长度。根据测量长度的需要，采 用多块定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整。 （3）对环境的适应性强。直线式感应同步器金属基尺与安 装部件的材料的膨胀系数相近，当温度变化时，二者的 变化规律相同，而不影响测量精度。 （4）使用寿命长。由于办应同步器定尺和滑尺之间没有直 接接触，因而没有磨损，所以寿命长。 （5）注意安装间隙。
第三节 旋转变压器
旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组 成。 旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中 定子绕组接受励磁电压。转子绕组通过电磁耦合得到感应 电压，其输出电压大小与转子位置有关。
旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测 量工作台的位移。
旋转变压器结构简单，动作灵敏，抗干扰能力强，工 作可靠，其精度能满足一般检测要求，因此广泛应用于数 控机床。
（二） 增量式测量和绝对式测量 1. 增量式测量 在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增 量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则 每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装 置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点， 而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误， 以后测量所得结果完全错误。 2. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由 固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量 值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对 应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显 然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进 制位数也愈多，结构就愈复杂。
第5章 数控机床的检测装置要点
U1c＝Um（sinωt+π/2）＝Umcosωt 当转子正转时，这两个激磁电压在转子绕组中产生的 感应电压经叠加，得到转子的感应电压U2为
U 2 = kU1s sin + kU1c cos
CNC
5.2 旋转变压器
U2＝kUmsinωtsinθ＋kUmcosωtcosθ
CNC
5.4 光栅
通常意义上讲，光栅按用途分有两大类：
物 理光 栅（衍 射光栅 ）： 200～ 500 条/㎜，栅距 0.002～0.005㎜，主要是利用光的衍射原理，用于 光谱分析和光波波长的测定。
相同但幅值不同。
Vs = Vm sin sin t
Vc = Vm cos sin t
则在定尺绕组产生的总感应电压为
V2 = KVm sin sin t cos KVm cos sin t sin
＝ KV m sin ( )sin t
若电气角α已知，只要测出V2幅值，便能求出与位移对应 的角度θ。实际测量时，不断调整α ，让幅值为零。α 的变化量则代表θ对应的位移量，就可测得机械位移。
激磁
t
U2
输出
t
U 2 = KU m sin t sin
CNC
U 1c
5.2 旋转变压器
使用较广泛的为正余弦旋转变压器
U 1s
U 2 = kU1s sin + kU1c cos
主要内容
定子 1c
1ccos
θ
5° 4
1ssin
R
U 2 转子
1s
CNC
5.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式 给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率，但相位
第5章磁力检测
无损检测技术无损检测技术无损检测技术第一节 磁力探伤的基本原理及其特点磁力探伤是一种比较古老的无损检测方法。
由于它具有设备简 单、操作方便、检测速度快、观察缺陷直观（磁粉法-magnetic particle inspection (MPI) ）和有较高的检测灵敏度等优点，在工业 生产中应用极为普遍。
二．主要特点优点： ①能直观显示缺陷的形状、位置、大小、并可大致确 定其性质。
②具有高的灵敏度，可检出的缺陷最小宽度约1um； ③几乎不受试件大小形状的限制； ④检测速度快，工艺简单，费用低廉。
第5章 磁力探伤一．基本原理N S图4-1-1 磁力探伤基本原理 磁力探伤按测量漏磁方式的不同，可分为：磁粉法、漏磁 检测法（利用磁敏元件）和录磁检测法等1 2 3机械工程学院机械工程学院机械工程学院无损检测技术无损检测技术无损检测技术局限性： ①只适用于铁磁体材料及其合金（铁、钴、镍及其合 金），不适用于非铁磁体材料（如奥氏体钢、铜、铝 等）。
②只能发现表面和近表面缺陷，可探测的深度一般在1～ 2mm; ③磁化场的方向应与缺陷的主平面相交，夹角应在 45o~90o ，有时，还需从不同方向进行多次磁化。
④不能确定缺陷的埋深和自身高度； ⑤宽而浅的缺陷也难以检出； ⑥检测后常需退磁和清洗； ⑦试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。
4三、磁粉检测基本知识1.磁场：磁铁或载流导体周围受磁性作用的空间称为磁场。
磁场强度H：表征磁场方向和大小的量。
单位：A/m 1A/m表示与一根通以1A电流的长导线相距（π/2）m的地方 发生的磁场强度。
3.磁导率μ 磁导率表示材料被磁化的难易程度，反映了不同材 料导磁能力的强弱。
单位：H/m。
（亨利/米） 真空磁导率：μ0＝4π×10－7 相对磁导率：μr = μ/ μ02.磁感应强度B：将原来不具有磁性的可磁化材料放入磁场强度为H的外磁 场，此材料可被磁化。
电气安全 第5章
14:15
检测机构一般采用电流互感器或灵敏继电器；判断机构一般采用 自动开关或接触器；放大机构大多采用电子元件，也有的采用机械元 件；检查机构一般采用按钮开关和限流电阻。
14:15
家庭漏电保护器
14:15
3.基本结构 漏电保护器的基本结构由三部分组成，即检测机构、判断机构和 执行机构。当有人触电或设备漏电时，一般会出现漏电流和漏电压。 因为电气设备在正常工作的情况下，从电网流入的电流和流回电网的 电流总是相等的，但当电气设备漏电或有人触电时，流入电气设备的 电流就有一部分直接流入大地或经过人体流入大地，这部分流入大地 并且经过大地回到变压器中性点的电流就是漏电电流。有了漏电电流 ，从电气设备流入电网的电流和从电网流入电气设备的电流就不相等 了。另外，电气设备正常工作时，壳体对地电压是为零的，在电气设 备漏电时，壳体对地电压就不为零了。而出现的对地电压就叫漏电电 压。检测机构的任务就是将漏电电流或漏电电压的信号检测出来，然 后送给判断机构。判断机构的任务就是判断检测机构送来的信号大小 ，是否达到动作电流或动作电压，如果达到动作电流或动作电压，它 就会把信号传给执行机构。执行机构的任务就是按判断机构传来的信 号迅速动作，实现断电。 在检测机构和判断机构之间，一般还加有放大机构，这是因为检 测机构检测到的信号都非常微弱，有时必须经放大机构放大后才能送 给判断机构，实现判断动作。另外，为了增加漏电保护器的可靠性， 有时还加有检查机构。即人为输入一个漏电信号，检查漏电保护器是 否动作。如果动作，说明漏电保护器工作正常；如果不动作，则应及 时检查。
伺服系统的检测元件
5.2 旋转变压器
单极对旋转变压器的工作情况。如图5-2所示，设一次 绕组匝数为N1，二次绕组匝数为N2，n=N1/N2为变压比， 当一次侧输入交变电压
U1=Umsinωt
（5-1）
二次侧产生感应电势
U2=nU1=nUmsinωtsinθ
(5-2)
式中， U2为转子绕组感应电势；
U1为定子的激磁电压；
U2=nUmsinωt
(5-3)
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5.2 旋转变压器
正弦余弦旋转变压器的工作原理，如图5-3渐示。正弦余 弦旋转变压器定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组， 定子上的两个绕组分别为正弦绕组(激磁电压为U1s)和余弦 绕组(激磁电压为U1c)，转子绕组中的一个绕组输出电压为 U2，另一个绕组接高阻抗，用来补偿转子对定子的电枢反应。
(4)由于感应同步器感应电势低，阻抗低，应加强屏蔽以防止干 扰。
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5.4 光 栅
光栅按用途分有两大类，一类是物理光栅(亦称衍射光栅)， 另一类是计量光栅。物理光栅的刻线细密，线纹密度一般为 200～500条/mm，线纹相互平行且距离相等，称此距离 为栅距。物理光栅是利用光的衍射原理，常用于光谱分析和 光波波长的测定。计量光栅是利用光的透射和反射现象，用 于数控机床检测系统。因此，这里所讨论的光栅是指计量光 栅。
式中，n为任意正整数。
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5.3 感应同步器
（2）圆感应同步器 圆感应同步器的定子、转子都采用不锈钢、硬铝合金等
材料作基板，呈环形辐射状。定子和转子相对的一面均有导 电绕组，绕组用厚O.05mm的铜箔构成。基板和绕组之间 有绝缘层。绕组表面还加有一层与绕组绝缘的屏蔽层，材料 为铝箔或铝膜。转子绕组为连续绕组；定子上有两相正交绕 组(sin绕组和cos绕组)，做成分段式，两相绕组交差分布， 相差90°电角度，如图5-6所示。
第五章 位置检测装置
5.1.3 位置检测装置的分类
绝对式：对于被测量的任意一点位置均由固定的零 点标起。每一个被测点都有一个相应的测量值。
优点：能指示绝对位置，没有累计误差，电源切断 后信息不丢失。
缺点：装置结构较为复杂。
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5.2 旋转变压器
旋转变压器是一种基于电磁感应原理的角度测 量元件，在结构上与两相绕组式异步电动机相似， 由定子和转子组成，定子绕组为变压器的原边， 转子绕组为变压器的副边。激磁电压接到定子绕 组上，激磁频率通常为400Hz~5000Hz，转子绕组 产生的感生电压反映回转角的变化。其结构简单、 动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出 信号幅度大，抗干扰性强，工作可靠。
幅值工作方式 ：给滑尺绕组通入相位相同、频 率相同，但幅值不同的励磁电压。
22
5.3.2 感应同步器的应用
(1)感应同步器的鉴相测量系统
23
5.3.2 感应同步器的应用
设滑尺绕组节距为P，则滑尺移动x时，有
x , 2 x
2 P
P
U s U m sin t Uc U m cost Uo kUs cos kUc sin
按测量方式分：增量式测量和绝对式测量。 增量式 ：只测量位移量。测量单位为0.01mm，每移
动0.01mm发出一个脉冲信号。 优点：装置简单，任何一个对中点都可作为测量的
起点。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种方 式。 缺点：在增量式检测系统中，移距是由测量信号计 数读出，一旦计数有误，以后的测量结果则完全 错误。如发生某种故障，无法恢复。
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5.1.3 位置检测装置的分类
模拟式测量：模拟式测量是将被测量用连续变量来 表示，如电压变化、相位变化等。数控机床所用 模拟式测量主要用于小量程的测量，如感应同步 器的一个线距（2mm）内的信号相位变化等。
第5章 设备状态监测常用传感器
2010-7-2
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第五章
设备状态监测常用传感器
2,热电阻温度传感器 , 热电阻式温度计利用材料电阻率随温度变化而变 化的特性将温度按一定函数关系转换为电量. 化的特性将温度按一定函数关系转换为电量. (1)金属热电阻及其温度特性 ) 铂热电阻 Rt=R0(1+At+Bt2) 公式适用于温度在0~650°C ° 公式适用于温度在 铜热电阻 Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3) 公式适用于温度在-50~150°C ° 公式适用于温度在
2010-7-2 24
第五章
设备状态监测常用传感器
4,稳定性 , 稳定性表示传感器经过长期使用后, 稳定性表示传感器经过长期使用后,其输出特性 不发生变化的性能. 不发生变化的性能.工程实际应用往往对稳定性有严 格要求. 格要求. 5,频响特性 , 频响特性是指在所测频率范围内, 频响特性是指在所测频率范围内,传感器的输出 能够真正反映被测参数而不失真. 能够真正反映被测参数而不失真.应根据被测对象及 其故障性质适当选择. 其故障性质适当选择. 6,测量方式与使用场合 , 测量方式,测量对象和使用场合的不同,所采用 测量方式,测量对象和使用场合的不同, 的传感器也往往不同. 的传感器也往往不同. 7,其他因素 , 实际应用中还要兼顾结构,体积,重量, 实际应用中还要兼顾结构,体积,重量,价格和 易于更换等因素. 易于更换等因素.
五,压力传感器
设备状态监测常用传感器
1,电容式压力传感器 , (1)工作原理 ) 电容式压力传感器是将压力变化转换为电容变化 的一种传感器. 的一种传感器.
2010-7-2
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第五章
设备状态监测常用传感器
测量压力的传 感器多采用极距变 化型. 化型.极距变化型 传感器电容的变化 与极距δ的变化呈非 与极距 的变化呈非 线性(双曲线) 线性(双曲线)关 如图所示, 系,如图所示,当 极距有一微小变化, 极距有一微小变化, 引起电容变化. 引起电容变化.
数控机床位置传感器
2020/6/22
1. 增量式光电脉冲编码器亦称光电码盘、光电脉冲发生
器等。轴的每圈转动，增量式编码器提供一定数量的脉 冲。 周期性测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来移 动的速度。 如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算 值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出 脉冲之间相差为90°。 能使接收脉冲的电子设备接收轴 的旋转感应信号，因此双通道编码器可用来实现双向的 定位控制。另外，三通道增量式旋转编码器每一圈产生 一个称之为零位信号的脉冲。
第五章 数控机床位置传感器
2020/6/22
4．3位置检测装置 4.3.1 位置检测元件的分类及要求 1．位置检测元件的分类
位置检测元件是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。 它的作用是检测工作台的位置和速度的实际值，并向数控装 置或伺服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。检测元件 通常利用光或磁的原理完成对位置或速度的检测。位置检测 系统所能测量的最小位移量称为分辨率。
条纹间距B。若光栅尺的栅距为W，光栅尺相对位移两条 明带或两条暗带之间的距离称为莫尔条纹间距B。若光栅 尺的栅距为W，光栅尺相对位移一个栅距W，莫尔条纹也 上下移动一个条纹间距B，则光电元件输出信号也就变化
2020/6/22
脉冲编码器检测方式的特点如下 （1） 检测方式是非接触式的， 无摩擦和磨损， 驱动力矩小。
（3） 由于照相腐蚀技术的提高，可以制造高分辨率、 高精 度的光电盘。母盘制作后，复制很方便，且成本低。
（2） 由于光电变换器性能的提高， 可得到较快的响应速度。 （4） 抗污染能力差， 容易损坏。
7
2020/6/22
当标尺光栅和指示光栅的线纹方向不平行，相互倾斜一
个很小交角θ时，中间保持0.01～0.1 mm的间隙，在平
第5章 压力检测仪表.
膜片压力表的工作原理与膜盒压力表相近，测量准确 度也差不多，但膜片压力表的可测压力范围较宽，最高可 达2.5MPa。另外，作为弹性元件的膜片常常和其他转换 元件一起使用构成电远传式压力仪表
金属膜片
膜盒压力表
膜片压力表
28
四、电远传式压力检测仪表
电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为敏 感元件，但在仪表中增加了转换元件（或 装置）和转换电路能将弹性元件的位移转 换为电信号输出，实现信号的远传。
高压侧进气 口
电容式差压变送器
内部不锈钢膜片的位置
40
41
各种电容式差压变送器外形
42
各种电容式差压变送器外形（续）
法兰
43
各种电容式压力变送器外形（续）
44
电容式差压变送器
电容式压力/差压变送器
45
PH
PL
动画演示
电容式差压传感器结构
46
其它电远传式压力检测仪表
霍尔压力传感器 它主要由弹簧管、霍尔元件和磁极组成
电感式压力传感器 在电感式压力传感器中，首先用弹性元件将被测
压力转换成弹性元件的位移，再用电学的方法将
位移转换成自感或互感系数的变化，最后由测量
电路转换成与被测压力成正比的电流或电压输出.
48
谐振式压力传感器 谐振式压力传感器是依靠被测压力改变弹性 元件或与弹性元件相连的振动元件的谐振频率， 经过适当的电路输出脉冲频率信号或电流（电压） 信号 ，根据谐振原理的不同，谐振式压力传感器 有振弦式、振膜式及振筒式几种。
10.00
14.22
0.9807
1.0133×105 1.3332×102
1.0332 1.3595×103
自动控制原理知到章节答案智慧树2023年青岛理工大学
自动控制原理知到章节测试答案智慧树2023年最新青岛理工大学绪论单元测试1.控制理论的主要任务是（）参考答案:设计控制器;分析控制对象第一章测试1.下列属于自动控制系统的是（）参考答案:飞机自动驾驶系统;由加热炉、热电偶、电桥、放大器、加热管实现炉温控制;马桶水箱内液位控制2.下列关于反馈控制系统，说法正确的是（）参考答案:检测元件用于检测被控量;由被控对象和控制装置组成;控制器属于控制装置3.关于开环控制说法错误的是（）参考答案:适合于控制精度要求高的场合4.负反馈调节器的控制作用能够减小偏差，正反馈则恰恰相反。
（）参考答案:对5.恒值控制系统设计的重点是研究各种扰动对被控对象的影响以及抗扰动的措施。
（）参考答案:对第二章测试1.下列关于特征根与固有模态的关系，正确的说法是（）参考答案:虚轴上特征根对应的模态既不发散也不收敛;复特征根对应的模态是震荡的;实特征根对应单调指数模态;左半平面特征根对应的模态收敛2.关于线性系统的响应说法正确的是（）参考答案:脉冲响应的积分就是阶跃响应;脉冲响应的laplace变换即为系统的传递函数;响应指系统在输入作用下，输出所时间变化的函数关系。
3.关于传递函数，正确的说法是（）参考答案:分母多项式=0即为特征方程;是系统脉冲响应的laplace变换;由系统本身的结构参数决定;只适用于线性时不变系统;与微分方程同属于系统的数学描述方式4.关于传递函数极点，正确的说法是（）参考答案:产生系统的固有运动;与输入信号无关;就是系统的特征根;个数等于系统的阶数5.关于传递函数零点，正确的说法是（）参考答案:可以阻断系统的某些固有模态;影响系统模态在输出中的比重第三章测试1.关于线性系统稳定判据说法正确的是（）参考答案:系统特性方程系数有变号则一定不稳定;系统所有闭环极点位于左半复平面则系统稳定2.劳斯表中出现全零行，说明存在关于原点对称的根，以下说法正确的是（）参考答案:关于原点对称的根可求解系统特征方程得到;关于原点对称的根可求解辅助方程得到3.反应系统响应快速性的指标有（）参考答案:峰值时间;延迟时间;上升时间;过渡过程时间4.上升时间的定义为（）参考答案:输出首次达到其稳态10%到90%的时间;输出首次达到其稳态值的时间5.下列关于一阶系统说法正确的是（）参考答案:由一阶微分方程描述;时间常数T体现系统的惯性，T越大反应越慢;阶跃响应不存在超调;输出达到0.932倍输出稳态值的时间为T第四章测试1.下述说法正确的是（）参考答案:根轨迹方程就是系统的闭环特征方程。
第四章 第五章点火器及火焰检测
第四章点火器及火焰检测第一节点火器概述目前，大容量锅炉的煤粉燃烧器点火均使用液体燃料或气体燃料，采用多级点火方式。
由电引燃器发火，逐级点燃气体燃料、液体燃料和煤粉；或者由电引燃器直接点燃液体燃料(轻油或重油)，再点燃煤粉。
点火过程可在主燃烧器上进行，也可先点燃启动(辅助)燃烧器，再由它们来点燃主燃烧器。
常规点火器的引燃器，有电火花、电弧、电阻丝等各种类型。
电阻丝点火器设备简单，结构紧凑，但电阻易氧化烧损，在直接点燃重油时烧损极为严重，目前仅在一些燃油锅炉上使用。
电弧点火器可获得较大功率，但因电压低不易击穿污染层起弧，且烧蚀严重，设备体积大而笨重，逐渐为电火花装置所取代。
电火花引燃装置中以高压电火花(由5000—8000V的电压通过两极间的间隙放电)的使用为最广。
进而还有高频高压电火花和高能电火花引燃装置，其性能更为优异。
除了专供点火的点火(燃烧)器之外，尚有兼点火和稳燃或带低负荷功能的辅助燃烧器。
在常规的点火燃烧器中，专供点火的点火燃烧器和辅助燃烧器有时并不能区分得很清楚。
但一般前者只用于启动时点燃燃料，容量很小，在点燃主火焰并稳定燃烧后很快就停掉，而不用它来维持整个点火和启动过程。
但对于现代的大容量锅炉而言，为了保证运行的安全，有的点火燃烧器除了在点火时投入外，在不利工况或事故工况下(如煤质差、负荷低或给煤不正常等等)也需要利用它来维持着火稳定；在有的锅炉上，主燃烧器熄火前也先要投入点火器以保证安全。
这后一种点火器则属于点火和辅助燃烧器之列，或按有的习惯称之为维持点火的点火燃烧器。
另一种辅助燃烧器则是启动燃烧器，其用途是在锅炉启动过程中用来升压带负荷。
点火燃烧器的功用不同，其容量或点火能量也不相同。
点火能量系指单只点火器点燃与之相邻的主燃料所需的能量与该主燃料喷口设计热功率之比。
它与主燃料特性、燃料空气混合物浓度和流速、燃烧器和点火器型式和布置以及火焰结构等有关。
一般而言，点火器的最小容量(能量)约为所点燃的主燃料喷口设计输入热功率的1％一2％。
电气检测技术知识点
第一章 检测技术的基础知识1、传感器的组成功用是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。
一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
敏感元件：直接感受被测量，并且输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入量转换成电参数。
转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
2、误差的基本概念及表达方式（1）绝对误差：是示值与被测量真值之间的差值，通常用实际真值代表真值，并采用高一级标准仪器的示值作为实际真值。
（2）相对误差：绝对误差与真值或实际值之比. 相对误差通常用于衡量测量的准确程度，相对误差越小，准确程度越高。
（3）引用误差：是一种实用方便的相对误差，常在多档和连续刻度的仪器仪表中应用。
选用仪表时，一般使其最好能工作在不小于满刻度值三分之二的区域。
3、误差的分类与来源（1）系统误差：在相同的条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时，与某一个或几个因素成函数关系的有规律的误差，称为系统误差。
它产生的主要原因是仪表制造、安装或使用方法不正确，也可能是测量人员一些不良的读数习惯等。
（2）随机误差：服从统计规律的误差称随机误差，又称偶然误差。
误差产生的原因很复杂，所以不能用修正或采取某种技术措施的办法来消除。
应该指出，在任何一次测量中，系统误差与随机误差一般都是同时存在的，而且两者之间并不存在绝对的界限。
（3）粗大误差：在相同的条件下，多次重复测量同一量时，明显地歪曲了测量结果的误差，称为粗大误差，简称粗差。
粗差是由于疏忽大意，操作不当，或测量条件的超常变化而引起的。
含有粗大误差的测量值称为坏值，所有的坏值都应去除，但不是主观或随便去除，必须科学地舍弃。
正确的实验结果不应该包含有粗大误差。
4、随机误差的特点（1）绝对值相等，符号相反的误差在多次重复测量中出现的可能性相等；（2）在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超出某一限度；（3）绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差在多次重复测量中出现的机会多；（4）随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于0。
自动控制--第五章 单容对象动特性及其数学描述
2 实验测定（测试法建模） 通过实验测定，称为实验测定法。根据生产过 程的输入和输出的实测数据，进行某种数学处理后 建立输入-输出模型。 (1) 经典辨识法：不考虑测试过程中的偶然误差 ，只对少量测试数据进行简单的数学处理，计算工 作量小，一般不用计算机。
如图5-5所示为双容对象，由两个一阶非周期性 的惯性环节串联起来，被调量是第二水槽的水位h2。 当输入量有一个阶跃 增加ΔQ1 时，被调量 变化的反应（飞升） 曲线如图5-6中所示的 Δh2曲线。
1 S 形曲线
这里不再是单容对象的简单的
指数曲线，而是呈S 形的一条曲线。
B
2 容量滞后
由于多了一个容器就使调节对
截面积A，一个是流入量与流出量的差额。其中，A称为
水槽的容量系数，又称液容C。
假定流量Q1的变化量ΔQ1与调节阀1的开度的变化量成
正比, 比例系数为 K， 即 Q1 K 1
（5-5）
假定输出水流量Q2随水位而变化，二者之间关系为：
Δh
Δh
ΔQ2 RS RS ΔQ2
其中， R是S 流出管路上的阀门2的阻力，或称液阻。
1 1
两个实根 T中，大多数对象的飞
升曲线是过阻尼的，因此，这种传递函数可以适用于
一大批工业对象。
5．4 测定动态特性的频域方法
5．4．1 正弦波方法
1 测定原理 利用线性系统频率保持性，记录输出的稳定振荡 波形，就可测得精确的频率特性。 波形稳定后，测出输出振幅与相位，与输入振幅 与相位比较，便可知道对象的频率特性，进而求的数 学模型。
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一
位移传感器
1
旋转变压器
当定子励磁绕组以一定频率的交流电压激励时，转子输出 电压随转子转角变化（与转子转角成正弦、余弦函数关系）。
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定子已加励磁电压Uj
转子输出电压与转子转角成正弦、余弦函数关系
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2
感应同步器（电栅）
应用电磁感应原理来测量位移的高精度检测元件，有直线式和圆盘式 两类，分别用作检测直线位移和转角。 直线感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。 定尺一般为250mm，上面均匀分布节距为2mm的绕组； 滑尺长100mm，表面布有两个绕组，即正弦绕组和余弦绕组，当余弦 绕组与定子绕组相位相同时，正弦绕组与定子绕组错开1／4节距(W)。 圆盘感应同步器，其转子相当于滑尺，定子相当于定尺，而且定 子绕组中的两个绕组也错开1／4节距。
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VA VB
光电码盘正、反转时输出脉冲信号的时序图特征
正向旋转 反向旋转
A
B
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增量光电 码盘判向 原理
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绝对值编码器
最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。圆盘划分16个扇 区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、 1111。
(a) 4位二进制绝对值编码器的编码盘
光电编码器的输出信息 代码信息是位置或位移。
位置是指坐标中的坐标值，有固定原点 (或角度)，也可 以称为绝对位置。 位移指被测对象从任一位置到另一不同位置所移动的距 离(即增量)。 输出绝对位置的编码器为绝对值型编码器， 输出位移量(增量△x)的编码器叫增量型编码器。 光电编码器有两种类型，一种是增量编码器，一种是绝 对编码器。两者相比，增量编码器具有结构简单、价格低， 而且精度易于保证等优点，所以目前采用最多。
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双路光电码盘（判别转动方向）
VA
VB
双路光电码盘脉冲
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实际双路光电码盘结构示意图
在圆盘上刻有节距相等的辐射状窄缝，与之相对应的还有两组检 测窄缝，其节距与圆盘的节距相同。 两组检测窄缝错开1／4节距。其目的是使A，B两个光电转换器的 输出信号在相位上相差90°。
测量时，两组窄缝是静止不动，圆盘与被测轴一起转动，这时在光电 变换器A和B上就输出一个相位差90°的近似正弦波，经逻辑电路处理后用 来判别转动方向。
式中：tg θ ≈ θ
W
θ
P
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若栅距P =0.Olmm，只要θ很小，1/θ(放大倍数)很大，如 莫尔条纹的宽度w 为10mm，则放大倍数相当于1000倍，即把光 栅间距放大1000倍，因而减轻了电子线路的负担。
光栅莫尔条纹的形成 标尺光栅右移时，莫尔条纹上移； 标尺光栅左移时，莫尔条纹下移
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工作原（鉴相原理）
根据定尺感应电动势的相 位来鉴别位移量。 如果将滑尺的正弦和余弦 绕组分别供给幅值、频率均相 等，但相位相差90°的励磁电 压，即UA＝Umsinωt， UB=Umcosωt时，则定尺上的 绕组由于电磁感应作用产生与 励磁电压同频率的交变感应电 动势。 可以看出，滑尺在定尺上 滑动一个节距，定尺绕组感应 电动势变化了一个周期。即
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光栅测量原理
把指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并使它们的刻线 相互倾斜一个很小的角度θ ，这时在指示光栅上就出现几条 较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹（光的干涉现象）它们是沿 着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列。 光栅莫尔条纹的特点是 起放大作用，用W表示条纹宽 度，P表示栅距，θ表示光栅 条纹间的夹角，则
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鉴相式测量电路基本组成
1)位移—相位变换 功能是把感 应同步器的机械位移转换为相位。 2)相位—脉冲变换 功能是把 代表机械位移的相位的变化转换 为脉冲数。 3)脉冲计数 功能是将脉冲数 累计起来，由可逆计数器完成。
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3 光电编码器
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第5章 检测元件（传感器）
传感器是将机电一体化系统中被检测对象的各种物理 量变为电信号的一种变换器。主要用于机电一体化系统自 身和被控对象状态的检测。
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传感器分类
按被测物理量分为：位移传感器、速度传感器、加速 度传感、力传感器、温度传感器等。
位移传感器
压力传感器
角位移传感器
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增量编码器 单路光电码盘
VO
单路光电码盘脉冲
码盘输出一系列脉冲，由计数器对这些脉冲进行加减计数， 以此表示转过的角位移。
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增量编码器测量准确度
光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n有 关，能分辨的角度α为：
α=360°/n
例如：码盘的透光槽数为1024个，则能分辨的最小角度 α=360°/1024=0.352°。
扭矩传感器
压电式加速度传感器
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各种物理量检测
基本物理量
位移 线位移 角位移 速度 线速度 角速度 加速度 力 时间 温度 光 线加速度 角加速度 压力 频率
派生物理量
长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏振角、角振动 速度、振动、流量、动量 转速、角振动 振动、冲击、质量 角振动、扭矩、转动惯量 重量、应力、力矩 周期、计数、统计分布 热容量、气体速度、涡流 光通量与密度、光谱分布
(b) 4位格雷码盘示意图
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绝对值光电编码器的特点 1.可以直接读出角度坐标的 绝对值； 2. 没有累积误差； 3. 电源切除后位置信息不会 丢失。 但分辨率是由二进制的位 数来决定的，也就是说精度取 决于位数，目前有8位、10位 等多种。
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4位格雷码盘示意图
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4 光栅
光栅是一种较新型的位移检测元件，它的特点是测量精度 高(可达±lμm)、响应速度快和量程范围广等。 光栅由标尺光栅和指示光栅组成，两者的光刻密度相同， 但体长相差很多。光栅条纹密度一般为lmm内25，50，100， 250条等。
光栅的位置
直线光栅的外形 1-标尺光栅 2-光栅读数头
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3-电缆线
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5 磁栅
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二
速度传感器
1 测速发电机
测速发电机有直流和交流两种，与发电机原理相同。 为了提高检测灵敏度，通常将测速发电机直接联结在电机 轴上。 伺服控制中多采用直流测速发电机，其转速与输出电 压之间的关系如图所示。