传感器应用技术(答案)

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1、- 1 - 四、传感器技术的发展趋势 教学目标 课，你们想怎样上？ 方法： 评分标准 分组： 评分标准： （100 分制） 第一章 传感器基础 什么是传感器？ 思考： 人身上有传感器吗？是什么类型传感器？ 传感器 传感器的应用 第二章 光电式传感器 光电式传感器的分类： - 2 - 一、预习问题 储料仓 - 3 - 前进方向 - 4 - 二、问题解答 概念题 1、什么是外光电效应、光电管？ 光电效应 光子能量 光子能量 吸收光子能量 外光电效应 使电子逸出物体表面 光电管： 光电阴极 光电阳极 光电子 光电流 光照强度 光阴极的灵敏度 电阻上的电压 一定函数关系 2、什么是光电倍增管？ 若干个

2、倍增极 逐级轰击次级发射倍增极 106108 倍 - 5 - 于紫外/可见/近红外光光度计 ，旋光仪、糖度计 ，发光分光光度计等 3、什么是内光电效应、光敏电阻？ 电阻率 阻值 电流 内光电效应 开关式光电信号 电阻率 低阻态 阻值 亮电流 原值呈高阻态 4、光电二极管、光电三极管的结构？光电特性？ 反向 反向偏置 反向电阻 光电流与阳极电压 UA Umin I - 6 - UA UA Uz I UA I UQ 。 5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。 直接照射 某些物理参数 6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。 光通量 光电元件 吸收量 1恒流源 2半导体激光器 3半反半

3、透镜 4反射镜 5被测水样 6、9光电池 7、10电流/电压转换器 8标准水样 恒定红外光 部分红外光 减弱 阀值判断电路 - 7 - 7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例 。 反射 反射光通量 性质、状态和与光源之间的距离 8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。 光通量 减弱 尺寸或位置 - 8 - 正确位置 零 遮光面积 方向及大小 9、什么是光电开关？分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。 靠近和通过 强弱变化 电流的变化 电隔离的(即电缘绝) “通”与“断” - 9 - 10、什么是计量光栅？莫尔条纹的工作原理？应用举例？ 等节距 刻

4、线 结构原理简单、计量精度高和分辨力强 11、什么是光纤传感器？其在检测温度、加速度方面怎么应用？ 光纤自身 直接接收 长度、折射率、直径 振幅（强度） 、相位、波长和偏振方向 被动式 无需光源 光强信号 电信号 考光束与测量光束 光程差 干涉效应 电信号 12、什么是红外线传感器？有什么应用？ - 10 - 绝对零度 热效应 温度升高 其他物理量 自身的温度 电信号 光热电 1、如图设计一套检测机构，检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。 （正确位置如图所示，3 个绿色电容位于前进方向的左下角） 。并结合光电传感器选用适合的传感器。 光纤式 圆孔 开关信号 2、如图设计一套检测机构

5、，检测电路板的 IC 引脚是否缺失。该如何选用传感器？并结合光电传感器选型选用适合的传感器。 3、请选用合适的传感器设计一种针对牡蛎按外形大小进行自动分级的装置。根据不同的分级对象，调整分级参数，本装置可适用于其他同类外形产品的分级。 仿形振动槽 自动调整姿 不同的速度 速度差 自由转动 机架内循环 - 11 - 一个缺口 填补 光滑的平面 往回收缩 往下打开 完成分级动作 光电开关 自由调节 料斗门 自由设定 储料仓 反射式、对射式 定位、计数 检测馆内的容量 第三章 超声波传感器 - 12 - 磁电式传感器的分类： 一、预习问题 - 13 - 二、问题解答 1、什么是声波？分类？声波的反射

6、原理？ 弹性介质 反射、折射和波型转换 波速 波速 反射角 2、举例 3 个以上超声波的应用。 超音波雾化器： 液态分子结构 超声波塑料焊接机： 相互摩擦 熔合 超声波清洗机： 破裂 3、什么是超声波单晶探头、双晶探头、斜探头？用途？ 1接插件 2外壳 3阻尼吸收块 4引线 5压电晶体 - 14 - 6保护膜 7隔离层 8延迟块 9有机玻璃斜楔块 10试件 11耦合剂 单晶直探头： 一块晶片 先后之分 电子开关 双晶直探头： 互不干扰 高 斜探头 折射 较远处 4、什么是超声波耦合剂？有什么作用？ 超声波耦合剂： 三个界面 排挤掉 5、超声波检测液体流量的原理？如图，怎么控制 4 个超声波传感

7、器以达到测量液体流量的目的？该选用什么类型的超声波传感器？ 超声波检测液体流量： 传输速度 截面积 - 15 - 顺流、逆流 6、如图所示，如何控制超声波传感器以达到图中案例的检测要求。请说明使用什么形式的超声波传感器？ 第一个方案： 没有参照物反射 速度差 第二个方案： 开关式超声波 第三个方案： 第四个方案： 反射波 7、如图所示，如何控制超声波传感器以达到图中案例的检测要求。请说明使用什么形式的超声波传感器？ 第一个方案： 第二个方案： 第三个方案： 第四个方案： 8、如图所示，如何控制超声波传感器以达到图中案例的检测要求。- 16 - 请说明使用什么形式的超声波传感器？ 第一个方案：

8、第二个方案： 第三个方案： 第四个方案： 9、如图所示，如何控制超声波传感器以达到图中案例的检测要求。请说明使用什么形式的超声波传感器？ ： 第一个方案： 第二个方案： 第三个方案： 第四个方案： 10、如图所示，如何控制超声波传感器以达到图中案例的检测要求。请说明使用什么形式的超声波传感器？ 第一个方案： 第二个方案： 第三个方案： 第四个方案： 11、超声波探伤的原理？ - 17 - 超声波探伤： 边缘发生反射 反射波 位置和大小 设计题 1、如图 A 在一批异形工件上安装有两颗螺栓，如何设计检测装置在线检测工件上是否如图所示的缺螺栓？ 相同的间隔 2、如图 B 如何设计检测装置进行卷纸的

9、卷纸厚度检测？ 3、如图 C，如何设置传感器，使货箱被送到导轨上的叉车后，叉车能够自动把货箱送到指定的仓格内？可否只用一个传感器完成检测任务？ 双晶直探头 4、如图，怎么控制超声波传感器 A、B、C、D 以达到测量液体流量的目的？该选用什么类型的超声波传感器？ 顺流逆流 斜探头 速度差 - 18 - 5、 请设计 4 种或以上的用超声波传感器检测水罐内液位高度的方案。 电流 液体 第四章 电阻式传感器 电阻式传感器的分类： 一、预习问题 二、问题解答 1、电阻应变式传感器与压阻式传感器的工作原理及其区别？压阻式传感器为什么要采取温度补偿？ - 19 - 电阻应变式传感器的结构： 电阻应变片传感

10、器工作原理 ALPR 长度方向 电阻值R 线性 灵敏度 敏感栅也随同变形 电阻值 电压或电流 压阻式传感器应变片工作原理 半导体 电阻率 温度稳定性差 非线性误差 电阻式用金属材料做敏感栅，压阻式用半导体 压阻式传感器进行测量的时候，必须要采取温度补偿 2、请解析热电阻传感器、电位器式的工作原理？ 热电阻温度传感器的工作原理： 电阻值 增加 电阻值 - 20 - 电信号 电位器式传感器的工作原理： 可调 动触点位置 直线位移、角位移 3、半导体和金属的电阻率与温度关系有什么区别？原因？ 升高而变大 升高 越小 4、请分析右图中的台式称重传感器的应变片该怎么粘贴？并分析其变形情况 5、请分析右图

11、中的应变式荷重传感器的应变片该怎么粘贴？并分析其变形情况。 6、热电阻与热敏电阻有什么区别？原因？ 前者 半导体热电阻 7、举例说明应变式加速度传感器与应变式扭矩传感器的实际应用。 应变式电阻加速度传感器 弹性敏感 正比 应变式扭矩传感器： 8、电位器式传感器的结构？有什么优缺点？ 电位式传感器的结构包括： - 21 - 电阻率 温度系数 形状稳定 绝缘电阻 散热能力 9、举例说出 4 种以上电位式传感器传感器的实际应用。 音响音量控制台的音量控制 煤矿等恶劣环境的液压控制 电子油门踏板 电玩方向盘控制 10、请比较接触式温度传感器与非接触式温度传感器的优缺点。 - 22 - 接触式温度传感器

12、的特点： 热量 热量 热容 非接触式温度传感器的特点： 热辐射 较低 吸收热量 产生消耗 11、智能手机电阻触屏的工作原理？ 电阻式触摸屏 物理位置 电压 压力 电信号 12、请找出电位器式传感器在电动阀门控制器的应用，然后思考，该装置用的是什么形式的电位器，可用其他形式的电位器代替吗？ 圆周转动 - 23 - 角位移型 开关位置 直线位移型 齿轮齿条 直线运动 1、视频中的水果自动称重分级生产线中的该使用什么的传感器？如何设计安装方式？ 称重传感器 不锈钢垫板 重量的变化 对比去零 果杯卸料设置： 定位 被触发 7 次 电磁铁 2、请根据下图解析乳粉包装称重系统的控制过程。 接近设定重量时

13、粗调过程 细调过程 3、请用电阻式传感器设计一套测量水库水位的水位器，要求每个小时检测一次水位高度 4、请为图中的脱盐机配置温度传感器。室外温度-40，水槽底部配蒸汽加热。脱盐机工作时水槽中装满水，把腌制品倒进槽后，需在水- 24 - 槽中喷蒸汽以防结冰。 5、请设计一套自动称重机构，用来连续检测长 500mm,直径 20mm 的铝合金棒的重量，要求自动称重，精度误差 0.5 克。 - 25 - 第五章 电容式传感器 电容式传感器的分类： 一、预习问题 二、问题解答 1、电容式传感器的工作原理？怎么分类 电容 电容 线位移或角位移 液面高度、材料厚度 优点： 接触测量 缺点： 变面积式电容传感

14、器: 覆盖面积 电容量 - 26 - 灵敏度 覆盖面积 相对位移 变极距型电容传感器： 压力 灵敏度 测量误差 变介电常数式电容传感器： 电介质 液位和材料 2、电容式传感器产生误差的因素有几个？怎么消除？ 边缘效应的影响： 减小极间距 电极直径或边长与间距 寄生电容影响： 易受外界干扰的影响： 3、什么是电容式液位计？工作原理？图片？ 电容式液位计 标准电流信号 聚四氟乙烯 - 27 - 检测精度 4、什么是电容式限位液位计？工作原理？图片？ 电容式限位液位计 5、硅微加工加速度传感器原理 ？有什么应用？ 三维方向 6、钻地导弹如何实现延时爆炸？ 钻地导弹： 正值 负值 7、什么是湿敏电容

15、？工作原理？有什么应用？图片？ 介电常数 正比 8、请解析下图汽车的电容式油量表的工作原理？ 9、什么是电容式接近开关 ？工作原理？有什么应用？图片？ 电容式接近开关： 一个极板 另一个极板 电容 - 28 - 开关量 10、 如何在自动化进料的谷仓内设置传感器检测进料谷物的容量， 以达到自动控制进料量的目的？ 容积 相应高度 11、智能手机电容触屏用的是什么工作原理？ 电容技术触摸屏： 人体电场 耦合电容 屏的四个角 距离 12、电阻式触摸屏与电容式触摸屏比较各有什么优缺点？ 触摸敏感度： 精度 ： 成本 ： 多点触摸可行性： 13、什么是电容式指纹传感器？工作原理？ 电容式指纹传感器： -

16、 29 - 电容的变化 增加 增加 。 设计题 1、视频中的所需传感器用电容式传感器代替，该如何安装？检测什么数据？如何转化？ 2、如何利用电容式传感器实现以下功能？ 连续输送 等间距 两次 时间 思考： 如何用齿形极板型电容式传感器或圆筒型电容式位移传感器检测？ 思考：如何用角位移型电容式传感器检测？ 3、右图是电容式差压传感器结构示意图，请根据该图解析其工作原理。 测量单边压力： 压力差 测量双边压力： 电容 - 30 - 变化量 4、右图是电容测厚仪在测量在轧制工艺过程中金属带材厚度变化的应用，请解析其工作原理。 面积相等 距离相同 两个电容器 上下两个极板间距 带材的振动 - 31 -

17、 第六章 电感式传感器 电感式传感器的分类： 一、预习问题 - 32 - 设计题 - 33 - 二、问题解答 概念题 1、自感式电感传感器怎么分类？工作原理？ 自感式电感传感器： 自感量 L 互感量 M 电压 电流 快速动态 变隙式电感传感器： 逐渐减小 气隙 电感 电流 变面积式电感传感器： 覆盖面积 螺管式电感传感器： 磁阻 深度 差动式电感传感器： 灵敏度 - 34 - 测量误差 几何尺寸 材料 电气参数 几何尺寸 2、变压器的工作原理？互感式电感传感器工作原理？怎么分类？它与自感式电感传感器有什么区别？ 变压器的工作原理： 强度 极性 正、负交替 感应出电压 互感式电感传感器： 与自感

18、式电感传感器区别： 变隙式差动变压器传感器 气隙 互感 大小与方向 螺管式差动变压器传感器 衔铁 电动势 - 35 - 大小和方向 3、请解析电磁炉的加热原理？电涡流传感器的工作原理？他们之间有什么相同点？与自感式电感传感器有什么区别？ 切割磁力线 电磁炉加热原理： 电涡流传感器： 力图削弱 其余皆不变 4、查找纱线张力检测仪的图片，并解析工作原理。 引导纱线 变隙式电感传感器 向下的压力 位移量 5、电涡流式传感器测量金属板厚度厚度时该怎么安装传感器？ 上下波动 不够平整 距离 D 偏差指示值 - 36 - 6、电涡流式传感器在位移测量方面的工作原理？有什么应用？ 电涡流位移传感器： 模拟电

19、压 衰减量 距离、振动 非接触测量 思考： 如果被检测物是塑料， 用电涡流传感器怎么检测热膨胀引起的体积变化？ 7、电涡流式传感器在位转速量方面的工作原理？有什么应用？ 电涡流式转速传感器： 轴键槽 凹凸型面 凹凸型面 8、电涡流式传感器在位度测厚度量方面的工作原理？有什么应用？ 工作原理？ 工作原理： 涡流愈大 距离 9、右图的电感式传感器用于检测物体的厚度，请解析其工作原理？属什么形式的电感传感器？1可动铁芯 2测杆 3被测物体 上下移动 位移 气隙 - 37 - 10、请看图 1,解析该传感器的工作原理。是什么形式的传感器？调零螺钉的作用？ 液体或气体 电压 比例 。 11、 图 2 是

20、一个检测振动和加速度的电感式传感器， 请解析其工作原理？是什么形式的传感器？。图中：1弹性支撑 2差动变压器 变形 幅度 频率 加速度 12、 图 3 与图 4 是检测力和压力的电感式传感器， 请解析其工作原理。并解析它们测量对象有什么不同。 带动衔铁移动 压力 输出电压 - 38 - 设计题 1、如图，选用传感器对三种金属工件的振动振幅进行检测，电阻式、电容式与电感式， 那种比较适合？如果三种工件的材质均为非金属材料呢？ 接触被测物体 相对电容 相对电感 电感式 2、请设计 3 种方案，用于控制水箱水位，使水位保持在一个固定的水平？要求采用电感式传感器。 3、要求连续检测大批量同一直径，不同

21、高度的金属零件，请设计采用电感式传感器测量的测量方式？ 传送带 排列 4、空调厂家的空调主机装配完成后由机械臂自动装箱，封箱，请设计一检测机构，自动检测箱内是否有产品，然后自动剔除空箱。有更简单的方法？ 金属结构 均匀等距 第七章 磁电式传感器 磁电式传感器的分类： - 39 - 一、预习问题 - 40 - 二、问题解答 概念题 1、磁电感应式传感器的工作原理？它与电感式传感器的区别？ 电磁感应 感应电动势 机电能量 外加电源 感应电动势 外加电源 永磁 线圈 2、动圈式磁电传感器的工作原理？ 动圈式磁电传感器： 线速度型磁电传感器： 直线运动 NBL 角速度型磁电传感器： kNBS 3、磁阻

22、式传感器的工作原理？在齿轮检测中应用？ 磁阻式磁电传感器 相对静止 - 41 - 磁阻 感应电动势 。 4、磁栅式传感器的工作原理？ 间距相等、极性正负交错 5、请解析下图两种传感器的工作原理？他分别是什么形式的磁电传感器？（动圈式？磁阻式？） 动圈式 屏蔽 振动频率 固有频率 切割磁力线 动圈式 气隙 磁通 气隙 磁通 6、霍尔元件的工作原理？找出 4 种以上霍尔式转速传感器的结构？ 霍尔效应 垂直 电动势 EH - 42 - 7、霍尔元件在汽车点火线圈中的应用？ 槽口 频率 8、霍尔式接近开关的工作原理？ 霍尔式接近开关： 电路状态 通或断 磁性物体 9、霍尔电流传感器的工作原理？将 38

23、0 伏空调电源的“三芯护套线”夹到钳形表的环形铁心中，钳形表的示值为多少？为什么？ 霍尔电流传感器的工作原理： 非接触式 不消耗 正比 大小 磁场，磁力线 正比 10、霍尔式无触点开关的工作原理？ 霍尔式无触点开关的工作原理： c - 43 - 由上向下 由下向上 设计题 1、请分析如图四种检测齿轮转速方案的优缺点。 最佳方案 失败方案 次佳方案 失败方案 2、请分析如图三种检测磁轮转速方案的优缺点。 A C D - 44 - 最佳方案 最佳方案 失败方案 3、图是一个送料机械臂的，要求其左右摆动 30，以达到夹持圆棒送料的目的。请设计一方案，利用磁电式传感器控制其摆动的角度。 永久磁铁 距离

24、 极限位置 停止移动 A C B - 45 - 4、 请设计一机构用于将一大批直径 10mm 的钢球装箱， 要求每个箱子里面有 100 个钢球。 请根据右图所示的结构解析钢球计数装箱机构的工作原理。 46 第八章 电势型传感器 磁电式传感器的分类： 一、预习问题 5、 二、问题解答 1、什么是摄氏温标、华氏温标？他们之间怎么换算？ 摄氏温标： 冰点与沸点 华氏温标： 冰 水 2、什么是热电效应？热电偶的工作原理？ 47 减小 电动势 电流 温差 热电偶： 闭合回路 密度 扩散 大 小 3、什么是普通型热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、表面热电偶、浸入式热电偶？用途？图片？ 普通型热电偶： 金属丝

25、 铠装热电偶： 组合 1-热电极；2-绝缘材料；3-金属套管；4-接线盒；5-固定装置； 薄膜热电偶： 48 1、测量点 2、铁膜 3、铁丝 4、镍丝 5、夹具 6、镍膜 7、衬架 表面热电偶： 浸入式热电偶： 4、 组成热电偶的材料及两端温度 长度、粗细 用不同性质 由一种匀质导体所组成的闭合回路， 不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。 不会 两端温度 两导体材料 导体材料 两端的温度 5、如图，在管道中的流体流向如箭头所示，请问怎么安装热电偶传感器检测流体温度，该选用什么类型的热电偶？ 相反 末端 相反 产生温度 49 6、介绍光电池的工作原理，并列举应用实例。

26、 光电池： 光生伏特效应 电能 7、什么是压电效应？压电传感元件？ 压电效应： 极化现象 产生电荷 不带电 机械能转变成电能 机械变形 8、什么是压电陶瓷的压电效应？ 压电陶瓷 极化处理 强电场 规则排列 电畴基本保持趋向不变 (a) 受电场作用伸长 (b) 剩余伸长 (c) 剩余极化 9、如图 1 是一种压电式加速度传感器的结构？请解析其工作原理。 图中的压电式加速度传感器： 位移 正比 50 10、如图 2 是一种压电式压力传感器的结构？请解析其工作原理。 图中的压电式压力传感器： 电极输出与被测压力 1、请用电势型传感器设计一套机构，用于检测机工件表面粗糙度。 恒速 变形 2、请用电势型

27、传感器设计一套机构，用于检测载重汽车的称重。 并解析选用测量行进中的和停车静止的汽车的重量的传感器有什么注意事项。 静态测量 动态 电阻式称重传感器 思考： 51 3、如图是煤气灶电子点火装置，请解析其工作原理。 煤气灶电子点火装置原理： 高压放电 4、 请制作一玻璃打碎报警装置， 说明选用什么检测元件？怎么安装？ 需要检测的变量 声音、振动 外界噪音 第九章 传感器技术 一、传感器的特性 传感器的静态特性 1、线性度 2、迟滞 3、重复性 4、灵敏度 5、分辨力和阈值 6、稳定性 7、 漂移 传感器的动态特性 二、传感器的标定 传感器的静态标定 传感器的动态标定 三、传感器的应用领域 传感器需求的新动向 52 重点