传感器应用技术任务一二：认识传感器与简易电子秤的制作教案设计.docx

课题教案课程名称传感器技术应用专业班级任课教师课题名称任务一：认识传感器1拟定日期教研室主任审核课题学习目标：1、理解传感器的定义2、对传感器的组成与分类有基本印象3、知道传感器的静态性能指标的含义4、会运用基本表达式计算灵敏度、线性度。5、理解误差表示方法，能对测量数据进行分析和整理。本课题学习重点以及难点：重点：传感器的特性及主要技术指标难点：传感器的特性及主要技术指标目标实施设计教授要点备注一、组织课堂二、课程介绍三、引入新任务如果将人的大脑比作CPU,那么感觉器官便是敏感元件，大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件，就是一个完整的传感器的模型了。“电五官”一传感器。四、介绍任务准备知识1、传感器的概念传感器：把特定的被测信息（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。这里“可用信号”是指便于处理、传输的信号。传感器（狭义定义）：能将外界非电信号转换成电信号输出的器件。课堂纪律（5）讨论：如何知到电动机轴心的温度、汽车的载重-需要传感器（5）互动：对定义的理解（10）教授要点备注2、传感器的组成传感器一般由三部分组成：敏感元件、转换元件、测量电路组成。其中，能把非电信息转换成电信号的转换元件，是传感器的核心。互动：理解传感器 各部分的作 用(10)敏感元件是传感器预先将被测非电量变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量，如弹性元件。因此，并非所有传感器都包含这两部分，对于物性型传感器，一般就只有转换元件；而结构型传感器就包括敏感和转换元件两部分。测量电路，将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路。传感器的测量电路，经常采用电桥电路、高阻抗输入电路、脉冲调宽电路、振荡电路等特殊电路。讨论：各种传感器 的名称(10)3、传感器的分类按基本效应分：物理型、化学型、生物型等。按构成原理分：结构型、物性型。按测量原理分：应变式、电容式、压电式、热电式等。按能量关系分：能量转换型(自源型)、能量控制型(外源型)。按输入量分：位移、温度、压力、流量、加速度等。按输出量分：模拟式、数字式。传感器，作为测量与控制系统的首要环节，必须具有快速、准确、可靠、经济实现信息转换的基本要求：足够的容量一一工作范围或量程足够大、有一定的过载能力；与测量或控制系统匹配性好，转换灵敏度高；精度适当，且稳定性高。反应速度快、工作可靠性好；适用性和适应性强；对被测对象的状态影响小，不易受外界干扰的影响，使用安全；使用经济，成本低，寿命长，且易于使用、维修和校准。教授要点备注4、传感器的发展趋势1）开发新型传感器进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，物性型传感器亦称固态传感器，它包括半导体、电解质和强磁性体三类。其中利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器，用来检测微弱信号，是传感器技术发展的新趋势。目前最先进的固态传感器，在一块芯片上可同时集成差压、静压、温度三个传感器，使差压传感器具有温度和压力补偿功能。2）传感器的集成化和多功能化所谓集成化，就是将敏感元件、信息处理或转换单元以及电源等部分利用半导体技术将其制做在同一芯片上；多功能化则意味着传感器具有多种参数的检测功能借助于半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密加工及组装技术等，使得传感器的这种发展趋势得以实现。3）传感器的智能化4）研究生物传感器和开发仿生传感器五、资料小结六、布置作业案例：医疗微型内窥镜核磁共振（科技创新、服务人民）（10）实施重难点及解决措施：重点：传感器的组成。讲授、框图显示难点：传感器的发展趋势讲授作业：课外作业1教学评价（对学生完成课题目标和教师授课方法、手段进行评价）课题教案课程名称传感器技术应用专业班级任课教师课题名称任务一：认识传感器2拟定日期教研室主任审核课题学习目标：1、理解传感器的定义2、对传感器的组成与分类有基本印象3、知道传感器的静态性能指标的含义4、会运用基本表达式计算灵敏度、线性度。5、理解误差表示方法，能对测量数据进行分析和整理。本课题学习重点以及难点：重点：传感器的特性及主要技术指标难点：传感器的特性及主要技术指标目标实施设计教授要点备注一、组织课堂二、引入新任务代表传感器性能的指标。三、介绍任务准备知识传感器的输入量可分为静态量和动态量两类。传感器的输出量都应不失真地复现输入量的变化。这主要取决于传感器的静态特性和动态特性。1、传感器的静态特性静态模型是指在静态条件下(即输入量对时间t的各阶导数为零)得到的数学模型。不考虑滞后及蠕变，传感器的静态模型可用一代数方程表示：y=0+a1X+a2X2+awX考勤纪律(5)讨论：用哪个公司的拉、压力传感器更好？续表:教授要点备注这种多项式方程可分为四种典型情况。表示输出量与输入量之间的关系曲线称为特性曲线，其中，理想的模型为：Y=ax非线性情况时，必须采取线性补偿措施。2、传感器的静态特性指标D线性度：表征传感器曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F-S)输出值的百分比。1=±txK.s×100%端一校准曲线与拟合直线间最大偏差；Yfs一传感器满量称输出；Yfs=YS-Yo拟合直线的方法不同，线性度的大小也不同。2)灵敏度：在稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入量之比。3)精度：在规定条件的最大绝对误差相对传感器满量程输出的百分比。表征测量结果的可靠程度，l=/K,s×100%工程中，经常使用精度等级表征传感器的精度：005,0.1,0.5,1.0,1.5,2.0,5.OetCo4)分辨率：在规定的测量范围内，所能检测出被测输入量的最小变化量。也可用该值相对满量程输入值之百分数表示。也称为最小检测量。5)迟滞：在相同工作条件下，传感器在正、反行程中输入-输出曲线的不重合程度。正、反行程的最大偏差与满量程之比。原因：传感器机械结构、制造工艺上的缺陷；摩擦、轴承间隙、螺钉松动、元件损坏、积尘等。6)重复性：在相同的工作条件下，输入量按同一方向在全量程范列举：几种常见的拟合直线(5)互动：对传感器灵敏度、线性度的计算(20)案例：多层电路板制作中的压合(精益求精、大国工匠精神)(10)教授要点备注围内连续多次所特性曲线的不一致性。它反映测量结果偶然误差的大小。而不表示与真值的误差。7）零点漂移：在无输入时，传感器输出偏离零值的大小与满量程只比。8）温漂：温度变化时，传感器输出值的偏离程度。一般以温度每变化1度，输出最大偏差与满量程的百分数。9）阈值：使传感器输出产生可测变化量的最小输入量值。也称为死区。3、测量误差及其表示方法1）误差的来源与分类系统误差、随机误差、粗大误差表现形式与解决办法3）绝对误差、示值误差、最大引用相对误差绝对误差、示值误差、最大引用相对误差与仪表精度等级的幺合定。五、资料小结六、布置作业互动：选合适测量仪表（20）实施重难点及解决措施：重点：传感器的静态特性指标、选择仪表讲授、作图显示难点：传感器的线性度、迟滞、重复性讲授作业：课外作业1教学评价（对学生完成课题目标和教师授课方法、手段进行评价）课题教案课程名称传感器技术应用专业班级任课教师课题名称任务二：简易电子秤的制作拟定日期教研室主任审核课题学习目标：1、知道应变效应这个物理现象。2、了解弹性敏感元件与电阻应变片的种类。3、了解电阻应变片的粘贴过程。4、能进行测量电路与信号处理电路的连接与调试。本课题学习重点以及难点：重点：电阻应变式传感器各部分作用难点：电桥的平衡调节目标实施设计教授要点备注一、组织课堂二、引入新任务力、压力是工业、交通、医疗、军事、生活等很多领域的重要参数，在力、压力测量中的常用电阻应变式传感器。三、介绍任务准备知识电阻应变式传感器应用广泛，其基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。电阻应变式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。目前，已成为生产过程检测以及实现生产自动化不可缺少的手段之一。一）、电阻应变片1、电阻应变效应金属丝产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。考勤纪律（5）（能阐述）教授要点备注由R=PL两边取对数，微分后得（分析过dRdpdLdS程了解即可）RLS式中：”一电阻得相对变化；这一电阻率的相对变化；RP些一长度相对变化，令£=生金属丝的轴向应变（纵向）；LL立一截面积的相对变化，-=2-=2,*即为径向应变（横向）。SSrrJ=一"又由女=C9=C(I-2)£所以，dR-=C(-2)+2=(+2yC(-2=KsRKS称为应变灵敏度系数，由两部分组成：一为几何尺寸引起，一为电阻率变化引起；对特定的金属材料，在一定应变范围内为一常数。2、金属应变片结构组成：敏感栅、基底、盖片、粘结剂、引线。实操：材料要求：较大灵敏度系数且为常数；高而稳定的电阻率；电阻温度系数小；机械强度高易于加工；抗氧化耐腐蚀。观察实物会利用常用工具仪分类：金属丝式应变片、金属箔式应变片、金属薄膜式应变片。2、半导体应变片表检查好坏（10）由硅、错等半导体材料制成。特点为：灵敏度高、动态响应好、精度高、横向效应小，易于微型化和集成化。案例：3、电阻应变片的主要参数观看演示视频（一丝4、金属箔式应变的粘贴不苟、细致严谨的工作作风）(20)