传感器与自动检测技术教学教案.docx

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1、教案学期：课程名称：传感器技术授课教材：传感器技术及其工程应用任课教师：授课班级：学时：30课程负责人:教案课后体会增加图片、动画说明效果比较好授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码1授课日期第1周教学时数2H授课章节名称项目1电子秤中传感器的应用1电子秤的组成1.1 自动测控系统与传感器1.2 传感器分类1.3 传感器的特性教学目标1、了解自动测控系统的组成及与传感器的关系。2、理解解传感器的分类。3、理解传感器的静态和动态特性教学重点传感器的特性教学难点传感器的动态特性更新、补充、删除内容教学手段课外作业1.1 自动测控系统与传感器自动测控系统的组成传感器的定义是

2、：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。1.2 传感器的分类传感器有许多分类方法，常用分类方法有两种:(1) 一种是按被测输入量来分；(2)另一种是按传感器的工作原理来分。1.3传感器的特性(1)传感器的静态特性y=aoax+a2x2+anxn线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移(2)传感器的动态特性dnydn-xydyldmx,dm-xx,dx,an犷+-+3+%户心谕+八矛+b+b

3、/丫+%产+%X(三)户+%尸+%阶跃响应特性、频率响应特性教案课后体会理论讲授比较难，分解说明效果可能比较好授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码2授课日期2016年9月14日第2周教学时数2H授课章节名称2电阻传感器教学目标1、理解传感器的特性与技术指标。2、了解传感器的材料及制造方法。3、理解提高传感器性能的方法。教学重点传感器的技术指标教学难点提高传感器性能的方法更新、补充、删除内容教学手段课外作业2.电阻式传感器2.1 电位式传感器2.1.1 线性电位器，丁、3 cU0*K UL需 E 啜 E=EK& NR3 AR4 +X+7=K (l+2+3+4)2.3电

4、阻应变式传感器的应用教案课后体会采用实物或实物解剖，讲解可能好一些授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码3授课日期2016年9月21日第3周教学时数2H授课章节名称实验:金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较教学目标1、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系教学重点单臂、半桥、全桥的性能比较教学难点单臂、半桥、全桥的性能比较更新、补充、删除内容教学手段课外作业L实验原理已知单臂、半桥、和全桥电路2R分别为4RR2RRs4RRo根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4.E.2R,电桥灵敏度KU=VAR/R,于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4

5、.E、1/2.E、Eo由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。2 .实验单元及部件直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。所有旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。3 .实验步骤（1）按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。（2）按图一接线，图中Rx=R4为工作片，r及Wl为电桥平衡网络。（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器Wl,使表头显示零（须预热几分钟才能稳定下来）。（4）旋转测微头，

6、使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入表1,然后关闭主、副电源。表1位移（mm）电压（mV）（5）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换成与R4工作状态相反的另一应变片，即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥Wl使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数填入表2。表2位移（mm）电压（mV）（6）保持放车器增益不变，将RI、R2两个固成$口2换成：）组桥时只要掌握对臂应变片相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个1调节电桥Wl同样使F/V表显示零。重复（4）表3定电阻换成另两片受力应变片（即Rl换的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向富流全桥

7、，调节测微头使梁到水平位置，过程将读出数据填入表3。位移（mm）电压（mV）（7）在同一坐彳乐字上描出X-V曲线，比较三不中接法的灵敏度。教案课后体会通过实例、动画说明，效果比较好授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码4授课日期2016年9月28日第4周教学时数2H授课章节名称3电容传感器教学目标1、理解电容式传感器的工作原理。2、能够正确选用电容传感器。教学重点电容式传感器教学难点（力）电容传感器应用实例更新、补充、删除内容教学手段课外作业1 .电容式传感器(1) 变极距型电容传感器平行板电容器的和S不变，只改变电容器两极板间距离d,为变极距型电容传感器，常用于压力

8、的测量。如图所示，压力作用使极距改变定极板/J/，/.-f动极板Z(2)变面积式电容传感器变面积式电容传感元件结构原理如图所示。变介质常数位移式电容传感器结构原理如图所示。CAICBHywd丁X(4)应用案例教案课后体会通过动画效果说明，效果显著授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码5授课日期2016年10月10日第5周教学时数2H授课章节名称4压电传感器教学目标1、了解压电效应；2、理解压电式传感器的原理3、掌握压电式传感器及测量电路教学重点测量电路教学难点压电效应更新、补充、删除内容教学手段课外作业4.压电传感器4.1 压电效应某些晶体，受一定方向外力作用而发生机

9、械变形时，相应地在一定的晶体表面产生符号相反的电荷，外力去掉后，电荷消失；力的方向改变时，电荷的符号也随之改变。这种现象称为压电效应或正压电效应。当晶体带电或处于电场中时，晶体的体积将产生伸长或缩短的变化。这种现象称为电致伸缩效应或逆压电效应。压电陶瓷具有铁磁材料磁畴结构类似的电畴结构。当压电陶瓷极化处理后，陶瓷材料内部存有很强的剩余场极化。当陶瓷材料受到外力作用时，电畴的界限发生移动，引起极化强度变化，产生了压电效应。4.2 压电材料(1)转换性能：具有较高的耦合系数或较大的压电系数。压电系数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。(2)机械性能：作为受力元件，压电元件应

10、具有较高的机械强度、较大的机械刚度。(3)电性能：具有较高的电阻率和大的介电常数。(4)温度和湿度稳定性：具有较高的居里点。(5)时间稳定性：压电特性不随时间蜕变。4.3 压电式传感器测量电路(1)压电器件的串联与并联(a)申联接法(b并联接族(2)压电式传感器的等效电路(3)压电式传感器的测量电路电压放大器(阻抗变换器)电荷放大器4.4 压电式传感器应用举例学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码6授课日期2016年10月12日第6周教学时数2H授课章节名称项目2智能家居中传感器的应用5温度传感器(1)教学目标1、了解热效应，理解热电偶测温原理。2、理解热偶传

11、感器结构形式和标准化热电偶。教学重点热电阻传感器的构成及选用教学难点热电偶测温原理更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会增加了动画，加强实验对传感器的理解5.1 温度测量概述进行间接温度测量使用的温度传感器，通常是由感温元件部分和温度显示部分组成，如图所示。感温兀件，揭度显示5.2 热电偶工作原理5.2.1 热电偶的工作原理(1)热电效应：两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。eA(f,UATI十V十CAJtSKgBTiej(,心(2)两种导体的接触电势：假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB

12、,且nAnBo当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势cab。(3)单一导体的温差电势：导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电势称为单一导体的温差电势。5.2.2 热电偶的材料、结构及种类(1)材料(2)结构：普通型热电偶铠装热电偶(缆式热电偶).薄膜热电偶标准化热电偶分度表(3)种类：标准型热电偶非标准型热电偶5.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿(1)热电偶测温基本电路(2)热电偶参考端的补偿、学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码7授课日期201

13、6年10月19日第7周教学时数2H授课章节名称5温度传感器(2)教学目标1、掌握温度的测量方法。3、正确选用温度传感器。教学重点温度传感器选用教学难点热电偶测温方法更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会正常5.4热电偶测温线路(1)测量某一点的温度()冷端在仪衣内(b)冷端在仪表外(2)测量两点之间的温度差(3)热电偶并联线路(4)热电偶串联线路6教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码8授课日期2016年10月26日第8周教学时数2H授课章节名称实验：热电偶原理及分度表的应用教学目标了解热电偶的原理几分度表的应用。教学重点热电偶的原理及应用。教学难点热电偶的

14、原理及应用。更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会通过实验对理论知识讲解的理解（1）r解热电偶原理。（2）了解热电偶在实验以上的位置及符号，实验仪所配置的热电偶是由铜一康铜组成的热电偶，分度号为To实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个电偶串联在一起产生热电势为二者之和。（3）按图4/接线、开启主副电源，调节差动放大器调零旋钮，使FZV表显示零，记录下自备温度计的室温。（4）将J5V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。（5

15、）用自备温度计测出上梁表面热电偶出的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶附近的梁体即可）。（6）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：其中：t热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。tn热电偶的冷端（自由端）温度也就是室温。to0（tn=to）热端温度为3冷端温度为室温时的电动势：Eab（t,tn）=（F/V表显示值E）/100*2（100为差动放大器的放大倍数，2为两个热电偶串联）。热端温度为室温，冷端温度为0C,铜一康铜的热电势：Eab（tn,to）：查一下所附的自由温度为0时的热电势和温度关系即铜一康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测的）是热电势。计算：

16、热端温度为3冷端温度为OC时的热电势，Eab（t,to）,根据计算结果，差分度表得到温度3（7）热电偶测得的温度与自备温度计测得的温度之相比较。（本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只是了解热电势现象）。（8）关闭主副电源，尤其是加热器/5V电源，（自备温度计测出温度后马上拆去-15V电源连接线），其它按扭置原始位置。（9）按图42接线、开启主副电源，调节差动放大器调零旋钮，使FZV表显示零，记录下自备温度计的室温。（10）将将直流稳压电源打到2V档，将2V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E,填入表

17、1中。（三）用自备温度计测出上梁表面热电偶出的温度3并填入表1中。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶附近的梁体即可）。（12）断开加热器电源，待加热器冷却到室温后，将可调直流电源打到4V档，将-2V直流电源接入加热器的一端，重复IO-U操作。学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码9授课日期2016年11月2日第9周教学时数2H授课章节名称6气体传感器7湿度传感器教学目标1、掌握气体传感器和湿度传感器。2、掌握气体传感器和湿度传感器的应用。教学重点气体和湿度传感器教学难点气体和湿度传感器应用更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会多做实验

18、，效果会好一些6.气体传感器气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来,并将它转换为电信号的器件,以便提供有关待测气体的存在及浓度大小的信息。6.1 半导体型气体传感器：利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度。半导体气体传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。6.2 固体电解质式气体传感器：这类传感器内部不是依赖电子传导，而是靠阴离子或阳离子进行传导。因此，把利用这种传导性能好的材料制成的传感器称为固体电解质传感器。6.3 接触燃烧式气体传感器：接触燃烧式气体传感器是将白金等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成。6.4 电化学式气体传感器：L离子电极型气体传感器2.

19、加伐尼电池式气体传感器3.定位电解法气体传感器6.5集成型气体传感器：一类是把敏感部分、加热部分和控制部分集成在同一基底上，以提高器件的性能；另一类是把多个具有选择性的元件，用厚膜或薄膜的方法制在一个衬底上。7.湿度传感器7.1 湿度是指物质中所含水蒸气的量，目前的湿度传感器多数是测量气氛中的水蒸气含量。通常用绝对湿度、相对湿度和露点（或露点温度）来表示。7.2 陶瓷型湿度传感器：陶瓷表面多孔性吸湿后，导电阻值将发生改变。陶瓷湿敏元件随外界湿度变化而使电阻值变化的特性便是用来制造湿度传感器的依据。7.3 有机高分子湿度传感器：1.高分子电阻式湿度传感器2.高分子电容式湿度传感器7.4 半导体型

20、湿度传感器7.5 含水量检测气体和湿度传感器的应用学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码10授课日期2016年11月9日第10周教学时数2H授课章节名称8光电传感器教学目标1、理解光电效应（外光电效应、内光电效应、光生伏特效应）。2、掌握光电器件及红外线传感器的使用。教学重点光电效应教学难点热释电型红外传感器更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会正常8.1 光电效应8.1.1 外光电效应：光照射于某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。8.1.2 内光电效应：光照射于某一物体上，使其导电能力发生变化

21、，这种现象称为内光电效应，也称光电导效应。8.1.3 光生伏打效应：在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。8.2 光电器件8.2.1 光电管和光电倍增管：光电管和光电倍增管同属于用外光电效应制成的光电转换器件。8.2.2 光敏电阻：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。8.2.3 光敏二极管和光敏晶体管（1）光敏二极管：光敏二极管是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件，其PN结装在透明管壳的顶部，以便接受光照，（2）光敏晶体管：光敏晶体管有两个PN结，从而可以获得电流增益。8.2.4 光电池：光电池的工作原理是基于光生伏打效应。当光照射在光电池上时，可以直接输出电动势及光

22、电流。8.2.5 光电元件的特性：I.光照特性2.光谱特性3.伏安特性4.频率特性5.温度特性6.响应时间8.2.6 光耦合器件：将发光器件与光敏元件集成在一起便可构成光耦合器件8.3 红外线传感器8.3.1 概述：凡是存在于自然界的物体，例如：人体、火焰、冰等物体都会放射出红外线，只是其发射的红外线的波长不同而已。8.3.2 热释电型红外传感器：（1）热释电效应（2）热释电红外线光敏元件的材料（3）热释电红外传感器（4）PVF2热释电红外传感器（5）热释电红外探测模块学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码11授课日期2016年11月30日第13周教学时数2H

23、授课章节名称设计:温度传感器应用教学目标1 .了解温度传感器的类型；2 .了解温度传感器的应用场合；3 .掌握电压输出型半导体温度传感器的原理；4 .掌握电压输出型传感器调理电路的原理；教学重点温度传感器的检测电路教学难点温度传感器应用更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会.实验传感器1.M35系列传感器是电压输出型集成温度传感器，其输出电压与温度为线性比例关系。工作温度范围为-55+150C,灵敏度为IOmV/,常温下测温精度为士。5以内。LM35系列有不同的后缀，后缀不同，测温范围不同。1 .温度测量电路温度测靖电路信号调理电路1.M35D温度传感器工作温度范围Oe-100,电压VC

24、C供电为5V。LM35D型温度传感器的特点是输出电压信号与温度温度成正比例关系，灵敏度为IOmV/。精度为1C。最大线性误差为0.5；该器件外形很像塑封三极管（TO-92）O传感器输出电压为（其中T为摄氏温度值）：%3。）=10也TeC该温度传感器最大特点是无需外围器件，也不需要调试和校正。选用OP07构成同相比列放大器，对LM35D输出信号进行放大。放大倍数为：放大后输出电压为：ou,uUOUt-LM35测量得到温度值为：UT-OutAuIOmV/学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码12授课日期2016年12月7日第14周教学时数2H授课章节名称项目3机床

25、中传感器应用9霍尔传感器教学目标1、理解生物传感器及微波传感器。2、了解超声波传感器。3、理解生物及微波传感器的使用。教学重点生物及微波传感器的使用教学难点生物传感器更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会9.1 霍尔传感器工作原理9.1.1 霍尔效应：在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。9.1.2 霍尔元件的主要技术参数(1)输入电阻RIN和输出电阻ROUT；(2)额定控制电流1C；(3)不等位电势UO,即未加磁场时的输出电压，一般小于ImV：(4)霍尔电压UH；(5)霍尔电压的温度特性。9.2 霍

26、尔传感器9.2.1 霍尔开关集成传感器：霍尔开关集成传感器是利用霍尔元件与集成电路技术制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。6.2.2霍尔线性集成传感器:霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。一般由霍尔元件和放大器组成，当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性的霍尔电压，经放大器放大后输出。9.3其他磁传感器9.3.1 磁阻元件：当霍尔元件受到与电流方向垂直的磁场作用时，不仅会出现霍尔效应，而且还会出现半导体电阻率增大的现象，称为磁阻效应。利用磁阻效应做成的电路元件,叫磁阻元件。9.3.2 磁敏二极管：可以将磁信息转换成电信号，具有体积

27、小、灵敏度高、响应快、无触点、输出功率大及性能稳定等特点。它可广泛应用于磁场的检测、磁力探伤、转速测量、位移测量、电流测量、无触点开关、无刷直流电机等许多领域。9.3.3 磁敏晶体管：磁敏晶体管是一种新型的磁电转换器件,该器件的灵敏度比霍尔元件高得多,同样具有无触点、输出功率大、响应快、成本低等优点。其在磁力探测、无损探伤、位移测量、转速测量等领域有广泛的应用。学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码13授课日期2016年12月14日第15周教学时数2H授课章节名称10光纤传感器11接口电路教学目标1、理解光纤传感器的原理，正确使用光纤传感器。2、掌握传感器输出

28、信号的处理方法。掌握传感器信号检测电路。教学重点光纤传感器的原理教学难点光纤传感器的原理更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会教学过程设计10光纤传感器10.1 光纤传感器的原理结构及种类10.1.1 光纤传感器的原理10.1.2光纤的结构由导光的芯体玻璃（简称纤芯）和包层组成，纤芯位于光纤的中心部位，其直径约为5100m,包层可用玻璃或塑料制成，两层之间形成良好的光学界面。包层外面常有塑料或橡胶外套，可保护纤芯和包层并使光纤具有一定的机械强度。10.1.3光纤的种类10.2光的传输原理10.2.1光的全反射定律10.2.2光纤的传光原理9.3光导纤维传感器的类型9.3.1光纤传感器的分

29、类9.3.2功能型和非功能型光纤传感器被测对象933光纤传感器的主要部件光源耦合器（3）探测器（4）连接器11接口电路（1）运算放大器（2）测量放大器（3）隔离放大器（4）程控测量放大器PGA学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码14授课日期2016年12月21日第16周教学时数2H授课章节名称实验：光纤位移传感器静态与动态实验教学目标了解光线位移传感器的原理结构、性能。教学重点光纤位移传感器静态与动态教学难点光纤位移传感器静态与动态更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会(1)观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，探头固定在Z型安装架

30、上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。(2)了解振动台在实验仪上的位置(实验台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射字作为光的反射面。)(3)如图3-2接线，因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接接到差动放大器。F/V显示表的切换开关置2V档，开启主副电源。(4)转动测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头是贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压表读数由小一大一小的变化。(5)旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm读出电压表读数，并将其填入下表：X(mm)0.050.10.150.210V(V)(6)关闭主副电源，把所有旋钮恢复到初始位置。(7)做出X-V曲线，计算灵敏度S=ZVZX及线性范围。学院教案授课班级11541P/11542P/11543P授课形式讲授页码15授课日期2016年12月28日第17周教学时数2H授课章节名称复习与考试教学目标教学重点教学难点更新、补充、删除内容教学手段课外作业课后体会教学过程设计