传感器教案.doc
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黑龙江职业学院 2012 -- 2013 学年 第 2 学期 教 师 教 案 课程名称: 传感器与信号检测 任课教师: 张明芹 教学单位: 生物工程机电教学团队 课程教学基本信息 课程名称 传感器与信号检测 总学时数 54 理论 学时 48 实践 学时 6 任课教师 张明芹 职 称 教授 授课对象 专业班级:机电11-301-302;机品11-301;机药11-301 共 4个 班 授课时间 2012 -- 2013 学年 第 2 学期 选用 教材 传感器技术与应用 主要 参考 书目 传感器技术与信号检测技术 课程 教学 目标 要求 使学生了解检测系统与传感器的静、动态特性和主要性能指标,掌握常用传感器的工作原理和常见非电量参数的检测方法、检测系统中常用的信号放大电路、信号处理电路与信号转换电路等。其作用是通过本课程的学习,培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力,为工业测控系统的设计与开发奠定基础。 课 程 内 容 学 时 分 配 章/专题/项目 主要内容 学时数 第一章 传感器与自动检测基础知识 传感器、自动检测系统概述;传感器的特性与技术指标 4 第二章 温度传感器 热电偶传感器及应用;热电阻温度传感器及应用;热敏电阻温度传感器及应用 14 第三章 力传感器 电阻应变式传感器;压电传感器;电容式传感器;电感式传感器 8 第四章 光电式传感器 光电效应与光电元件;红外线、光纤传感器;光电传感器及应用 8 第五章 霍耳与磁传感器 霍耳元件与传感器;其他磁传感器 4 第六章 位移传感器 机械位移、光栅、接近传感器;转速、液位、流量传感器 4 第七章 气体、湿度传感器 气体传感器及应用;湿度传感器及应用 4 第八章 新型传感器 生物、微波、超声波、机器人、指纹传感器 4 第九章 智能传感器 智能传感器的功能;智能传感器的三种方式 4 授课序次 1 授课学时 2 授课类型 讲授课 授课题目 第一章 传感器与自动检测基础知识 第一节 传感器、自动检测系统概述 教学 目标 知识:掌握传感器、自动检测系统组成与作用;理解构成材料。 能力:会分析自动检测系统功能、能区分敏感元件、转换元件。 素质:体会传感器在生活、生产和科技中的理论意义和实践意义,激发学习兴趣。 重点 难点 分析 重点:自动检测系统组成闭环、开环系统;传感器组成、分类与作用 难点:自动检测系统组成、传感器分类 教学 方法 手段 教学方法:任务驱动法 练习法 课堂讨论、讲练结合 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合 学生 课前 准备 回答电学量与非电学量 了解本次课的教学目标 教师 课前 准备 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、传感器的定义与组成 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律换成有用输出信号(一般为电信号)的器件或装置。 通常由敏感元件、传感元件和测量转换电路组成。常见的信号调节与转换电路的放大器、电桥、震荡器和电荷放大器等。 二、传感器的分类及命名 1、按工作原理分类 按工作原理可以分成参量传感器、发电传感器、数字传感器及特殊传感器。 2.按被测量性质分类 按被测量性质可以分成机械量传感器.热工量传感器.成分量传感器.状态量传感器.探伤传感器等。 3.按输出量种类分类 按输出量种类可以分成模拟式传感器和数字式传感器。 4.按传感器的结构分类 按传感器的结构可以分成直接传感器.差分传感器和补偿传感器。 三、传感器的基本特性 1.精度 2.稳定性 3.输入输出特性 四、自动检测系统的组成 显示与记录装 被测量—传感器—转换电路——数据处理装置 —执行机构 五、传感器组成材料 半导体 陶瓷 石英 金属氧化物 有机与无机 10分 多媒体 30分 20 30 课后作业 P10页1、2题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 2 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第二节 传感器的特性与技术指标 教学 目标 知识:掌握静态特性与动态特性;了解传感器的材料制造 能力:会利用采用线性化技术提高性能指标的方法 素质:养成善于总结的良好习惯,善于发现问题、分析问题 重点 难点 分析 重点:静态特性(1线性度、2灵敏度、3重复度、4迟滞现象) 难点:传感器动态特性(阶跃响应特性、频率响应特性) 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 传感器定义及组成;了解本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、静态特性 1线性度 2灵敏度 3重复度 4迟滞现象 5分辨力 6稳定性 7漂移 二、动态特性 1阶跃响应特性 2频率响应特性 三、传感器的材料 1半导体材料 2陶瓷材料 3石英材料 4金属氧化物及合金材料 5无机材料 6有机材料 7生化材料 8高分子敏感材料 9合成材料 10智能材料 四.传感器制造技术 1部件及子系统加工 2系统的集成包括底盘、组装和连线加工 3Z半导体敏感元件的加工 五、提高性能指标的方法 1采用线性化技术 2差动技术 3平均技术 4零位法、微差法和闭环技术 5补偿与校正技术 6集成化和智能化 7屏蔽、隔离和抑制干扰 8稳定性处理 10分 多媒体 30分 课后作业 P10页3、4题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 3 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第二章 温度传感器 第一节 热电偶传感器及应用 教学 目标 知识:掌握热电效应、热电偶的基本定律热电偶组成材料及分度表;了解热电偶种类 能力:能分析、设计简易的热电偶的温度传感器;会查分度表 素质:体会到热电偶传感器在生活、生产和科技中的理论意义和实践意义,激发学习兴趣 重点 难点 分析 重点:热电效应、热电偶的基本定律、分度表 难点:两种导体的接触电动势、中间温度定律应用 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 温度及表示方法;相对误差;了解本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、温度测量概述 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度的表示(或测量)须有温度标准,即温标。热力学温度(符号为T),单位为开尔文(符号为K)。温度的测量方法,通常按感温元件是否与被测物体接触而分为接触时测量和非接触式测量两大类。如红外高温传感器、光纤高温传感器等。 二、热电偶传感器 热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它构造简单,使用方便,测温范围宽,并且有较高的精确度和稳定性。 热电效应 两种不同的材料的导体A和B组成一个闭合电路时,若两接点温度不同,则在该电路中会产生电动势。这种现象称为热电效应,该电动势称为热电动势。热电动势是由两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成。 2.两种导体的接触电动势 假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB,且nA大于nB。 3. 单一导体的温差电动势 对于单一导体,如果两端温度分别为T,T0,且T大于,在高温端具有较大的动能,因而向低温端扩散;高温端因失去了自由电子带正电,低温端获得了自由电子带负电,即在导体两端产生了电动势。 4. 热电偶的热电动势可表示为 EAB(T,T0)=eAB(T)- eAB(T0) 热电偶的基本定律 EAB(T,T0)=eAC(T,T0)- eBC(T,T0) 三、热电偶的结构形式及热电偶材料 1.普通型热电偶 2.铠装热电偶 四、热电偶测温及参考温度补偿 1.热电偶测量基本电路 2.热电偶参考端的补偿 10分 多媒体 30分 课后作业 P33页1、2题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 4 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第二节 热电偶冷端温度补偿与测温电路 教学 目标 知识:掌握常用热电偶测温及参考温度补偿电路 能力:能分析热电偶测温及参考温度补偿电路工作过程;会设计热电偶测温电路 素质:体会到探究规律的方法,养成善于总结的良好习惯,善于发现问题、分析问题。 重点 难点 分析 重点:热电偶测温及参考温度补偿电路 难点:电桥补偿电路分析 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 热电偶中间温度定律内容、做实际应用一个题;识记本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、热电偶测温及参考温度补偿 1.热电偶测量基本电路 (1)温度测量电路 如图P教材17 电路分析与热电动势计算 (2)并联平均温度测量电路 如图P教材17 电路分析与热电动势计算 (3)串联相加温度测量电路 如图P教材17 电路分析与热电动势计算 (4)温差测量电路 如图P教材17 电路分析与热电动势计算 2.补偿导线P18页 二、热电偶参考端的补偿电路 1.热电偶参考端的补偿 2.常用热电偶参考端的补偿电路分析 三、请将右图各有关设备正确地连接起来,组成热电偶测温、控温电路。(课件) 1.分析温度控制过程 四、实际应用电路设计 P33页5题 画出电路图 说出工作过程 10分 多媒体 30分 20分多媒体 30分 课后作业 P33页3、4题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 5 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第三节 热电阻温度传感器及应用 教学 目标 知识:掌握热电阻的温度特性及修正;会计算铜、铂电阻阻值 能力:会计算铜、铂电阻阻值 素质: 重点 难点 分析 重点:热电阻的温度特性及修正;会计算铜、铂电阻阻值 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 金属热电阻的温度特性,热电阻传感器的结构;识记本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、热敏电阻的(Rt-t)特性 1.由热敏电阻特性曲线可得以下结论 1)热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻,所以灵敏度很高; 2)同温度情况下,热敏电阻阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响极小,适用于远距离测量; 3)热敏电阻曲线非线性十分严重,所以其测量温度范围远小于金属热电阻; 2.热敏电阻温度测量非线性修正 1)线性网络 2)综合修正 3)计算修正法 二、负温度系数热敏电阻 1负温度系数热敏电阻性能 2负温度系数热敏电阻温度方程 3负温度系数热敏电阻主要特性 标称阻值;B 值;电阻温度系数;额定功率;耗散系数;热时间常数 三、温度传感器应用实例(简介) (一)双金属温度传感器的应用 1双金属温度传感器室温测量的应用 2双金属传感器在电冰箱中的应用 (二)热敏电阻温度传感器的应用 1热敏电阻在汽水箱温度测量中的应用 2热敏电阻在空调器控制电路中的应用 (三)晶体管温度传感器的应用 1热敏二极管温度传感器应用举例 2热敏三管温度传感器应用举例 (四)集成温度传感器应用举例 1AD590集成温度传感器应用 2LM334集成温度传感器应用 (五)家用空调专用温度传感器 (六)冰箱,冰柜专用温度传感器 (七)热水器专用温度传感器 (八)汽车发动机控制系统专用温度传感器 课后作业 P33页5、6题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 6 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第三节 热电阻温度传感器及应用 教学 目标 知识:掌握热电阻的温度特性及修正;会计算铜、铂电阻阻值 能力:会计算铜、铂电阻阻值 素质: 重点 难点 分析 重点:热电阻的温度特性及修正;会计算铜、铂电阻阻值 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 金属热电阻的温度特性,热电阻传感器的结构;识记本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、热敏电阻的(Rt-t)特性 1.由热敏电阻特性曲线可得以下结论 1)热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻,所以灵敏度很高; 2)同温度情况下,热敏电阻阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响极小,适用于远距离测量; 3)热敏电阻曲线非线性十分严重,所以其测量温度范围远小于金属热电阻; 2.热敏电阻温度测量非线性修正 1)线性网络 2)综合修正 3)计算修正法 二、负温度系数热敏电阻 1负温度系数热敏电阻性能 2负温度系数热敏电阻温度方程 3负温度系数热敏电阻主要特性 标称阻值;B 值;电阻温度系数;额定功率;耗散系数;热时间常数 三、温度传感器应用实例(简介) (一)双金属温度传感器的应用 1双金属温度传感器室温测量的应用 2双金属传感器在电冰箱中的应用 (二)热敏电阻温度传感器的应用 1热敏电阻在汽水箱温度测量中的应用 2热敏电阻在空调器控制电路中的应用 (三)晶体管温度传感器的应用 1热敏二极管温度传感器应用举例 2热敏三管温度传感器应用举例 (四)集成温度传感器应用举例 (五)家用空调专用温度传感器 (六)冰箱,冰柜专用温度传感器 (七)热水器专用温度传感器 (八)汽车发动机控制系统专用温度传感器 课后作业 P33页5、6题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 7 授课学时 2 授课类型 实验 授课题目 实验:热敏电阻温度传感器制作 教学 目标 知识:测试温度 电阻曲线;制作电桥 制作温度传感器测物体温度 能力:制作温度传感器测物体温度 素质: 重点 难点 分析 重点:测试温度 电阻曲线;制作电桥 制作温度传感器测物体温度 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 1. 温度特性测试 2. 选择电阻制作直流电挤 3. 选择热敏电阻制作电挤(制) 4. 改变t记7.电阻电流 5. 做出t-z曲线 6. 制作热敏电阻温度计 7. 测试物体温度 课后作业 实验报告 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 8 授课学时 2 授课类型 实验 授课题目 实验:双金属温度传感器设计与制作 教学 目标 知识:会用跳泡中的金属片制作温度传感器设计温度控制电路 能力:跳泡中的金属片制作温度传感器设计温度控制电路 素质: 重点 难点 分析 重点:会用跳泡中的金属片制作温度传感器设计电路 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 1、取出金属片调试合适的位置 2、按设计好的电路制作 3、调试好触点进行测试 4、测开水温度 5、检测报警电路或用蜂鸣器 课后作业 实验报告 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 9 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 习题 教学 目标 知识:巩固温度传感器一章知识,完成本章课后习题,检测学习效果 能力:巩固温度传感器一章知识,完成本章课后习题,检测学习效果 素质: 重点 难点 分析 重点:巩固温度传感器一章知识,完成本章课后习题,检测学习效果 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 课后作业 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 10 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第三章 力传感器 第一节 电阻应变式传感器与弹性敏感元件 教学 目标 知识:理解应变效应、电阻应变片、温度补偿;掌握测量转换电路;电阻应变式传感器的应用;理解弹性敏感元件线性度、灵敏度。 能力:测量转换电路;电阻应变式传感器的应用;理解弹性敏感元件线性度、灵敏度。 素质: 重点 难点 分析 重点:理解应变效应、电阻应变片、温度补偿;掌握测量转换电路;电阻应变式传感器的应用;理解弹性敏感元件线性度、灵敏度。 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 电阻应变式传感器是一种电阻传感器,它主要由弹性敏感元件或试件,电阻应变片和测量转换电路组成。利用电阻应变式传感器可以测量力,位移,形变和加速度等参数。 一、应变效应 导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械形变,其电阻发生变化的现象称为应变效应。 电阻应变片式传感器是利用了金属和半导体材料的“应变效应”。金属和半导体材料的电阻值随它承受的机械变形大小而发生变化的现象。 二、应变片的种类结构与粘贴 1.应变片的结构类型 应变片可分为金属应变片和半导体应变片。前者可分为金属丝式,铂式和薄膜式3种。 半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的。 用锗或硅等材料作敏感栅,薄膜型是在薄绝缘基片上蒸镀金属制成。2.应变片的粘贴 三、测量转换电路 单臂桥工作方式 半桥工作方式 全桥工作方式 电桥4个桥臂都为应变片。 四、温度补偿 在实际应用中,除了应变能导致应变片电阻变化外,温度变化也会导致应变片电阻变化它将给测量带来误差,因此,有必要对桥路进行温度补偿。 1.补偿块补偿法 补偿片起温度补偿的作用,当环境温度改变时,补偿片与测量片阻值同比例改变,使桥电路输出不受影响。 2.桥路自补偿法 五、电阻应变式传感器的应用 半桥式(单单臂工作);半桥式(双臂工作);全桥式(双臂工作);全桥式(四臂工作)。 1.力和扭矩传感器 2.压力传感器 3.加速度传感器加速度传感器实质上是一种测量里的装置。 课后作业 P63页1、2题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 11 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第二节 压电传感器 教学 目标 知识:掌握压电效应、压电材料、测量转换电路;压电材料的主要特性指标 能力:压电效应、压电材料、测量转换电路;压电材料的主要特性指标 素质: 重点 难点 分析 重点:掌握压电效应、压电材料、测量转换电路;压电材料的主要特性指标 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 一、压电式传感器 压电传感器是一种典型的自发式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现非电量电测的目。(如压力、加速度) 二、基本工作原理 1.压电效应 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生形变时,内部会产生极化现象,同时在其表面产生电荷。当外力去掉后,又重新回到不带电状态,这种现象称为压电效应。 2.压电材料 压电材料基本上分为三大类:压电晶体、压电陶瓷和有机压电材料。 (1)石英晶体 (2)压电陶瓷 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,陶瓷材料内部存在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。经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数,约为石英的几百倍,但机械强度比石英差。 3.压电材料的主要特性指标 压电系数d表示压电材料产生电荷与作用力的关系。 刚度H压电材料的刚度是它固有的频率的重要参数。 介电常数ε 电阻R 居里点 三、测量转换电路 1.压电元件的等效电路 2.测量转换电路 压电传感器的输出可以是电压信号,也可以是电荷信号,因此前置放大器也有两种形式:电压放大器和电荷放大器。 电荷放大器:输出电压与输入电荷量成正比的放大器。与电缆电容C无关,且与q成正比,这是电荷放大器的最大特点。 四、压电式式传感器的结构和应用 1.压电元件常用的结构形式 2.压电式传感器的应用 课后作业 P63页3、4题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 12 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第三节 电容式传感器 教学 目标 知识:掌握电桥、交流电桥、变压器式测量电路;能说出电容式传感器的种类;了解应用实例 能力:电桥、交流电桥、变压器式测量电路;能说出电容式传感器的种类;了解应用实例 素质: 重点 难点 分析 重点:掌握电桥、交流电桥、变压器式测量电路;能说出电容、电感式传感器的种类;了解应用实例 难点: 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容、找出读书指导的内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件,通过电容器传感元件将被测物理量的变化转换为电容器的变化,再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。 一、基本工作原理及结构形式 当S、d或ε改变,则电容C也随之改变。若保持其中两个参数不变,通过被测量的变化改变其中一个参数,就可把被测量的变化转换为电容量的变化。 电容传感器结构简单,分辩率高,工作可靠,非接触测量,并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作,易于获得被测量与电容量变化的线性关系,可用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位、料位、成分含量等测量。 分为:变极距式、变面积式、变介电常数式电容式传感器。 电容变化与位移为线性关系。选择介电常数较大的介质,适当增大充入介质的厚度,可使灵敏度提高。 二、测量转换电路 分为:桥式电路、调频电路、脉冲宽度调制电路。调频接收系统可以分为直放式调频和外差式调频两种类型。 三、电容式传感器的应用 1.压力测量 2.加速度测量 3.固体料位测量 4.转速测量 四、电感式传感器 电感式传感器的基本原理是电磁感应原理。利用电磁感应将被测非电量转换成电感量的变化输出。常用的有自感式和互感式两类。 五、测量电路 交流电桥式测量电路 变压器式交流电桥 课后作业 P63页5、6题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 13 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第四节 电感式传感器 教学 目标 知识:掌握电感式传感器的种类;了解应用实例;能说出测量电路。 能力:电感式传感器的种类;了解应用实例;能说出测量电路 素质: 重点 难点 分析 重点:掌握电桥、交流电桥、变压器式测量电路;能说电感式传感器的种类;了解应用实例 难点:能说电感式传感器的种类;了解应用实例 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 电桥电路原理图,电容计算公式;自感、互感 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 提问:电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件,通过电容器传感元件将被测物理量的变化转换为电容器的变化,再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。 一、自感式传感器 1. 先看一个实验 将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后,接到机床用控制变压器的36V交流电压源上,如图所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心(称为衔铁)往下按,我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时,毫安表的读数只剩下十几毫安。 2.电感传感器的基本工作原理 当铁心的气隙较大时,磁路的磁阻Rm也较大,线圈的电感量L和感抗XL 较小,所以电流I 较大。当铁心闭合时,磁阻变小、电感变大,电流减小。 3.电感量计算公式 4.自感式电感传感器常见的形式 视频 二、差动变隙式电感传感器 1、差动电感传感器的特点 在变隙式差动电感传感器中,当衔铁随被测量移动而偏离中间位置时,两个线圈的电感量一个增加,一个减小,形成差动形式。 差动式电感传感器的线性较好,且输出曲线较陡,灵敏度约为非差动式电感传感器的两倍。 二、测量转换电路 检波电路称为相敏检波电路。 三、电感式传感器的应用 自感式传感器—般用于接触测量,可用于静态和动态测,量。测量的基本量是位移,也可以用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数测量。 四、电感式传感器 电感式传感器的基本原理是电磁感应原理。利用电磁感应将被测非电量转换成电感量的变化输出。常用的有自感式和互感式两类。 电感式压力传感器大都采用变隙式电感做为检测元件,它和弹性敏感元件组合在一起构成电感式压力传感器。 压力测量经常使用自感式传感器。主要由铁心、衔铁和线圈三部分组成。 五、差动变压器式传感器 (互感式) 1.差动变压器式传感器的等效电路 2.工作原理 差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当一次线圈接入激励电源之后,二次线圈就将产生感应电动势,当两者间的互感量变化时,感应电动势也相应变化。由于两个二次线圈采用差动接法,故称为差动变压器。目前应用最广泛的结构型式是螺线管式差动变压器。 结构特点: 两个二次线圈反向串联,组成差动输出形式。 六、巩固与练习 差动整流的特点 电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的,所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小(电压的幅值),还可以反映位移的方向。 5分 多媒体 30分 课后作业 P63页8题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 14 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第四章 光电式传感器 第一节 光电效应与光电元件 教学 目标 知识:理解光电效应;掌握光电元件及特性;识记光电元件的符号与伏安特性曲线 能力:识记光电元件的符号与伏安特性曲线 素质:养成善于总结的良好习惯,善于发现问题、分析问题 重点 难点 分析 重点:光电效应;光电元件及特性;光电元件的符号与伏安特性曲线 难点:光电元件及特性;光电元件的符号与伏安特性曲线 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 传感器定义及组成;了解本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 提问 一、光电效应 光电效应是在光线作用下,物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象,通常可分为外光电效应与内光电效应和光生伏特效应三种。 (1)外光电效应:在光线作用下,电子从物体表面逸出的物理现象。如:光电管。 (2)内光电效应:在光线作用下,物体电阻率发生变化的现象。如:光敏电阻和光敏晶体管。 (3)光生伏特效应:在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象。如:光电池。 二、光电元件 1.光电管 真空管、光电阴极、光电阳极组成。 光通量不太大时,光电特性基本是一条直线。 2.光敏电阻 在半导体光敏材料的两端装上电极引线,将其封在带有透明窗的管壳里构成光敏电阻。 暗电阻:置于室温、全暗条件电阻值。 亮电阻:一定光照条件下测得稳定电阻。 伏安特性:在一定照度下,光电流与光敏元件两端电压的对应关系 光电特性:入射光波长怀光敏器件相对灵敏度或相对光电流间的关系即为该元件的光谱特性。 光谱特性 响应时间 温度特性 频率特性 温度特性 3.光敏晶体管 (1)光敏二极管 (2)光敏三极管 (3)光敏晶体管的基本特性 4.光电池 光谱特性;光电特性;温度特性;频率特性 5.光电耦合器件(光叫光隔离器) 特性:电流传输比;输入输出间的绝缘电阻;输入输出间的耐压;输入输出间的寄生电容;最高工作频率;脉冲上升时间和下降时间。 三、光电元件特性 四、巩固练习 5分 多媒体 25分 25分 20分 视频5分 10分 课后作业 P89页1、2题 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 15 授课学时 2 授课类型 实验课 授课题目 光敏二极管、三极管伏安、光照特性 教学 目标 知识:测光敏电阻阻值,设计电路做出光敏晶体管伏安、光照特性;会设计适用的光电检测电路 能力:设计电路做出光敏晶体管伏安、光照特性;会设计适用的光电检测电路 素质:养成善于探究,善于发现问题、分析问题,爱护仪器习惯 重点 难点 分析 重点:测光敏电阻阻值,设计电路做出光敏晶体管伏安、光照特性;会设计适用的光电检测电路 难点:会设计适用的光电检测电路 教学 方法 手段 教学方法:讲授法、任务驱动法、读书指导、课堂讨论 教学手段:传统教学手段和现代教学手段相结合(多媒体) 学生 课前 准备 传感器定义及组成;了解本次课的教学目标 教师 课前 准备 布置学生预习重点学习内容 教案 多媒体课件 教 学 内 容 与 过 程 辅助手段 时间分配 布置任务与复习 一、光敏电阻测试 1.暗电阻:置于室温、全暗条件测电阻值。 亮电阻:一定光照条件下测得稳定电阻。测电阻 2.伏安特性:在一定照度下,光电流与光敏元件两端电压的对应关系 做出U—I曲线 二、光敏晶体管 (1)光敏二极管伏安、光照特性 (2)光敏三极管伏安、光照特性 做出图像 三、光电池 光电流、光电压测试 四、设计光控电路 20分 15分 15分 15分 25分 课后作业 实验报告分析数据 教学后记(包括内容、方法、学情、资源等) 授课序次 16 授课学时 2 授课类型 理论课 授课题目 第二节 红外线、光纤传感器 教学 目标 知识:明确热释电效应;掌握热释电红外传感器的原理;掌握色彩传感器种类及各自工作原理 能力:热释电红外传感器的原理;掌握色彩传感器种类及各自工作原理 素质:养成善于总结的良好习惯,善于发现问题、分析问题 重点 难点 分析 重点:热释电效- 配套讲稿:
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