传感器技术及应用

教 案课 程 名 称 传感器技术及应用 授 课 教 师 张明德 授 课 班 级 电子 151 开 课 单 位 信息工程系 开 课 学 期 2016-2017 第二学期 总 课 时 48（32/16） 齐 齐 哈 尔 工 程 学 院1第 1 次课教学整体设计课 题 传感器的基础知识（一）授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 样图() 模型( ) 实物() 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对传感器知识的学习，使学生掌握传感器的组成及分类，了解传感器及检测技术的作用及广泛的应用。通过对传感器的发展历史的简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。重点：1.掌握传感器技术的发展与基本结构；2.掌握传感器与检测系统的组成与特点。难点：1. 掌握传感器与检测系统的组成。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备因为这是新学期的第一节课所以主要的准备都是由教师完成的。首先教师要在班主任以及本专业其他授课教师的帮助下，对所要授课班级学生的学习基础、学风等必要事物有所了解；在开课之前通读教材，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位；精心准备第一节课绪论，主要包括教师的自我介绍、课程介绍、考核方法、纪律要求以及本节课知识内容，争取通过这节课让学生明确自己的学习任务、有一个端正的学习态度，喜欢上老师，喜欢上这门课程。（2）课程导入通过一个电子行业实例将话题转到本节课的重点内容，同时演示第三学期项目作业欢迎光临玩偶，相比较之下引出电子行业中应用最为广泛的技术传感器技术。本课程是应用电子技术专业选修课，通过学习使学生了解掌握温度传感器、力敏传感器、电磁传感器、气敏、湿敏传感器等内容，具有运用电子专业的基础课程电路分析及基本测量数据的2处理相关知识，为今后工作中的实际应用打下坚实的基础。（3）师生活动安排在授课过程中设置了一处提问性的互动， “生活中我们接触过的传感器技术有哪些？” ， “这些传感器是检测哪些物理量的?” ，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考，引出本节课的重点内容。也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。（4）课堂练习针对本节课的重点内容设置两个小题，作为课堂思考练习。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（1） 我们接触过的传感器技术有哪些？（2） 传感器的主要特点及内容鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。教学后记：3教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、教师自我介绍（5 分钟）步骤 2：课程介绍、推荐参考书（10 分钟）我们所用的推荐教材是高等教育出版俞云强主编的传感器与检测技术，本教材主要介绍传感器的应用原理及多种传感器，其目的是使学生具备从事相关专业所必需的传感器的基本知识和基本应用技能。这门课是以我们前面学习的模拟电子、数字电子为基础。同时要阅读查阅相关的书籍或者网站上的相关资料，始终保持与时俱进，不断拓展自己专业相关知识。这门课是专业选修课、考查课，期末是以笔试的形式进行考核。成绩组成主要分为三大部分：平时成绩 100 分（50），笔试成绩 100 分（50）；其中平时成绩中包含五个考核项目：出勤 15 分；作业 15 分；测验（抽考）40 分；笔记 15 分；项目作业 15 分。推荐的参考书：传感器及使用检测技术.西安电子科技大学出版社.传感器原理及工程应用. 西安电子科技大学出版社.这节课我们就先来学习传感器绪论的内容。步骤 3：本节课学习任务、引导教学（5 分钟）引导性问题 1：什么是检测技术？ 检测技术：对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。引导性问题 2：什么是传感器?传感器：一种以一定的精确度和被测量转换为另一种与之有确定对应关系的并且便于测量的量的装置。两者的关系：检测技术的组成包括：被测对象、传感器、测量电路、电源、输出单元。可见，传感器是检测技术的一个组成部分。步骤 4：讲授传感器的基础知识（35 分钟）一、什么是传感器？传感器是一种以一定的精确度把被测量作为另一种与之有确定关系的并且便于测量的量的装置。四层含义：（一）测量装置：完成信息的获取任务。（二）输入量：某一被测量。（物理量、化学量、生物量）（三）输出量：某种便于传输、转换、处理和显示的物理量。（主要是电量）二、传感器的发展4美国列出的国家长期安全和经济繁荣至关重要的 22 项技术中有 6 项传感器信息处理技术直接相关。日本江传感器技术列为国家重点发展的 6 大核心技术之一，并声称“支配了传感器技术能够支配新时代”。我国在“九五”、“十五”国家重点科技攻关项目中将传感器技术研究立项，力争在制造工艺、新产品开发等工程方面缩短与世界水平的差距。发展方向：集成化、微型化、智能化与网络化、信息融合技术、纳米技术、仿生传感器。步骤 5：提出思考问题，师生互动（25 分钟）问题的提出：我们接触过的传感器技术有哪些？教师根据基本物理量和学生回答情况总结传感器分类表格。（一）传感器分类表感官类 物理量 传感器 应用原理视觉 光 光电传感器 光敏听觉 声波 超声波传感器 发射电路/接收电路触觉 力 力敏传感器 电阻应变式/压阻式味觉 气体、液体浓度 气敏/湿敏传感器 气敏电路/湿敏元件冷热 温度 温度传感器热电偶/热电阻/热敏/红外/集成电路步骤：课堂小结（5 分钟）一、传感器的概念、发展与组成；二、传感器的分类；三、传感器与检测技术的发展方向。步骤 10：布置作业（5 分钟）（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。步骤 11：板书设计绪论 传感器的基本知识一、 传感器的概念： 四个含义：（一）测量装置 （二）输入量5（三）输出量：二、发展与组成被测量（非电量）敏感元件 转换元件 转换电路输出量（电量）三、传感器的分类四、传感器与检测技术的未来发展6第 2 次课教学整体设计课 题 传感器的基础知识（二）授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 样图() 模型( ) 实物() 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对传感器知识的学习，使学生掌握传感器的组成及分类，了解传感器及检测技术的作用及广泛的应用。通过对传感器的发展历史的简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。重点：1.掌握传感器技术的发展与基本结构；2.掌握传感器与检测系统的组成与特点。难点：1. 掌握传感器与检测系统的组成。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备因为这是新学期的第一节课所以主要的准备都是由教师完成的。首先教师要在班主任以及本专业其他授课教师的帮助下，对所要授课班级学生的学习基础、学风等必要事物有所了解；在开课之前通读教材，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位；精心准备第一节课绪论，主要包括教师的自我介绍、课程介绍、考核方法、纪律要求以及本节课知识内容，争取通过这节课让学生明确自己的学习任务、有一个端正的学习态度，喜欢上老师，喜欢上这门课程。（2）课程导入通过一个电子行业实例将话题转到本节课的重点内容，同时演示第三学期项目作业欢迎光临玩偶，相比较之下引出电子行业中应用最为广泛的技术传感器技术。本课程是应用电子技术专业选修课，通过学习使学生了解掌握温度传感器、力敏传感器、电磁传感器、气敏、湿敏传感器等内容，具有运用电子专业的基础课程电路分析及基本测量数据的7处理相关知识，为今后工作中的实际应用打下坚实的基础。（3）师生活动安排在授课过程中设置了一处提问性的互动， “生活中我们接触过的传感器技术有哪些？” ， “这些传感器是检测哪些物理量的?” ，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考，引出本节课的重点内容。也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。（4）课堂练习针对本节课的重点内容设置两个小题，作为课堂思考练习。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（3） 我们接触过的传感器技术有哪些？（4） 传感器的主要特点及内容鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。教学后记：8教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、教师自我介绍（5 分钟）步骤 2：课程介绍、推荐参考书（10 分钟）我们所用的推荐教材是高等教育出版俞云强主编的传感器与检测技术，本教材主要介绍传感器的应用原理及多种传感器，其目的是使学生具备从事相关专业所必需的传感器的基本知识和基本应用技能。这门课是以我们前面学习的模拟电子、数字电子为基础。同时要阅读查阅相关的书籍或者网站上的相关资料，始终保持与时俱进，不断拓展自己专业相关知识。这门课是专业选修课、考查课，期末是以笔试的形式进行考核。成绩组成主要分为三大部分：平时成绩 100 分（50），笔试成绩 100 分（50）；其中平时成绩中包含五个考核项目：出勤 15 分；作业 15 分；测验（抽考）40 分；笔记 15 分；项目作业 15 分。推荐的参考书：传感器及使用检测技术.西安电子科技大学出版社.传感器原理及工程应用. 西安电子科技大学出版社.这节课我们就先来学习传感器绪论的内容。步骤 3：本节课学习任务、引导教学（5 分钟）引导性问题 1：什么是检测技术？ 检测技术：对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。引导性问题 2：什么是传感器?传感器：一种以一定的精确度和被测量转换为另一种与之有确定对应关系的并且便于测量的量的装置。两者的关系：检测技术的组成包括：被测对象、传感器、测量电路、电源、输出单元。可见，传感器是检测技术的一个组成部分。步骤 4：讲授传感器的基础知识（35 分钟）三、传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。被测量（非电量）敏感元件 转换元件 转换电路输出量（电量）9（一）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。（二）转换元件：将敏感元件的输出量转换成电路参数量的元件。（三）转换电路：电参量转换成可直接利用的电信号。步骤 5：提出思考问题，师生互动（25 分钟）问题的提出：我们接触过的传感器技术有哪些？教师根据基本物理量和学生回答情况总结传感器分类表格。（二）传感器与检测技术的发展方向1不断提高传感器检测水平（1）发现新效应（2）开发新材料（3）采用新技术、新工艺（4）发展集成化、智能化、仿生传感器2不断拓展测量范围，提高监测精度和可靠度3推进新的检测方法，发展非接触法检测技术4实现监测系统智能化步骤：课堂小结（5 分钟）一、传感器的概念、发展与组成；二、传感器的分类；三、传感器与检测技术的发展方向。步骤 10：布置作业（5 分钟）（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。步骤 11：板书设计绪论 传感器的基本知识二、 传感器的概念： 四个含义：（一）测量装置 （二）输入量（三）输出量：二、发展与组成10被测量（非电量）敏感元件 转换元件 转换电路输出量（电量）三、传感器的分类四、传感器与检测技术的未来发展第 3 次课教学整体设计11课 题 测量的观念授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 样图() 模型( ) 实物() 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对数据处理知识的学习，使学生掌握测量误差的分类及处理方法，了解误差的基本概念。通过对传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。重点：1.掌握误差的基本概念；2.掌握随机误差的处理办法。难点：1. 掌握随机误差的处理办法。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备由于本课程是传感器理论课中的最基础的部分，因此需要教师在课堂上紧抓住学生的注意力，有较强的课堂控制能力。同时教师要在上课之前熟练操作软件，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且能够熟练使用该操作软件，同时需要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位。（2）课程导入通过上一节课的理论学习，学生们已对传感器技术建立起了初步的概念，同时对于该课程的知识结构和基本理论内容有了一定了解，接下来就进入下一阶段的学习内容，学习如何去处理测量的数据。（3）师生活动安排在上一节课授课过程中设置了一处提问性的互动， “什么是传感器技术” ，我们接触的传感器有哪些，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考。现在我们就进入该课程的基本知识的学习中，在基本数据的处理环节中让学生掌握数据处理的基本概念与方法，同时也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。12（4）指导练习相对误差的计算。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（5） 测量误差的基本概念有哪些？（6） 测量的误差的表示方法有哪些？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）巩固性作业：有三台测温仪表，量程均为 0600，精度等级分别为 1.5 级、2.0 级、2.5 级，要测量 500的温度，要求相对误差不超过 2.5%，选用哪个台仪表合适？教学后记：13教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、学生出勤、复习提问（5 分钟）步骤 2：内容导入（3 分钟）从工程测量实践可知，测量数据中含有系统误差和随机误差，有时含有粗大误差，它们的性质不同，对测量结果的影响及处理的方法也不同。对于不同情况的测量数据，首先要加以分析研究，判断其情况，分别处理，再经综合整理，得出合乎科学性的测量结果。步骤 3：本节课引导性教学（2 分钟）引导性问题 1：什么是测量误差？ 引导性问题 2：测量误差的表示方法有哪些?步骤 4：讲授测量误差的基础知识（70 分钟）一、测量的概念与方法（一）测量的概念：把被测未知量与同性质标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。由数值大小和测量单位组成。（二）测量方法：直接、间接、联立（三）误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差二、 随机误差的统计处理在测量中, 当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时, 如果测量数据仍有不稳定的现象, 说明存在随机误差。在等精度测量情况下, 得 n 个测量值 x1,x2,xn, 设只含有随机误差 1, 2，n。这组测量值或随机误差都是随机事件, 可以用概率数理统计的方法来研究。随机误差的处理任务是从随机数据中求出最接近真值的值（或称真值的最佳估计值）, 对数据精密度的高低（或称可信赖的程度）进行评定并给出测量结果。 1 随机误差的正态分布曲线测量实践表明, 多数测量的随机误差具有以下特征: 绝对值小的随机误差出现的概率大于绝对值大的随机误差出现的概率。 随机误差的绝对值不会超出一定界限。 测量次数 n 很大时, 绝对值相等#, 符号相反的随机误差出现的概率相等。由特征不难推出, 当 n时, 随机误差的代数和趋近于零。 随机误差的上述三个特征, 说明其分布实际上是单一峰值的和有界限的, 且当测量次数无穷增加时, 这类误差还具有对称性（即抵偿性）。 14正态分布方程式的关系曲线为一条钟形的曲线, 说明随机变量在 x=L 或 =0 处的附近区域内具有最大概率。 2 正态分布的随机误差的数字特征在实际测量时, 真值 L 不可能得到。但如果随机误差服从正态分布, 则算术平均值处随机误差的概率密度最大。对被测量进行等精度的 n 次测量, 得 n 个测量值 x1,x2,xn, 它们的算术平均值为算术平均值是诸测量值中最可信赖的, 它可以作为等精度多次测量的结果。 上述的算术平均值是反映随机误差的分布中心, 而均方根偏差则反映随机误差的分布范围。均方根偏差愈大, 测量数据的分散范围也愈大，所以均方根偏差 可以描述测量数据和测量结果的精度。图 1 - 5 为不同 下正态分布曲线。 由图可见： 愈小, 分布曲线愈陡峭, 说明随机变量的分散性小, 测量精度高；反之 , 愈大, 分布曲线愈平坦, 随机变量的分散性也大, 则精度也低。均方根偏差 可由下式求取:xi第 i 次测量值。在实际测量时, 由于真值 L 是无法确切知道的, 用测量值的算术平均值 -代替之, 各测量值与算术平均值差值称为残余误差,inxxn121)(nLxninii1212)(15用残余误差计算的均方根偏差称为均方根偏差的估计值 s, 即通常在有限次测量时, 算术平均值不可能等于被测量的真值 L, 它也是随机变动的。设对被测量进行 m 组的“多次测量”, 各组所得的算术平均值 1, 1, m, 围绕真值 L 有一定的分散性, 也是随机变量。算术平均值 的精度可由算术平均值的均方根偏差来评定。它与 s 的关系如下: 步骤 5：课堂小结（5 分钟）一、测量的概念与方法；二、测量误差的分类；三、随机误差的处理方法。步骤 6：布置作业（5 分钟）（1）巩固性作业：有三台测温仪表，量程均为 0600，精度等级分别为 1.5 级、2.0 级、2.5 级，要测量500的温度，要求相对误差不超过 2.5%，选用哪个台仪表合适？步骤 7：板书设计第 1 章 检测的基本知识与基本数据处理三、检测的概念： 四个内容：（一）测量的概念 二、测量误差的基本概念及分类：nsx1%0ydv16第 4 次课教学整体设计课 题 测量的方法授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 样图() 模型( ) 实物() 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对数据处理知识的学习，使学生掌握测量误差的分类及处理方法，了解误差的基本概念。通过对传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。重点：1.掌握误差的基本概念；2.掌握随机误差的处理办法。难点：1. 掌握随机误差的处理办法。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备由于本课程是传感器理论课中的最基础的部分，因此需要教师在课堂上紧抓住学生的注意力，有较强的课堂控制能力。同时教师要在上课之前熟练操作软件，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且能够熟练使用该操作软件，同时需要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位。（2）课程导入通过上一节课的理论学习，学生们已对传感器技术建立起了初步的概念，同时对于该课程的知识结构和基本理论内容有了一定了解，接下来就进入下一阶段的学习内容，学习如何去处理测量的数据。（3）师生活动安排在上一节课授课过程中设置了一处提问性的互动， “什么是传感器技术” ，我们接触的传感器有哪些，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考。现在我们就进入该课程的基本知识的学习中，17在基本数据的处理环节中让学生掌握数据处理的基本概念与方法，同时也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。（4）指导练习相对误差的计算。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（7） 测量误差的基本概念有哪些？（8） 测量的误差的表示方法有哪些？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）巩固性作业：有三台测温仪表，量程均为 0600，精度等级分别为 1.5 级、2.0 级、2.5 级，要测量 500的温度，要求相对误差不超过 2.5%，选用哪个台仪表合适？教学后记：18教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、学生出勤、复习提问（5 分钟）步骤 2：内容导入（3 分钟）从工程测量实践可知，测量数据中含有系统误差和随机误差，有时含有粗大误差，它们的性质不同，对测量结果的影响及处理的方法也不同。对于不同情况的测量数据，首先要加以分析研究，判断其情况，分别处理，再经综合整理，得出合乎科学性的测量结果。步骤 3：本节课引导性教学（2 分钟）引导性问题 1：什么是测量误差？ 引导性问题 2：测量误差的表示方法有哪些?步骤 4：讲授测量误差的基础知识（70 分钟）一、测量的概念与方法（一）测量的概念：把被测未知量与同性质标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。由数值大小和测量单位组成。（二）测量方法：直接、间接、联立（三）误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差二、 随机误差的统计处理在测量中, 当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时, 如果测量数据仍有不稳定的现象, 说明存在随机误差。在等精度测量情况下, 得 n 个测量值 x1,x2,xn, 设只含有随机误差 1, 2，n。这组测量值或随机误差都是随机事件, 可以用概率数理统计的方法来研究。随机误差的处理任务是从随机数据中求出最接近真值的值（或称真值的最佳估计值）, 对数据精密度的高低（或称可信赖的程度）进行评定并给出测量结果。 三、 系统误差的通用处理方法1. 从误差根源上消除系统误差系统误差是在一定的测量条件下, 测量值中含有固定不变或按一定规律变化的误差。系统误差不具有抵偿性, 重复测量也难以发现, 在工程测量中应特别注意该项误差。 由于系统误差的特殊性, 在处理方法上与随机误差完全不同。有效地找出系统误差的根源并减小或消除的关键是如何查找误差根源, 这就需要对测量设备、 测量对象和测量系统作全面分析, 明确其中有无产生明显系统误差的因素 , 并采取相应措施予以修正或消除。由于具体条件不同, 在分析查找误差根源时并无一成不变的方法 , 这与测量者的经验、水平以及测量技术的发展密切相关。但我们可以从以下几个方面进行分析考虑。19 所用传感器、 测量仪表或组成元件是否准确可靠。 比如传感器或仪表灵敏度不足, 仪表刻度不准确, 变换器、放大器等性能不太优良, 由这些引起的误差是常见的误差。 测量方法是否完善。 如用电压表测量电压, 电压表的内阻对测量结果有影响。 传感器或仪表安装、调整或放置是否正确合理。例如: 没有调好仪表水平位置, 安装时仪表指针偏心等都会引起误差。 传感器或仪表工作场所的环境条件是否符合规定条件。例如环境、 温度、 湿度、气压等的变化也会引起误差。 测量者的操作是否正确。 例如读数时的视差、 视力疲劳等都会引起系统误差。 2. 系统误差的发现与判别 发现系统误差一般比较困难, 下面只介绍几种发现系统误差的一般方法。（1） 实验对比法这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进行不同条件的测量, 以发现系统误差。这种方法适用于发现固定的系统误差。例如, 一台测量仪表本身存在固定的系统误差, 即使进行多次测量也不能发现, 只有用精度更高一级的测量仪表测量, 才能发现这台测量仪表的系统误差；（ 2） 残余误差观察法这种方法是根据测量值的残余误差的大小和符号的变化规律, 直接由误差数据或误差曲线图形判断有无变化的系统误差。（3） 准则检查法已有多种准则供人们检验测量数据中是否含有系统误差。不过这些准则都有一定的适用范围。 如马利科夫判据是将残余误差前后各半分两组, 若“vi 前”与“vi 后”之差明显不为零, 则可能含有线性系统误差。 四、 粗大误差如前所述, 在对重复测量所得一组测量值进行数据处理之前, 首先应将具有粗大误差的可疑数据找出来加以剔除。人们绝对不能凭主观意愿对数据任意进行取舍, 而是要有一定的根据。原则就是要看这个可疑值的误差是否仍处于随机误差的范围之内, 是则留, 不是则弃。因此要对测量数据进行必要的检验。下面就常用的几种准则介绍如下: 1. 3 准则前面已讲到, 通常把等于 3 的误差称为极限误差。 3 准则就是如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值|vi|3 时, 则该测量值为可疑值（坏值）, 应剔除。 2. 肖维勒准则肖维勒准则以正态分布为前提, 假设多次重复测量所得 n 个测量值中, 某个测量值的残余误差|vi|Zc,则剔除此数据。 实用中 Zc1.3850。 2铜热电阻 由于铂是贵重金属, 因此, 在一些测量精度要求不高且温度较低的场合, 可采用铜热电阻进行测温, 它的测量范围为-50+150。 铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的, 可近似地表示为: Rt=R0（1+t） （ 11 - 17）式中 为铜热电阻的电阻温度系数, 取 =4.2810-3/。 铜热电组的两种分度号为Cu50(R0=50)和 Cu100（R100=100）。 铜热电阻线性好, 价格便宜, 但它易氧化, 不适宜在腐蚀性介质或高温下工作。 步骤 4：补充性知识扩充（20 分钟）一、集成温度传感器集成温度传感器是利用晶体管 PN 结的电流电压特性与温度的关系, 把感温 PN 结及有关电子线路集成在一个小硅片上, 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点, 由于 PN 结受耐热性能和特性范围的限制, 它只能用来测 150以下的温度35二、AD590 集成温度传感器应用实例AD590 是应用广泛的一种集成温度传感器, 由于它内部有放大电路, 再配上相应外电路,方便地构成各种应用电路。 下面介绍 AD590 几种简单的应用线路。 AD590 温度测量电路 图 11 - 21 是一个简单的测温电路。 AD590 在 25（298.2K）时, 理想输出电流为 298.2A, 但实际上存在一定误差, 可以在外电路中进行修正。将 AD590 串联一个可调电阻, 在已知温度下调整电阻值, 使输出电压 UT 满足 1mV/k 的关系（如 25时, UT应为 298.2mV）。调整好以后, 固定可调电阻, 即可由输出电压 VT 读出 AD590 所处的热力学温度。 步骤 5：课堂练习（5 分钟）1热电阻传感器的工作原理？2热敏电阻温度上下限报警电路如何实现温度检测报警的？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。步骤 6：课堂小结（5 分钟1热电阻传感器工作原理2热敏传感器工作原理步骤 7：布置作业（5 分钟）（1）巩固性作业：1-7、1-8，本周五上交作业步骤 8：板书设计第 2 章 温度检测22 热电阻传感器工作原理一、热电阻传感器（一）概念36（二）分类：热电阻、热敏二、热电阻传感器：（一）工作原理（二）实际应用三、热敏传感器（一）工作原理（二）实际应用37第 8 次课教学整体设计课 题 热电阻传感器（二）授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 样图( ) 模型( ) 实物( ) 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对热电阻传感器知识的学习，使学生掌握热电阻传感器的概念，了解其外形、结构和性能。通过对热电阻传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生掌握热电阻传感器的基本应用。并通过学习热敏温度传感器的学习，掌握其基本工作原理。重点：1.掌握热电阻传感器的基本应用原理；2.掌握热敏传感器的基本应用原理。难点：1. 掌握热电敏传感器的基本应用原理。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备由于本课程是传感器理论课中的较为基础的一个部分，因此需要教师在课堂上对知识的讲授要全面细致，并具有较强的课堂控制能力，能调动起学生的学习兴趣，创造课堂的良好的教学氛围。同时教师要在上课之前对热电阻和热敏传感器的相关知识作系统的整理，对知识进行整合，并制定相配套的教学方案，同时需要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位，使学生在讲授过程中，真正有所得，有所学。（2）课程导入通过上一节课的理论学习，学生们已对测量技术及数据处理方法建立起了初步的概念，同时对于该课程的知识结构和基本理论内容有了一定了解，接下来就进入下一阶段的学习内容，学习最典型的传感器热电阻和热敏传感器。（3）师生活动安排38思考“热电阻和热耦传感器有哪些区别？” ，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考。现在我们就进入该课程的基本知识的学习中，在热电耦传感器讲解的环节中让学生掌握热电阻传感器的原理及应用，同时也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。（4）指导练习区别热电偶、热电阻、热敏传感器在温度测量中的工作原理。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（15） 热电阻传感器的工作原理？（16） 热敏电阻温度上下限报警电路如何实现温度检测报警的？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）巩固性作业：1-7、1-8，周五上交作业教学后记：39教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、学生出勤、复习提问（5 分钟）问题：1温标的表示方法有哪些？2热电耦的基本定律？步骤 2：内容导入（3 分钟）在工业生产过程及工程检测中,为了对各种工业参数（如压力、温度、流量、物位、位移等）进行检测与控制,首先要把这些参数转换成便于传送的信息,这就要用到各种传感器, 把传感器与其它装置组合起来,组成一个检测系统或调节系统,完成对工业参数的检测与控制。而最常见的就是温度传感器的应用，在温度传感器中的热电阻和热敏传感器更是被得到了广泛的应用。下面我们就进入这类传感器的学习。步骤 3：讲授温度测量的基础知识（57 分钟）（二）热电阻的结构工业用热电阻的结构如图 11 - 16 所示。 它由电阻体、 绝缘管、保护套管、引线和接线盒等部分组成。 电阻体由电阻丝和电阻支架组成。 电阻丝采用双线无感绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上, 支架起支撑和绝缘作用, 引出线通常采用直径 1mm 的银丝或镀银铜丝, 它与接线盒柱相接, 以便与外接线路相连而测量显示温度。用热电阻传感器进行测温时, 测量电路经常采用电桥电路。 而热电阻与检测仪表相隔一段距离, 因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。热电阻内部引线方式有两线制、 三线制和四线制三种, 如图 11 - 17 所示。 二线制中引线电阻对测量影响大, 用于测温精度不高场合。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。 四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响, 用于高精度温度检测。步骤 4：补充性知识扩充（20 分钟）40二、AD590 集成温度传感器应用实例AD590 是应用广泛的一种集成温度传感器, 由于它内部有放大电路, 再配上相应外电路,方便地构成各种应用电路。 下面介绍 AD590 几种简单的应用线路。 AD590 温度测量电路 图 11 - 21 是一个简单的测温电路。 AD590 在 25（298.2K）时, 理想输出电流为 298.2A, 但实际上存在一定误差, 可以在外电路中进行修正。将 AD590 串联一个可调电阻, 在已知温度下调整电阻值, 使输出电压 UT 满足 1mV/k 的关系（如 25时, UT应为 298.2mV）。调整好以后, 固定可调电阻, 即可由输出电压 VT 读出 AD590 所处的热力学温度。 步骤 5：课堂练习（5 分钟）1热电阻传感器的工作原理？2热敏电阻温度上下限报警电路如何实现温度检测报警的？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。步骤 6：课堂小结（5 分钟1热电阻传感器工作原理2热敏传感器工作原理步骤 7：布置作业（5 分钟）（1）巩固性作业：1-7、1-8，本周五上交作业步骤 8：板书设计第 2 章 温度检测22 热电阻传感器工作原理一、热电阻传感器二、热电阻传感器：41（一）工作原理（二）实际应用三、热敏传感器（一）工作原理（二）实际应用42第 9 次课教学整体设计课 题 压力检测（一）授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学资源 挂图( ) 模型( ) 实物( ) 多媒体( ) 音像( ) 报纸( ) 其它：教学方法 讲授法() 讨论法( ) 启发式() 案例教学法( ) 现场教学法( )角色扮演法( ) 项目教学法( ) 情境教学法( ) 其它：教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）通过对力敏传感器知识的学习，使学生掌握力敏传感器的概念，了解其外形、结构和性能。通过对力敏传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生掌握电阻应变式和压阻式传感器的基本应用。通过对弹性敏感元件的学习，使学生对于力检测的指示建立起较为清晰的概念。重点：1.掌握力敏传感器的基本应用原理；2.掌握电阻应变与压阻传感器的基本应用原理。难点：1. 掌握电阻应变与压阻传感器的基本应用原理。教学设计：授课思路简述：（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。 ）（1）课前准备由于本课程是传感器理论课中的有一个重要的组成部分，因此需要教师在课堂上对知识的讲授要全面细致，并具有较强的课堂控制能力，能调动起学生的学习兴趣，创造课堂的良好的教学氛围。同时教师要在上课之前对应变式传感器的相关知识作系统的整理，对知识进行整合，并制定相配套的教学方案，同时需要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位，使学生在讲授过程中，真正有所得，有所学。（2）课程导入电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。 当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 43（3）师生活动安排思考“如何实现压阻式传感器的应用的？” ，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考。现在我们就进入该课程的基本知识的学习中，在热电耦传感器讲解的环节中让学生掌握热电阻传感器的原理及应用，同时也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。（4）指导练习区别电阻应变式传感器与压阻式传感器在压力测量中的工作原理。（5）课堂总结总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。课堂训练内容安排： 在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：（17） 力敏传感器的工作原理？（18） 电桥在测力传感器中的应用实例有哪些？鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。课后作业与思考题：（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）（1）巩固作业：2-2、2-3，周五全体上交。教学后记：44教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）步骤 1：师生问好、学生出勤、复习提问（4 分钟）问题：1热电阻传感器的工作原理？2热电阻与热敏传感器的区别有哪些？步骤 2：内容导入（1 分钟）电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。 当被测物理量作用在弹性元件上时, 弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化, 通过转换电路将其转变成电量输出, 电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 在测力传感器中的电阻应变式和压阻式传感器更是被得到了广泛的应用。下面我们就进入这类传感器的学习。步骤 3：讲授压力测量的基础知识（60 分钟）一、应变片式传感器工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为“应变效应” 。 一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为 当电阻丝受到拉力 F 作用时， 将伸长 l，横截面积相应减小 A，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了 d，从而引起电阻值相对变化量为 dA/A圆形电阻丝的截面积相对变化量，设 r 为电阻丝的半径，微分后可得 dA=2r dr，则 步骤 4：课堂练习（15 分钟）练习电阻应变效应公式推导。AlRdAlRdrdA2l)1(ER45步骤 5：课堂小结（5 分钟）1应变片式传感器工作原理2应变片的种类、材料及粘贴步骤 6：布置作业（5 分钟）（1）巩固性作业：1-7、1-8，本周五上交作业步骤 7：板书设计第 3 章 压力检测31 压力传感器工作原理一、测力传感器 三、压阻式传感器 （一）概念 （一）工作原理（二）分类：热电阻、热敏 （二）实际应用二、应变片式传感器（一）工作原理(二)应变效应46第 10 次课教学整体设计课 题 压力检测（二）授课时间 第 周 星期 （ 月 日） 第 节 课时 2h授课类型 理论课() 实验课( ) 实训课( ) 习题课( ) 讨论课( ) 现场教学( ) 其它：教学