《传感器原理及应用》教案

1、传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间测量方法的分类专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解测量方法的分类教学目标二.掌握不同测量对象采取相应的方法过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力理解四种测量方法的技巧重点掌握测量的方法难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容1.测量方法的分类（1）按测量手续分类直接测量直接测量就是用预先标定好的测量仪表直接读取被设计意图教学方法时间测量的测量结果。例如用万用表测量电压、电流、电阻等。这种测量方法的优点是简单而迅速，缺点是精度一般不高。但这种测量

2、方多媒体讲解法在工程上广泛采用。间接测量间接测量就是利用被测量与某中间量的函数关系，先测出中间量，然后通过相应的函数关系计算出被测量的数值。在这种测量过程中，手续较多，花费时间较长，有时可以得到较高的测最精值。间接测量多用于科学实验中的实验室测量。联立测量联立测量又叫组合测量。如果被测量有多个，而且被测量又与某些可以通过直接或间接测量得到结果的其他量存在一定的函数关系，则可先测量这几个量，再求解函数关系组成的联立方程组，从而得到多个被测量的数值。显然，它是一种兼用直接测量和间接测量的方式(2)按测量时是否与被测对象接触分类接触式测量传感器直接与被测对象接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而

3、获得信号，并测量其信号大小的方法，称为接触测量法。例如用体温计测体温等。非接触式测量传感器不与被测对象直接接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小110分钟的方法，称为非接触测量法。例如用辐射式温度计测量温度，用光电转速表测量转速等。非接触测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。(3)按被测信号的变化情况分类静态测量静态测量是测量那些不随时间变化或变化很缓慢的物理量。如超市中物品的称重属于静态测量，温度计测气温也属于图解分析静态测量。动态测量动态测量是测量那些随时间而变

4、化的物理量。如地震仪测量振动波形则属于动态测量。(4)按输出信号的性质分类模拟式测量模拟式测量是指测量结果可根据仪表指针在标尺上的定位进行连续读取的方法，如模拟式电压表测电压。数字式测量数字式测量是指以数字的形式直接给出测量结果的方法，如光电脉冲编码器的测量。2.测量误差的分类系统误差在相同测量条件下多次测量同一物理量，其误差大小和符号保持恒定或按某一确定规律变化，此类误差称为系统误差。系统误差表征测量的准确度。随机误差在相同测量条件下多次测量同一物理量，其误差没有固定的大小和符号，呈无规律的随机性，此类误差称为随机误差。通常用精密度表征随机误差的大小。准确度和精密度的综合称为精确度，简称精度

5、。粗大误差明显偏离约定真值的误差称为粗大误差。它主要是由于测量人员的失误所致，如测错、读错或记错等。含有粗大误差的数值称为坏值，应予以剔除。在测量中，若误差大于极限误差C，即为粗大误差。如压力传感器的准确度等级分别为0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0等；我国电工仪表的准确度等级分别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。70分钟10分钟教学反思2传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间传感器的组成和特性专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解传感器的组成教学目标二.掌握传感器的组成和特性过程与方法：一体化教学情感态

6、度价值观：培养学生严密的抽象思维能力传感器的组成重点掌握传感器的特性难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集三大内容。通过传感器对自然界的各种物质信息进行采集。如图所示,人们把传感器比作人的五种感觉器官，但在诸如高温、高湿、深井、高空等环境及高精度、高可靠性、远距离、超细微等方面是人的感官所不能代替的。设计意图教学方法视频播放时间10分钟图解分析传感器的应用领域如图1-2所示,传感

7、器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。如今，传感器的应用领域已涉及到科研、各类制造业、农业、汽车、智能建筑、家用电器、安全防范、机器人、人体医学、环境保护、航空航天、遥感技术、军事等各个方面，人们已经离不开各种各样的传感器了。3传感器的分类1）按输入量(被测对象)分类输入量即被测对象，按此方法分类，传感器可分为物理量传感70分钟器、化学量传感器和生物量传感器三大类。例如，物理量传感器又可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器等等。这种分类方法给使用者提供了方便。2）.按转换原理分类从传感器的转换原理来说，通常分为结构型、物性型和复合型三大类。结构型传感器是利用机械构件(如金属膜片等)在动力场

8、或电磁场的作用下产生变形或位移，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量，它是利用物理学运动定律或电磁定律实现转换的。PPT讲述物性型传感器是利用材料的固态物理特性及其各种物理、化学效应（即物质定律，如虎克定律、欧姆定律等）实现非电量的转换。它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。例如：电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热敏、气敏、湿敏、磁敏等等。复合型传感器是由结构型传感器和物性型传感器组合而成动画放影并的，兼有两者的特征。讲述这种分类方法清楚地指明了传感器的原理，便于学习和研究。3）.按输出信号的形式分类按输出信号的形式，传感器可分为开关式、模拟式和数字式。4

9、）.按输入和输出的特性分类按输入和输出特性，传感器可分为线性和非线性两类。5）.按能量转换的方式分类按转换元件的能量转换方式，传感器可分为有源型和无源型两类。有源型也称能量转换型或发电型，它把非电量直接变成电压量、电流量、电荷量等，如磁电式、压电式、光电池、热电偶等。无源型也称能量控制型或参数型，它把非电量变成电阻、电容、电感等量。教学反思10分钟4传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间传感器中的弹性敏感元件专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解弹性敏感元件的特性教学目标二.掌握应变力的计算过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解

10、弹性敏感元件的特性重点掌握应变力的计算难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容1.应力设计意图教学方法时间2.应变多媒体教学10分钟3.胡克定律与弹性模量=E=G式中，E为弹性模量或称杨氏模量，单位为Nm2；5G为剪切模量或称刚性模量；为切应力。1.弹性敏感元件的特性说明弹性元件受力(或力矩、压力)与其相应的位移(线位移，角位移)之间的关系图解分析70分II.弹性敏感元件的材料钟III.弹性敏感元件的类型1.变换力的弹性敏感元件10分钟2.变换压力的弹性元件教学反思6传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间传感器的应用专业课授课人范围及

11、性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解传感器应用的范围教学目标二.掌握如何选择相应的传感器过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解传感器应用的范围重点掌握掌握如何选择相应的传感器难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容设计意图教学方法时间传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，多媒体教学传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法，反映了在不同的技术领域中，只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。现如今应用最为广泛。在工业生产中的

12、应用越来越重要。在军工设备仪器中占据的位置越来越重。在医疗设备中有广泛的应用。在日常生活中，检测设备也非常重要的应用。动画演示10分钟航空航天宇宙飞船7飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测，其中：温度传感器559个压力传感器140个信号传感器501个遥控传感器142个师生共同讨论70分钟10分钟教学反思8传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间传感器的发展趋势专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解传感器的发展趋势教学目标二.掌握传感器应用的环境过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的

13、抽象思维能力了解传感器的发展趋势重点掌握传感器应用的环境难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容一、开发新型传感器传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们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，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化设计意图教学方法时间传感器的重要途径。结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点，加之过去发展也不够。世界各国都在物性型传感器方面投入大量人力、物力加强研究，讲授法从而使它成

14、为一个值得注意的发展动向。（1）采用新原理（2）填充传感器空白（3）仿生传感器二、开发新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们在制造时，可任意控制它们的成分，从而设计制造出用于各种传感器的功能材料。用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。多媒体教学10分钟三、新工艺的采用9在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。新工艺

15、的采用例如利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。四、集成化、多功能化集成化:为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。多功能化:同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD

16、图像传感器。多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。五、智能化对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。讨论法70分钟10分钟教学反思10传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间教学目标重点难点温度传感器基础知识专业课知识与技能：一.了解温度的基础知识二.掌握温度的相关概念过程与方法：一体化教学了解温度的基础知识掌握温度的相关概念授课人范围及性质课时上课地点学校2课时学情分析学生基础

17、差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容1.1温度定义温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。两个不同温度相接触的物体将会产生热交换在国际单位制中，以热力学温标为基本温标，它定义的温度为热力学温度T，单位为开尔文，符号为K。热力学温度单位开尔文（k）是国际单位制基本单位之一。其它的基本单位还有米、千克、秒、安培、摩尔和坎德拉等，用符号K表示。1.2温标分类温标定义：用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温标分类：目前国际上用得较多的温标有：华氏温标(F)摄氏温标（

18、C）热力学温标(K)国际实用温标1.3温标特点（1）摄氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为零度（C），把水的沸点定为10011设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟度，两个温度点间划分100份，每份为1摄氏度。符号为t，单位为C。（2）华氏温标把在标准大气压下冰的熔点定为32F，水的沸点定为212F，两温度点划分180份，每份为1华氏度。符号为。它与华氏度的关系为/F1.8t/C32（3）热力学温标热力学温标以水的三相点平衡共存时的温度为基本定点，并规定其温度为273.15K。三相点是指在热力学里，可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。开氏温度计上的一度等于摄氏温度计上

19、的一度，水的冰点摄氏温度计为0C，开氏温度计为273.15K。（4）国际实用温标，为解决国际上温度标准的统一及实用问题，国际上协商决定，建立一种既能体现热力学温度（即能保证一定的准确度）又使用方便、容易实现的温标，即国际实用温标，又称国际温标。1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用t表示，其单位是开尔文，符号为K。1K定义为水三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点温度为273.16K，这是建立温标的唯一基准点。70分钟10分钟教学反思12传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间温度传感器分类与特点专业课

20、授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解温度传感器分类教学目标二.掌握温度传感器的特点过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解温度传感器分类掌握温度传感器的特点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容1.1温度传感器定义温度传感器是一种将温度变化转换为电量变化的传感器，它利用感温元件的电参量随温度变化的特性，通过测量电路电信号变化来检测温度。具体来说，就是将温度变化转化为电路变化并输出的装置。例如，设计意图教学方法时间将温度变化转化为电阻、电势、磁导等变化，再通过适当的测量电路就可以将这些点参数

21、的变化来表达所测温度的变化。1.2温度传感器要求作为温度传感器应满足的条件如下：特性与温度之间的关系要适中，并容易检测和处理，且随温度呈线性变化；除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低；特性随时间变化要小；重复性好，没有滞后和老化；灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的影响要小；机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好；能大批量生产，价格便宜；无危险性，无公害等。1.3温度传感器分类温度传感器种类繁多，分类方法各异，通常情况下：13多媒体教学图片展示10分钟从接触式温度传感器特点：传感器直接与被测物体接触，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测量精度较

22、低。例如：热电阻、热敏电阻、热电偶等。非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场；例如：辐射高温计、辐射高温计等。1.3温度传感器分类70分钟1.4温度传感器特性10分钟教学反思14传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间热敏电阻专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电阻式温度传感器的概念教学目标二.掌握主要参数过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电阻式温度传感器的概念掌握主要参数教学方法时

23、间学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容设计意图1.1电阻式温度传感器定义：利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质而工作的。仪表测量出热电阻的阻值变化，经过查表换算即可得到与电阻值对应的温度值。多媒体教学分类：10分钟1.2热敏电阻定义与分类定义：热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的,属于半导体测温元件。分类：热敏电阻的种类很多，按阻值与温度关系特性可分为：15图解分析1.4热敏电阻主要参数热敏电阻主要参数包括：(1)标称电阻R25（冷阻）标称电阻值是热敏电阻在250.2时的阻值。(2)电阻温度系数（%/）热敏电

24、阻的温度变化1时电阻值的变化率。(3)最高工作温度Tmax热敏电阻器在规定技术条件下长期连续工作所允许最高温度：T0环境温度；PE环境温度为T0时的额定功率；H耗散系数(4)转变点温度Tc热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正电讨论法阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻。(5)额定功率PE热敏电阻器在规定的条件下，长期连续负荷工作所允许的消耗功率。在此功率下,它自身温度不应超过Tmax。(6)测量功率P0热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而引起的电阻值变化不超过0.1时所消耗的功率(7)工作点电阻RG在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后使电阻器自热而达到某一

25、给定的电阻值。70分钟10分钟教学反思16传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间电阻应变片传感器专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电阻应变片传感器原理结构教学目标二.掌握工作原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电阻应变片传感器原理结构掌握工作原理教学方法时间学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容设计意图电阻式传感器电阻式传感器是一种能把非电量（如力、压力、位移、湿度等）转换成与之有对应关系的电阻值，再经过测量电桥把电阻值转换图解分析成便于传送和记录的电压（电流）信

26、号的装置。电阻式传感器的种类很多，主要有电阻应变式、电位器式、热电阻式、气敏、湿敏等类型。导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。10分钟17多媒体教学70分钟金属丝式与箔式应变片的区别金属丝式应变片蠕变（固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象）较大，金属丝易脱胶，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片价格便宜，多用于大批量、一次性试验。箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔式应变片与片基的接触面积大得多，散热条件较好，在长时间测量时的蠕变较小，一致性较好，目前广泛用于电子秤等各种应变式传感器中。半导体

27、应变片以半导体材料（N型和P型硅）为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺制成的。主要优点是灵敏度比金属应变片高很多。缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补偿措施。教学反思讨论10分钟18传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间应变片的粘贴方法专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解应变片的粘贴的原理教学目标二.掌握应变片的粘贴方法过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解应变片的粘贴的原理重点掌握应变片的粘贴方法难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例

28、、多媒体教学过程与内容1）检查阻值设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟2）在选定贴应变片的位置划出十字线3）再用细砂纸精磨（45度交叉纹）194）用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面，擦几遍后，不可再用手接触表面。70分钟图解分析5）用透明胶带将应变片与构件在引脚处临时固定，移动胶带位置使应变片达到正确定位。10分钟6）在应变片的反面涂上一滴快干胶水，视应变片面积而定，胶水量不宜过多。7）将塑料薄膜盖在应变片上，用大拇指按压挤出多余胶水,按压时间一般1分钟，室温低时适当延长。208）为了使胶水可靠固化，可用电吹风微加热处理（注意距离和均匀），用万用表测量应变片绝缘电阻值，应大于20M。9）将应

29、变片引线焊接在接线片上，焊点要光滑牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线片相连。10）将连接应变仪的导线焊接在接线片上（焊接时间尽量短）,把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量。11）在应变片周围涂上软硅胶(防潮、防损伤）。12）硅胶固化后,应变片粘贴工作完毕。但要再次检查应变片的阻值和绝缘情况。2113）固定粘贴、焊接后，用胶布将引线和被测对象固定在一起，防止拉动引线和应变片。教学反思22课题传感器技术及应用课程教案电阻应变片传感器电路原理授课人课程类型班级上课时间专业课范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电阻应变片传感器电路原理教学目标二.掌握电阻应变片传感器电路

30、的参数运算过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电阻应变片传感器电路原理掌握掌握电阻应变片传感器电路的参数运算学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容非平衡电桥的结构非平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”。有4个结点a、b、c、d。在a、c结点之间接入电源Ui，而另一对结点（b、d）之间的电压差作为输出电压Uo端。b、d点对负极（a点）的电压相等时称作“电桥平衡”；反之，b、d两点电位差不为零时称作“电桥不平衡”。非平衡电桥的输出电压设计意图教学方法时间10分钟

31、2370分钟10分钟教学反思24传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间电阻应变片的应用专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电阻应变片的原理教学目标二.掌握电阻应变片的应用过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解电阻应变片的原理重点掌握电阻应变片的应用难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电子秤人体秤电子人体秤中，四个角都装了电阻应变片，四角接成全桥，由单片机测量桥路电压，并换算出被称量的体重。设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟25案秤的原理框图70分钟原理分析图解分析10分

32、钟应变式加速度传感器在加速度变化时，质量块受力F=ma。梁产生变形，质量一定，梁的变形（基应变片变形）正比于加速度。从而通过应变测得加速度。教学反思26传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间电位器式传感器专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电位器式传感器的概念教学目标二.掌握电位器式传感器的工作原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电位器式传感器的概念掌握电位器式传感器的工作原理学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电位器式传感器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换

33、为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。设计意图教学方法时间10多媒体教学分钟电位器式传感器分类薄膜电位器薄膜电位器通常有两种：一种是碳膜电位器，另一种是金属膜电位27器。碳膜电位器是在绝缘骨架表面喷涂一层均匀的电阻液，经烘干聚合制成电阻。电阻液由石墨、碳膜、树脂材料配合而成。金属膜电位器是在绝缘基体上用高温蒸镀或电镀方法，涂上一层金属膜而制成。金属膜为合金锗铑、铂铜、铂铑锰等。导电塑料电位器导电塑料电位器由塑料粉和导电材料（合金、石墨、碳黑等）压制而成，它又称为实心电位器。该电位器耐磨性较好、寿命长、电刷容许的接触压力较大，适用于振动、冲击等恶劣工作环境，能承受较大功率。但温度影响较

34、大，接触电阻大，精度不高。光电电位器主要由电阻体、光电导层和导电电极等组成。是一种非接触式电位器，用光束代替电刷。具有耐磨性好，精度、分辨率高，寿命长（可达亿万次循环）、可靠性好等优点。图解分析70分钟光电电位器的制作过程是：先在基体上沉积一层硫化镉或硒化镉的光导电层，然后在光导电层上再沉积一条电阻体和一条导电电极。在电阻体和导电电极之间留有一个狭窄的间隙。平时无光照时，电阻体和导电电极之间由于光电导层阻值很大而10分钟呈绝缘状态。当光束照射部位和导电电极导通，于是光电电位器的输出端便有电压输出，输出电压的大小与光束位移照射到的位置有关，从而实现了将光束位移换为电压输出，输出电压的大小与光束位

35、移照射到的位置有关，即实现了将光束位移换为电压信号输出。共同讨论教学反思28传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间2.3热电阻式传感器1专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解温度测量的基本概念教学目标二.掌握温度传感器的种类及特点过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解温度测量的基本概念重点掌握温度传感器的种类及特点难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容温度测量的基本概念温度标志着物质内部大量分子（或原子）无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子（或原子）的热运动越剧烈。

36、测温传感器分类按测量方法可分为接触式和非接触式；按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等。温度传感器的种类及特点接触式温度传感器非接触式温度传感器接触式温度传感器：传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测物体温度，因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大。非接触式温度传感器：主要是利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成本较高，测量准确度较低。优点：不从被测物体上吸收热量；不会干扰被测对象的温度场。温度传感器的种类及特点设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟29图解分析70分钟10分

37、钟共同讨论温度的数值表示方法称为温标温标规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。教学反思30传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间2.3热电阻式传感器2专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解热力学温标（K）教学目标二.掌握各种传热感器的原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解热力学温标（K）重点掌握各种传热感器的原理难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容设计意图教学方法时间热力学温标（

38、K）热力学温标是建立在热力学第二定律(不可能把热量从低温物体传)向高温物体而不引起其它变化基础上的最科学的温标，是由开尔多媒体教学文（Kelvin）根据热力学定律提来的，因此又称开氏温标。它的符号是T，单位是开尔文（K）。认识铂热电阻金属热电阻的正温度系数温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。金属丝电阻随温度增高而变大的演示取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。请说明钨丝的温度系

39、数的正负。铂热电阻的结构图电阻丝在支架上绕制，由玻璃或陶瓷作外保护层，防止有害气体腐蚀和氧化。绕制中采用中间对折双绕方式，避免感应电动势。3110分钟薄膜式铂热电阻在真空清洁室中，将铂金属喷射在陶瓷体上，然后用激光进行光刻图解分析和阻值的微调,再焊接两根引线。在铂金上涂上一层特殊的绝缘玻璃层。薄膜热电阻的响应时间只需几秒。PTC热敏电阻在钛酸钡里掺杂其它的多晶陶瓷材料,压制成圆片等形状,烧结而成PTC热敏电阻，属于临界温度型(CTR)。当温度上升到某临界点时,其电阻值突然上升,可用于电路的限流、过载保护。大功率PTC还可用作暖风机中的加热元件。NTC热敏电阻用于温度补偿动圈式表头中的动圈由铜线

40、绕制而成。当环境温度升高时，动圈的电阻增大，引起表头的指针偏转角减小。可以在动圈回路中串入由负温度系数NTC热敏电阻组成的电阻网络，从而抵消由于温度变化所产生的误差。70分钟PTC可恢复熔断器(过热保护)可恢复熔丝（也称可恢保险丝）本体中，聚合树脂均匀分布在导电氧化物周围。在正常电流下，PTC热敏电阻内部的导电粒子构成链状导电通路，呈现低阻状态。当电路发生短路或过载时，PTC热敏电阻产生较大的热量，使聚合树脂熔化，体积迅速增大，切断共同讨论导电粒子构成的链状导电通路，使PTC热敏电阻呈现高阻状态，从而使流过PTC热敏电阻的电流迅速减小，起短路保护作用。PTC热敏电阻用于继电器控制在电动机的定子

41、绕组中嵌入正温度突变型热敏电阻，并与继电器串联。当电动机过载时定子电流增大，引起发热。当温度大于突变点时，电路中的电流可以由几十毫安突变为十分之几毫安，因此继电器复位，触发电动机保护电路，从而实现过热保护。10分钟由以上分析可知，必须使用正温度系数的突变型热敏电阻与继电器串联。温度突变点应略高于电动机最高工作壳温。KA为续流二极管。教学反思32课题传感器技术及应用课程教案3.1电容式传感器的工作原理及结构形式1授课人课程类型班级上课时间专业课范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电容传感器的基本概念教学目标二.掌握电容传感器的特点过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密

42、的抽象思维能力了解电容传感器的基本概念重点掌握掌握电容传感器的特点难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电容传感器以各种类型的电容器作为传感器元件，将被测物理量（如尺寸、压力）等转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率信号电容器在收音机中的应用并联在收音机LC谐振电路的电感两端的电容量越大，所接收到的电台的频率就越低。电容器在收音机中，用于改变谐振频率，从而调整所要接收的电台。电容式指纹识别传感器指纹识别目前最常用的是电容式传感器。指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面。当用户的手指

43、放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化优点：体积小、成本低、成像精度高、耗电量很小，因此非常适合在消费类电子产品中使用电容屏和电阻屏的简单比较设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟33图解分析70分钟电容传感器的优点（1）结构简单、分辨率高、工作可靠。（2）能在恶劣的环境条件下工作。（3）易于获得被测量与电容量变化的线性关系。（4）所需的激励源功率小，本身发热问题可不予考虑。共同讨论10分钟教学反思34课题传感器技术及应用课程教案3.1电容式传感器的工作原理及结构形式2授课人课程类型班级上课时间专业

44、课范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电容器的边缘效应教学目标二.掌握电容器的特性过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解电容器的边缘效应重点掌握电容器的特性难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电容器的边缘效应理想电容器的电场线是直线,而实际电容器只有中间区域是直线,越往外电场线弯曲的越厉害。到电容边缘时电场线弯曲最厉害，这种电场线弯曲现象就是边缘效应。在基板面积较小时，将引起测量误差。根据其改变参数不同，可将电容式传感器分为下三种：改变极板间距离（d）的变间隙式传感器改变极板遮盖面积（A）的变面

45、积式传感器改变介质介电常数（）的变介电常数式传感器变间隙式电容传感器当传感器的和A为常数,初始极距为d时,可知其初始电容量C0为设计意图教学方法多媒体教学时间10分钟35图解分析70分钟另外,由式（2）可以看出,在d较小时,对于同样的d变化所引起的C,增大C0/d的倍数,从而使传感器灵敏度提高。但d过小,容易引起电容器击穿或短路。共同讨论为此,极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质。变面积式电容式传感器改变极板间覆盖面积(A)的电容式传感器常用的有角位移型和线位移型两种。下图为典型的角位移型电容式传感器当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积就发生变化，因而导致电容量变10分钟

46、教学反思36传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间4.1自感式传感器专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电感式传感器的基本特性教学目标二.掌握电感式传感器的工作原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电感式传感器的基本特性掌握电感式传感器的工作原理学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电感式传感器的基本特性电感式传感器的工作基础：电磁感应即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量分为变磁阻式（自感式）、变压器式、涡流式等特点：工作可靠、寿命长设计意图教学方法时间10分钟

47、灵敏度高，分辨力高多媒体教学精度高、线性好性能稳定、重复性好电感传感器可分为自感式和互感式两大类。电感式传感器通常是指自感传感器。自感系数常用L来表示，简称自感或电感。线圈的自感与线圈的直径、长短、匝数等因素有关。线圈面积越大、线圈越长、单位长度匝数越密，它的自感就越大。有铁芯的线圈的自感比没有铁芯时大很多。自感的单位是亨利,简称亨,符号是H。37常用的较小的单位有毫亨(mH)和微亨(H)。自感传感器的数值多为mH数量级。基本变间隙自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁组成，结构如下图所示。工作原理：在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度l0发生改变，引起磁路中磁阻

48、变化，从而导致电感线圈的电感值L变化。因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。螺线管式电感传感器螺线管是具有多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空心的，或者有一个磁芯。当有电流通过导线时，螺线管中间部位会产生比较均匀的磁场。作为传感器，螺线管电感传感器的主要元器件是一只螺线管和一根可移动的圆柱形衔铁。衔铁插入绕组后，将引起螺线管内部的磁阻的减小，电感随插入的深度而增大。对于长螺线管（lr），当衔铁工作在螺线管接近中部位置时，可以认为绕组内磁场强度是均匀的，此时绕组的电感量L与衔铁插入深度成正比。螺线管越长，线性区就越大。螺线管式电感传感器的线性区约为螺线管长度的1/10。测杆

49、应选用非导磁材料，电导率也应尽量小，以免增加铁磁损耗和电涡流损耗。差动电感传感器为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器。图解分析共同讨论70分钟10分钟教学反思38传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间4.3电涡流式传感器专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电涡流式传感器的概念教学目标二.掌握电涡流式传感器的原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电涡流式传感器的概念掌握电涡流式传感器的原理教学方法时间学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容设计意图电

50、涡流式传感器原理：电涡流效应根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。高频反射式电涡流传感器传感线圈由高频电流I1激磁，产生高频交变磁场H1，当被测金属置于该磁场范围内，金属导体内便产生涡流I2，I2将产生一个新磁场H2，H2和H1方向相反，因而抵消部分原磁场H1，从而导致10分钟线圈的电感量、阻抗发生变化。电涡流传感器工作原理当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大，流过电涡流线圈的电流i1增大。测量对象：可以实现振动、位移、尺寸、转速、温度、硬

51、度等参数的非接触测量，并且还可以进行无损探伤。优点：电涡流式传感器是一种建立在电涡流效应原理上的传感器，39多媒体教学它具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强以及体积较小等一系列优点。涡流的大小与金属的电阻率、磁导率、几何尺寸、产生磁场的线圈与金属的距离x，线圈的激磁电流及其频率等参数有关。若固定其中的若干参数，就能按涡流的大小测量出另外某一参数。图解分析70分钟磁滞损耗是铁磁体等在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。涡流损耗和磁滞损耗都属于铁损。涡流损耗和磁滞损耗都只有在交变磁场中发生。涡流损耗体现为：磁场在导体中产生涡流，电流（涡流）通过有电阻的导体产生热能。磁

52、滞损耗体现为：铁芯内部磁畴高速旋转过程中产生摩擦所致，最终也体现为热能。10分共同讨论钟教学反思40传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间4.3电涡流的应用专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解电涡流的应用教学目标二.掌握电涡流的工作原理过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解电涡流的应用掌握电涡流的工作原理学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容电涡流在工业中的应用中频炉将工频50HZ交流电转变为直流电，再逆变为中频（300HZ以上至1000HZ）电压，接到中频炉的中频绕组两

53、端，在绕组中产生高密度的交变磁力线，耐高温容器里盛放的金属原料内部产生很大的电涡流，使金属的温度升高，甚至融化。中频炉广泛用于有色金属的熔炼、淬火或锻压。设计意图教学方法时间10分钟多媒体教学电涡流线圈的直径越大，探测范围就越大电涡流探雷器测量电路：调幅（AM）式电路41石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压（100kHz2MHz）用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引起电图解分析涡流线圈两端电压的衰减，输出电压Uo反映了金属体与电涡流线圈的间距。电涡流位移传感器的应用当金属物体接近探头的感应面时，金属表面吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度衰减或频率变化，单片机根

54、据Uo或f，可以计算出与被检测物体的距离、振动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触测量器件，工作时不受灰尘、油污等因素的影响。电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面因素、距离等，因此电涡流传感器的应用领域十分广泛，但也同时带来许多不确定因素，一个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以电涡流传感器多用于定性测量。位移测量仪位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、70分钟10偏心率、冲程、宽度等。共同讨论分钟教学反思42传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间5.1热电偶专业课授课人范围及性质课时上课地点

55、学校2课时知识与技能：一.了解热电偶的基础知识教学目标二.掌握电偶相关参数过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力了解热电偶的基础知识重点掌握电偶相关参数难点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析教学准备案例、多媒体教学过程与内容热电偶在城市轨道交通车辆的空调系统中，常采用传感器与电子温控器相配合进行温度控制。温控器多使用电子调节器，传感器用作温度检测，一般采用热电偶或热敏电阻作传感器。热电偶测温的主要优点1.属于自发电型传感器：测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表。设计意图教学方法时间10分钟2.测温范围广：下限可达-270，上限可达1800以上

56、。3.各温区中的各种热电偶的热电动势均符合国际计量委员会的标准。4.已形成系列化、标准化的一种测温传感器，可以选用标准的显示仪表和记录仪表（二次仪表）来进行显示和记录，由二次仪表中多媒体教学的微处理器判断被测温度的上下限，从而控制交流接触器的通断。热电效应热电偶：两种不同材料的导体（或半导体）A和B组成闭合回路。A、B是热偶丝，也叫热电极。热电势：热电偶放在被测对象中，两端温度不同时，会产生的电43动势。热电流：回路中通过的电流。热端（工作端）、冷端（自由端）：感受温度变化的那端称为热端，另一端称为冷端。热电势由温差电势和接触电势组成。若将导体A或B的两端分别置于不同的温度场t、t0中（tt0

57、），在导体两端便产生了电位差，将该电位差称为温差电势。eA(t，t0)=UA(t)-UA(t0)eB(t，t0)=UB(t)-UB(t0)温差电势的大小与导体的电子密度及两端温度有关。热电偶的三条基本定律均匀导体定律、中间导体定律、中间温度定律1.均匀导体定律1）定律内容：由一种均匀导体（或半导体）组成的闭合回路，不论温度如何分布，都不能产生电动势。2）定律推论（1)热电偶必须由两种不同材料组成（2)由一种材料组成的闭合回路存在温差时，如回路有热电势，则材料不均匀。2.中间导体定律1）定律内容：不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。2）定律推论推论

58、：在热电偶回路接入第三种导体，若第三种导体的两接点温度相同，对回路中总热电势无影响。3.中间温度定律定律内容：热电偶在两接点温度t1、t3时的热电动势等于接点温度分别为t1、t2和t2、t3的两支同性质热电偶的热电动势的代数和。图解分析共同讨论70分钟10分钟教学反思44传感器技术及应用课程教案课题课程类型班级上课时间5.2热电偶专业课授课人范围及性质课时上课地点学校2课时知识与技能：一.了解热电偶的分度表教学目标二.掌握铠装热电偶特点过程与方法：一体化教学情感态度价值观：培养学生严密的抽象思维能力重点难点了解热电偶的分度表掌握铠装热电偶特点学情分析学生基础差，以实例为主教学方法讲授、视频分析

59、教学准备案例、多媒体教学过程与内容热电偶的分度表热电偶的线性较差，多数情况下采用查表法我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”(简称ITS-90)的新标准。按此标准,制定了相应的分度表,并且有相应的线性化集成电路与之对应，并由计算机查表。直接从热电偶的分度表查温度与热电动势的关系时的约束条件是：自由端（冷端）温度必须为0。设计意图教学方法时间10分钟多媒体教学铠装式热电偶铠装热电偶的制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护管中、运用同比例压缩延伸工艺、将这三者合为一体，制成45各种直径、规格的铠装偶体，再截取适当长度、将工作端焊接密封、配置接线盒即成为柔软、

60、细长的铠装热电偶。铠装热电偶特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高温氧化、抗低温水蒸气冷凝、抗机械外力冲击的特性。铠装热电偶可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的测温问题，且具有抗震、可弯曲、超长等优点。70图解分析分钟隔爆式热电偶结构特点：隔爆热电偶的接线盒在设计时采用防爆的特殊结构，它的接线盒是经过压铸而成的，有一定的厚度、隔爆空间，机构强度较高；采用螺纹隔爆接合面，并采用密封圈进行密封，因此，当接线盒内一旦放弧时，不会与外界环境的危险气体传爆，能达到预期的防爆、隔爆效果。使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化