传感器及检测技术教案

传感器及检测技术教学设计传感器及检测技术教学设计36/36传感器及检测技术教学设计...传感器及检测技术z...工程一传感器偏差与特征剖析任务1检测结果的数据整理丈量与丈量法1.检测2.丈量法电测法和非电测法直接丈量和间接丈量静态丈量和动向丈量接触性丈量和非接触性丈量模拟式丈量和数字式丈量丈量偏差及其表示法丈量偏差：丈量值与其真值之间的差值绝对偏差实质相对偏差相对偏差示值〔标称〕相对偏差x引用偏差z...例：某温度计的量程围为0-500oC，校验时该表的最大绝对偏差为6oC，试确立其精度等级？xm100%6mAm100%1.2%500查表1.1，精度等级应定为1.5级任务1：现有0.5级的0~300oC和级0~100oC的两个温度计，欲丈量80oC的温度，试问选用哪一个温度计好？为何？在采纳仪器时应试虑哪些面？实行：0.5级的0~300oC的温度计丈量时可能出现的最大绝对偏差为：xm1m1Am10.5%用其丈量80oC可能出现的最大示值相对偏差为：1.0级的0~100oC的温度计丈量时可能出现的最大绝对偏差为：xm2m2Am21.0%(1000)1用其丈量80oC可能出现的最大示值相对偏差为：xm2100%1x2100%1.25%x80z...结论：采纳1.0级的0~100oC的温度计较好。采纳仪器时，不可以纯真追求精度，而是要兼顾精度和量程丈量偏差的分类及根源1.系统偏差2.随机偏差3.粗大偏差〔大意偏差、过错偏差)4.缓变偏差任务2传感器特征剖析与传感器采纳传感器的构成及其分类传感器的静态特征与指标静态特征动向特征传感器的静态特征指标1.精细度、正确度和精准度2.稳固性3.敏捷度z...4.线性度〔非线性偏差〕5.迟滞6.靠谱性传感器的动向特征与指标1.动向特征2.传感器的阶跃响应3.传感器的频次响应传感器的标定静态标定动向标定工程二速度与位移丈量任务1压电传感器丈量加快度新课导入生活中的压电效应现象及应用新知识讲解知识自觉电式传感器：以某些电介质的压电效应为根基，外力作用下，在电介质表面上产生电荷，实现力与电荷的变换，达成非电量〔动向力、加快度等〕的检测，但不可以用于静态参数的丈量压电效应z、压电效应、逆压电效应压电资料．压电晶体

...压电晶体〔单晶体〕压电陶瓷〔多晶体〕高分子压电资料．压电瓷．高分子压电资料压电式传感器丈量电路．压电元件的等效电路．压电式传感器的等效电路任务与实行【任务1】跟着人民生活水平的提升，小轿车已进入了一般百姓家庭之中。但交通拥堵极易造成交通事故。一旦发生撞车事故，实时保护乘员的安全一定放在首位。如依据车速的变化实时判断汽车属于正常行驶仍是发生撞车事故呢？【实行案】当汽车在正常的高速行驶中发生撞车事故时，其加快度的变化很大，所以能够依据负向加快度的变化判断能否需要对乘员进行保护。丈量加快度用压电传感器拥有构造简单、体积小、重量轻、坚固坚固、振动频次高〔频次围约为0.3～10kHz〕、加快度丈量围z...大〔加快度为105g～104g，g为重力加快度9.8m/s2〕和工作温度围宽等长处，在汽车、飞机、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击丈量中获取宽泛应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特别地位。【任务2】在公路运输中，货车超载、闯事逃逸等现象每每发生，给人们的安全带来了极大的隐患。实时依据现场留下的信息进行正确判断、迅速高效办理交通事故便成为交警的当务之急。现有一辆闯事车辆以较快的车速冲过测速传感器，那么如丈量车速和汽车载重、确定汽车的车型、判断汽车能否超速或超重行驶呢？【实行案】将两根相距2m的高分子压电电缆平行埋设于柏油公路路面下约5cm，当一辆闯事车辆以较快的车速冲过测速传感器时，两根PVDF压电电缆测速原理以以下图所示：vL/t2m/0.07s28.57m/s28.573600/1000km/h3m小结压电效应及逆压电效应；压电效应的应用；压电资料及种类；压电效应测力的变换电路任务2光电传感器丈量转度导入知识回想：压电效应及逆压电效应压电效应的应用新知识讲解光电效应用光照耀某一物体，能够看做物体遇到一连串能量为E的光子的轰击，构成这类物体的资料z...汲取光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应外光电效应：电子逸出物体表面，光电管等〔玻璃真空管光电器件〕内光电效应：物体电阻率改变，光敏电阻、二极管等〔半导体光电器件〕光生伏殊效应：物体产生必定方向电动势，光电池等〔半导体光电器件〕光电器件．光电管．光敏电阻．光敏晶体管〔1〕光敏二极管①构造及工作原理2〕光敏三极管①构造及工作原理z...②特征③检测法④应用电路．光电池任务与实行【任务1】在冷轧带钢厂中，带钢在某些工艺如连续酸洗、退火、镀锡等过程中易产生走偏。在其余工业部门如印染、造纸、胶片、磁带等生产过程中也会发生近似的问题。带材走偏时，边沿常常与传递机械发生碰撞，易出现卷边，造成次品。实质中如战胜此种现象以提升产品的质量呢？【任务2】在转速丈量过程中，传统的机械式转速表和接触式电子转速表均会影响被测物的旋转速度，且被测旋转速度的大小也有必定的限制，不可以很好知足自动化的要求。如在不扰乱被测物体转动的前提下实现高转速丈量呢？任务3霍尔传感器丈量位移导入知识回想：光电效应及分类；光电器件及其特征；光电传感器构成及应用新课讲解z...霍尔元件工作原理EHKHIBcos霍尔元件的主要特征参数霍尔元件的丈量电路及赔偿．根本丈量电路．温度赔偿的法1〕为何要进行温度赔偿？2〕赔偿的法：①恒流源赔偿法：②选择合理的负载电阻进行赔偿③利用霍尔元件输入回路的串连电阻或并联电阻进行赔偿的法④热敏电阻赔偿法．不等位电势的赔偿1〕不等位电势及其产生原由2〕赔偿的法及原理z...霍尔传感器的应用1〕角位移丈量仪2〕霍尔转速表z...工程三流量丈量：任务1差压式流量计测流量新课导入生活中流量传感器的实例新知识讲解流量及其丈量法1．流量qm或qvvAqmqv或qv2．流量丈量法容积法节流差压法速度法质量流量丈量法差压式流量计〔节流式流量计〕节流装置：将被测流体的流量变换成差压信号差压计〔或差压变送器〕：丈量节流元件前后的静压差并显示丈量值．丈量原理与流量程22qvF0pF0(p1p2)qmF02pF02(p1p2)．标准节流装置〔1〕标准节流件〔2〕取压式z...．标准节流装置的使用条件与管道条件差压计．双涟漪管差压计．膜片式差压计任务与实行【任务】差压式流量计在工业领域流量丈量面应用特别宽泛，它的使用量大体占所有流量仪表的60%～70%。当被测介质不一样时，在安装面应注意哪些问题？差压式流量丈量元件应如校验？【实行案】差压式流量计主要由节流装置、传递差压信号的引压管路及差压计构成。各局部能否靠谱正确地安装，将直接影响丈量精准度，所以一定十分重视安装工作任务2容积式流量计测流量新课导入生活中流量传感器的实例新知识讲解任务2容积式流量计测流量椭圆齿轮番量计、构造原理、应用特色腰轮番量传感器、构造原理z...、应用特色刮板式流量计、构造原理、应用特色任务3速度式流量计测流量课程导入知识回想：流量及其丈量法；差压式流量计构造原理；容积式流量计构造原理新课讲解电磁流量计变送器：qv(qm)E(BDv)1．丈量原理调理器：控制变换器：EUo指示器：显示qvvD2DEKE44B3.3.2涡轮番量计1．丈量原理qvv2rAffztanK2．构造3.3.3超声波流量计1．丈量原理Ltt2t12Lv2Lvt1cv2v2c2czt2Lvc2cvt2L...1〕时差2〕相位差法3〕频次差法t1Dsinc2tan2tancvcosvDcDsintqvtt22D8cvcostc2tanc2tanv2Dt2Df1cvcosD23D/sinff1sin2Dcvcosf2vqvv4sinff2D42D/sin3.3.4流体振动式流量计vfSt1．涡街流量计d〔1〕丈量原理与构造qvAA0dffv0StK〔2〕旋涡频次的检测旋进式旋涡流量计任务与实行z...工程四力丈量任务1电阻应变式传感器丈量压力导入温度丈量传感器的种类及其相应原理任务1电阻应变式传感器丈量压力知识电阻式传感器的根根源理被丈量的变化-R-变换电路〔直流电桥〕-Uo电阻应变片的种类与构造、丝式应变片、箔式应变片、薄膜应变片电阻的应变效应、应变效应RKxxR

ll

xF(AE)

RFKRAE、弹性敏感原件〔1〕柱式弹性原件〔2〕薄壁圆筒z...〔3〕悬臂梁丈量电路、直流电桥工作原理U0U1R1USR3USR1R4R2R3USU3R2R3R4(R1R2)(R3R4)R1R1R4R2R3Uo0知识电阻式传感器的根根源理被丈量的变化-R-变换电路〔直流电桥〕-Uo丈量电路、电阻应变片丈量电桥〔1〕应变片单臂工作直流电桥R1R2R3R4均衡Uo(R1R)R4R2R3US(R1RR2)(R3R4)RR,有：UoRRUSUSR因为RK,那么UoUSK2R2R4RR4〔2〕应变片双臂直流电桥〔半桥〕结论：同样条件下〔供电电源和应变片型号不变〕半桥差动输出是单臂输出的2倍。检测的敏捷度提升一倍。4.1.4应变片的温度偏差及其赔偿1、温度偏差〔1〕单丝自赔偿应变片〔2〕双丝组合式自赔偿应变片〔3〕桥式电路赔偿z...电阻应变式传感器的应用、丈量较大压力【任务】在生产过程中，需对动力管道设施出入口的气体或液体的压力、发动机部的压力变化等进行丈量，以实现自动控制及自动报警功能。要求选择器件把压力信号变换为电信号，并达成信号办理，使最后输出的电信号与压力大小呈线性关系【实行案】．确立弹性元件、确立丈量用传感器、丈量电路、信号赔偿1〕温度惹起的偏差赔偿2〕线路传输惹起的偏差赔偿、压力标定自感式传感器、根本变空隙自感式传感器、差动变空隙式传感器、螺管型电感式传感器、丈量电路z...〔1〕沟通变压器式电桥UUUZ2Z1UoZ22Z1Z2Z1Z22〔2〕谐振调幅电路〔3〕谐振调频电路1f2LC互感式传感器、螺线管式差动变压器、变空隙式差动变压器传感器z...小结电感传感器测力原理及种类电感传感器丈量电路任务2电感式传感器丈量压力(二)互感式传感器、丈量电路〔1〕差动整流电路衔铁在零位：UabUcd，使U12U34，那么Uo0衔铁上移：UabUcd，使U12U34，那么Uo0衔铁下移：UabUcd，使U12U34，那么Uo0〔2〕相敏检波电路uo与u1同频同相，衔铁上移，u2与u1同相，u2与uo同相uo处于正半周时，VD2、VD3导通，有以下回路接通u01CVD2Bu22u22RLu01z...u02RLu22u22BVD3Du02uLu222RLu22因为u21u22u21RL2R2n1RRRLL2uL

RLu2n1(R2RL)uo处于负半周时，VD1、VD4导通，有以下回路接通u02DRVD4Au21u21RLu02u01RLu21u21ARVD1Cu01uLu212RLu21因为u21u21RL2RLu22RR2n12RLuLRLu2n1(R2RL)衔铁下移，u2与u1反相，u2与uo反相RLu2uLn1(R2RL)电感式传感器的应用、用自感式传感器丈量位移、用变压器式传感器丈量加快度、用变压器式传感器丈量压力【任务】在液体输送管道中需要认识流动中液体的压力。要求把液体压力信号变换为电信号，并对其变换出的信号进行办理，使办理后输出的电信号与液体压力呈一一对应关系。z...【实现案】达成气体压力丈量可按以下环节进行．确立弹性元件．确立丈量用传感器．确立丈量电路z...工程五温度丈量任务1热电偶传感器丈量温度导入丈量温度的传感器的种类，本次课程要求。新课讲解工程2温度丈量任务1热电偶传感器丈量温度热电偶工作原理热电偶温度传感器将被测温度转变为mV级热电动势信号输出，属于自觉电型传感器，测温围为270～1800℃。测温时需将热电偶经过连结导线与显示仪表相连结构成测温系统，实现远距离温度自动丈量、显示、记录、报警和控制等，图2.1所示的温度检测系统应用特别宽泛。图热电偶回路图热电偶测温系统表示图1．热电效应将两种不一样的导体或半导体两头相接构成闭合回路，如图2.2所示，当两个接点分别置于不一样温度t、t0〔t>t0〕中时，回路中就会产生一个热电动势，这类现象称为热电效应。两种导体称为热电极，所构成的回路称为热电偶，热电偶的两个工作端分别称为热端和冷端。z...热电偶回路产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两局部构成〔1〕接触电动势当A、B两种不一样导体接触时，因为二者电子密度不一样〔设NA>NB〕，从A扩散到B的电子数要比从B扩散到A的电子数多，于是在A、B接触面上形成了一个由A到B的静电场。该静电场的作用一面阻挡了A导体电子的扩散运动，同时对B导体电子的扩散运动起促使作用，最后抵达动向均衡状态。这时A、B接触面所形成的电位差称为接触电动势，其大小分别用eAB(t)、eAB(t0)表示。接触电动势的大小与接点处温度上下和导体的电子密度相关。温度越高，接触电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。〔2〕温差电动势将一根导体的两头分别置于不一样的温度t、t0〔t>t0〕中时，因为导体热端的自由电子拥有较大的动能，使得从热端扩散到冷端的电子数比从冷端扩散到热端的多，于是在导体两头便产生了一个由热端指向冷端的静电场。与接触电势形成原理同样，在导体两头产生了温差电动势，分别用eA(t，t0)、eB(t，t0)表示。温差电动势的大小与导体的电子密度及两头温度相关。．热电偶回路总热电动势热电偶回路的总热电动势包含两个接触电动势和两个温差电动势，即EAB(t，t0)=eAB(t)–eAB(t0)–eA(t，t0)+eB(t，t0)〔2.1〕因为热电偶的接触电动势远远大于温差电动势，且t>t0，所以总热电动势的向取决于eAB(t)，故式〔2.1〕能够写为EAB(t，t0)=eAB(t)eAB(t0)〔2.2〕z...任务2热电阻传感器丈量温度导入知识回想：热电偶构成原理、根本定律、冷端温度赔偿。新课讲解工程2温度丈量任务2热电阻传感器丈量温度知识利用导体或半导体的电阻值随温度的变化而变化的特征来丈量温度的感温元件叫热电阻。丈量围：200～500℃围。扩展到1～5K〔-273.15〕℃的超低温领域，在1000～1200℃温度围也有足够好的特征。金属热电阻1、铂热电阻2、铜热电阻3、其余热电阻〔1〕铟电阻；〔2〕锰电阻半导体热敏电阻1、NTC热敏电阻2、PTC热敏电阻z...、热敏电阻的构造外形与符号【任务】将现场热电阻丈量的温度信号引到控制室，你会采纳哪一种案？为何？热电阻怎样校验？温度传感器安装使用时应注意哪些问题？【实行案】往常热电阻安装的地点与测试仪表之间有必定距离，且连结长导线的电阻在环境温度变化时也要发生变化。按图2.12〔a〕所示接线，现场的热电阻采纳二线制，导线电阻与热电阻Rt串连后作为丈量电桥的一个桥臂，会造成较大的丈量偏差。为战胜此种偏差，热电阻连结时可采纳三线制或四线制，见图2.12〔b〕和〔c〕任务3红外传感器丈量温度导入知识回想：热电阻传感器测温原理及其丈量电路。新知识讲解工程2温度丈量任务3红外传感器丈量温度知识红外技术是在近几十年中展开起来的一门新兴技术，已在科技、国防、医学、建筑、气象、工农业生产等领域获取了宽泛的应用。红外传感器按其应用可分为以下几个面：①红外辐射计用于辐射和光谱辐射丈量②搜寻和追踪系统用于搜寻和追踪红外目标，确立其空间地点并对它的运动进行追踪z...③热成像系统可产生整个目标红外辐射的散布图像，如红外图像仪、多光谱扫描仪等④红外测距和通讯系统⑤混淆系统是指以上各系统中的两个或多个的组合用红外线作为检测媒介来丈量某些非电量，拥有以下几面的优胜性：①可日夜丈量。红外线〔指中、远红外线〕不受围可见光的影响，所以可在日夜进行丈量②不用设光源。因为待测对象发射出红外线，所以不用设置光源③合用于遥感技术。大气对某些波长的红外线汲取特别少，所以合用于遥感技术红外辐射红外辐射俗称红外线，是一种不行见光。是位于可见光中红色光芒之外的光芒，被称为红外线。波长围大概为0.76～1000m，红外线在电磁波谱中的地点以以下图。工程上把红外线所占有的波段分为近红外、中红外、远红外和极远红外四局部红外探测器〔红外传感器〕热探测器红外探测器光子探测器、热探测器热释电型热敏电阻型热电偶型气体型、光子探测器光子探测器利用入射红外辐射的光子流与探测器械猜中电子的互相作用，改变电子的能z...量状态，惹起各样电学现象〔这一过程也称为光子效应〕。经过丈量资料电子性质的变化，能够知道红外辐射的强弱。【任务】在温度实质丈量中，2000℃以下高温地区一般采纳热电偶丈量。钨铼热电偶作为一种超高温热电偶，其测温上限也只有2100℃。所以，关于2000℃以上的高温地区，比方抵达5500℃时，已没法用惯例的温度传感器来检测，一定采纳一种新式的丈量法来实现高温丈量【实行案】任物体在0K以上都能产生热辐射。温度较低时，辐射的是不行见的红外光，跟着温度的高升，波长短的光开始丰富起来。温度高升到500℃时，开始辐射一局部暗红色的光。从500℃～1500℃，辐射光颜色渐渐从红色→橙色→黄色→蓝色→白色。也就是说，在1500℃时的热辐射中已包含了从几十m至0.4m甚至更短波长的连续光谱。假如温度再高升，比方抵达5500℃时，辐射光谱的上限已超出蓝色、紫色，进入紫外线地区。因此丈量光的颜色以及辐射强度，可大略判断物体的温度。特别是在高温〔2000℃以上〕区域，高温丈量多依赖辐射原理的温度计。工程六液位与厚度丈量任务1光纤传感器丈量液位导入知识回想：霍尔效应；霍尔传感器应用z...新知识讲解光纤的构造及种类1、构造：导光的芯体玻璃〔简称纤芯〕、包层及外护套、种类：光纤的种类主要有三种1〕阶跃型：光纤纤芯的折射率散布各点平均一致，称为多模光纤2〕梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，走开轴线那么逐渐降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区同样3〕单型光纤：单型光纤的纤芯直径较小〔数微米〕靠近于被传输光波的波长，光以电磁场“模〞的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适合于远距离传输光纤的传输原理、光的反射、折射、光的全反射、光在光纤中的全反射光纤传感器的构造、特色及种类．光纤传感器的构造与特色．光纤传感器的分类．光纤传感器功能z...任务与实行【任务1】在工厂车间里，有多大功率电动机、沟通接触器、晶闸管调压设施和感觉电炉等，在防爆场合采纳电气丈量时，就会碰到电磁感觉惹起的噪声问题，在可能产生化学泄露或可燃性气体溢出的场合，就会碰到腐化和防爆的问题。在这些环境恶劣的场合，要求对高压变压器冷却油液位进行检测，采纳种传感器较适合？如丈量？【任务2】在一些易燃、易爆的化工车间进行温度丈量时，就会碰到防爆问题。采纳种传感器合适于远距离防爆场所的温度检测呢？任务2电容传感器丈量液位与厚度导入知识回想：光纤传输光信号的原理；光纤传感器构造及应用新课讲解变空隙式变面积式知识S变介电常数式Cd变空隙式电容传感器1、工作原理C0Sd0SSSddCd0-dd0d0d0-dC0d0-ddC0CC0SCKd0d02d0dz...SS1C0C0C1C1dd01-dd01-dd0d0C2SS1C0C0C2dd01dd01dd0d0C1C2C1C2C02dd0C02dd0Cd2d02CC02S1K22dd0d02、丈量电路调幅型差动脉宽调制型调频型①差动沟通电桥UsUoUsUo1j(C0C)1j(C0-C)UoCUsCo②运算放大器式丈量电路C0C0uouiCxuiSd〔2〕差动脉宽调制型电路z...①电路中各元件的名称及作用②电路工作原理T1T2T1T2UHUoUHUHT1T2T1T2T1T2UoC1C2UH6.2.1变空隙式电容传感器C1C22、丈量电路〔3〕调频型电路①电路中各环节的名称及作用②电路工作原理1fLC3、丈量中存在的问题及解决方法2〔1〕温度影响〔2〕电场的边沿效应〔3〕寄生电容的影响4、应用可用于丈量位移、加