传感器技术与应用教（学）案

《传感器技术及应用》课程教案学习情境一检测技术基础的应用教学班级教学学时 12 教学场所 实训室教学目标能力（技能）目标知识目标1）能够进行测量数据的处理2）能够根据实际要求选用传感器3）能够根据需要设计合适的测量电路1）熟悉测量的基本概念与测量的方法2）掌握测量的基本误差与分析方法3）掌握传感器的定义、组成及类型4）了解传感器的基本特性与性能指标5）掌握电桥电路的工作原理及应用6）了解调制电路、滤波电路的工作原理及作用能力训练任务任务编号任务名称任务描述学时分配1测量数据处理对某一零件长度等精度测量16次，得到如下数据（单位为cm）:27.774,27.778,27.771,27,780,27.772,27,777,27.773,27.775,27,774,27.772,27,774,27,776,27.775,27.777,27,777,27.779。假定该测量数据不存在固定的系统误差，请计算出该零件的长度。42传感器认知及选用要实时监测一个加热炉的温度：测量温度围大约为50〜80℃,检测结果的精度要求达4

到1现有3种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0〜500℃,0-300℃,0〜100℃,精度等级分别是0.2级、0.5级、1.0级，为了满足测量需要，选择合适的传感器。3电阻电桥电路设计本任务主要就是讨论如何将被测量是电阻的输入信号转化成电压进行输出。研究电桥电路在各种输出状态下，输入电阻与输出电压之间的关系要求。用四个电位器组成一电阻电桥，自选桥路电压，进行调零，分别进行单臂、双臂和全桥工作方式的输出测量，将测量所得数据与理论计算值相比得到误差，分析误差产生的原因，并提出改进措施。4学业评价:实行多评价主体参与的学习全过程综合考核制度，考核按照平时训练和综合训练相结合、理论和实践相结合、实物和答辩相结合的原则进行，最终成绩根据学习过程“小组合作学习”学习表现、关键能力表现、实物作品展示、项目报告和答辩结果来确定。详见学习情境一学业评价表。续上表学习情境一学业评价表1.“小组合作学习”学习表现评价表(1)组别： 评价主体：说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价：'4”表示行为总是发生表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生：T'表示行为没有发生。1.明确学习目标和任务后，立即讨论制定学习计划12342.小组成员中设计任务分工明确12343.小组成员注意倾听并考虑别人的观点12344.大家共享信息资源12345.完成任务过程能认真研究遇到的问题并主动思考解决办法12346.完成任务时积极，小组成员之间主动合作12347.完成任务时感兴趣，小组成员积极参与12348.完成任务时有目的性，小组成员之间相处融洽12349.完成任务时充满激情，小组成员之间主动沟通123410.按任务要求独立开展学习与工作123411.小组成员献计献策制订较优化的系统设计方案123412.小组成员对仪器仪表操作规，符合要求123413.小组成员能合理选择元器件123414.按时完成设计报告并汇报在团队中的设计任务123415.完成的电路能实现设计所要求效果并有创新123416.完成的控制系统设计后，工作台面整洁2.“关键能力”评价表组别： 评价主体:说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价：(4)表示4分；(3)表示3分；(2)表示2分；(1)表示1分。1.获取与处理信息的能力(1)能够从教科书和课堂获得所需信息。(2)能够利用学校的信息源获得所需信息。(3)能够从大众媒体和所有渠道获得所需信息。(4)能够开拓创造新的信息渠道；从日常生活和工作中随时捕捉有用的信息。2.工作与学习的方法能力(1)能够回忆、再现学习容。(2)能够在一定的时间围独立学习。(3)能够独立确定学习的时间、方法；能解决调试过程出现的问题。(4)能够认识自己的缺陷并及时补救；独立决定学习进度和制定设计方案。3.计划组织与执行能力(1)能够解释工作过程；依据教师制定的标准检查工作任务是否完成。(2)能够按照给定的工作计划较灵活地完成设计任务；独立评估成果。(3)能够熟练运用所学知识技能独立制定项目工作计划。(4)能够对复杂任务进行模块化设计并独立解决问题。4.交流与合作能力(1)能够参与讨论；完成小组给定的软硬件设计任务。(2)能够在讨论中提出自己的见解；适应小组工作方式。(3)在小组工作中态度友好，富有创新性。(4)能够代表本专业与其他同学合作；在工作小组中活动自如。5.心理承受力(1)能够在教师监督下完成任务和自我评估成果；胜任较低心理要求的工作。(2)能够胜任中等心理要求的工作。(3)责任心更加经常化、自觉化；由于自信心等原因，能胜任较高要求。(4)能够自觉对小组和项目负责；有完成重大任务的心理准备。续上表

3.小组“口头汇报”行为表现评价表组别： 汇报人：汇报容： 评价主体：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率评价：'4”表示行为总是发生：'3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生扫”表示行为没有发生。A.身体表现a.站直，面向观众b.面部表情随着表达容的变化而变化4433 2211C.保持与观众眼神的交流4321d.适当的手势B.声音表现4321a.说话节奏平稳，语速适当4321b.用声调变化强调重点4321C.声音足够大，每一位听众都能够听清楚4321d.发音正确，吐字清晰C.语言表达4321a.表达时用词恰当准确4321b信息组织逻辑清晰4321C.语言简练，不罗嗦4321d.表达流畅，语意完整4321e.能正确回答教师提问4321f.回答问题及时43214.技能作品评价表组别： 汇报人：汇报容： 评价主体：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率评价：'4”表示行为总是发生：'3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生门”表示行为没有发生。A.项目设计报告a.小组成员能正确完整写明实验容 4b.小组成员正确画出控制系统的原理图 4 3c.测试结果与分析符合要求 4d.流程图和程序的设计简洁模块清晰 4e.报告文档版面清楚，格式完整 4f.报告文档是否体现知识拓展模块的设计 4g.报告文档最后写出学习小结，分析存在差距的原因4B.实物作品展示a.小组成员能够操作演示并有明显的效果 4b.控制系统设计符合学习要求，能实现基本功能 4c.控制系统的美观程度 4d.控制系统的设计效果有创意 43 2233333333312222222221111111111任务名称测■数据处理教学学时4 教学场所多媒体教室、传感器技术实训室学习任务对某一零件长度等精度测量16次，得到如下数据(单位为cm):27.774,27.778,27.771,27.780,27.772,27.777,27.773,27.775,27.774,27.772,27.774,27.776,27.775,27.777,27.777,27.7790假定该测量数据不存在固定的系统误差，请计算出该零件的长度。学习目标(1)熟悉测量的基本概念与测量的方法(2)掌握测量的基本误差与分析方法(3)能够进行测量数据的处理教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务对某一零件长度等精度测量16次，得到如下数据（单位为cm）:27.774,27,778,27,771,27,780,27.772,27,777,27.773,27.775,27.774,27.772,27.774,27.776,27.775,下达任务多媒体课件、板书学生提问5分钟27.777,27.777,27.779»假定该测量数据不存在固定的系统误差，请计算出该零件的长度。任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到测量数据知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习测量数据的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件测量工具演示学生提问5分钟讲解相关知识(1) 检测及自动检测系统教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练80分钟H]II(2) 测量及测量方法式中X被测量；4 测量的单位名称；Ax—1皮测量的数据。(3)测量误差及分析1)系统误差2)随机误差3)粗大误差(4)测量数据处理1>12>3>

S・01<5)1n-1(6)M7),U(2)<7>|M&r>03x=i±3$.讨论完根据任务要求，提出解决任务的具体实现方案讨论法测量数据小组讨论40分成任务引导文法分析及处代表发言钟的方案理成果检在整个过程中依据教师提供的评价标准，检查教师检查测量数据学生互相20分查本小组数据测量是否符合要求地完成了工作任成果分析及处检查钟务理评价(1)小蛆中一位成员分析测量结果，小组给出教师重点测量数据小组讨论10分(学生自评成绩。讲解分析及处代表发言钟互评、(2)根据学习过程按任务要求独立完成的情况教师点评理教师点以及项目报告的完成情况等，由教师与学生共评)同评价小蛆的工作情况，并根据每人完成的准确程度给以点评总结(1)本课程重点教师讲解多媒体课学生提问10分(2)操作注意事项件学生总结钟(3)分析问题和解答问题作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录3渊布置新传感器认知及选用教师讲解鳏棚牛学生记录7分任务查阅资料钟任务名称传感器认知及选用教学学时4教学场所传感器技术实训室学习任务要实时监测一个加热炉的温度：测量温度围大约为50~80℃,检测结果的精度要求达到1℃o现有3种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0〜500℃,0〜300℃,0-100℃,精度等级分别是0.2级、0.5级、1.0级，为了满足测量需要，选择合适的传感器。学习目标(1)掌握传感器的定义、组成及类型(2)了解传感器的基本特性与性能指标(3)能够根据实际要求选用传感器教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务要实时监测一个加热炉的温度：测量温度围大约为50〜80℃,检测结果的精度要求达到1℃。现有3种带数字显示表的温度传感器，它们的量程分别是0〜500℃,0-300℃,0-100℃,精度等级分别是0.2级、0.5级、1。级，为了满足测量需要，选择合适的传感器。演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件实物演示学生提问10分钟讲解相关知识（1） 传感器的定义与组成掘最口睚瑞 电相_►嬲侬―►轮比件——1雕骁—►SM传就做牌（2）传感器的种类1）按被测量分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流■、流速等传感器。2）按测■原理分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传嚷器。3）按传感器能量转换情况可分为能量变换型（发电型）和能量控制型（参量型）两种。4）按传感器工作原理可分为结构型传感器和物性型传感器等。（3）传感器的基本特性传感器的基本特性：对传感器的输出量与输入■之间对应关系的描述就称为传感器的特性。它分为静态特性和动态特性两种。1.传感器的静态特性1）灵敏度2）线性度3）迟滞性4）重复性（4）传感器的选用选择传感器主要考虑其静态特性、动态响应特性和测量方式等方面的问题，而静态特性又包括灵敏度、线性度、精度等指标，动态响应特性包括稳定性、快速性等指标。教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练70分钟讨论完在本任务中，要实时监测一个加热炉的温讨论法温度传感小组讨论10分成任务度，在选择温度传感器时，主要从技术指标引导文法器代表发言钟

的方案和成本两个方面进行考虑。实物演示技术指技术指标以测量精度为主要因素，分别计算教师重点温度传感学生查阅20分标分析各自的最大相对误差，然后进行比较。讲解器资料钟学生动手实际测量综合分从成本考虑，量程为。〜500℃、精度等级教师重点温度传感学生查阅15分析与选为0.2级的温度传感器在测量80℃时，灵敏讲解器资料钟择度较小，且0.2级精度的仪器价格较高。综学生动手合以上分析，选用量程为0〜100℃、精度分析等级为1.0级的温度传感器比较合适。成果检在整个过程中依据教师提供的评价标准，检教师检查温度传感学生互相10分查查本小蛆设计过程使用了哪些传感器，种类成果器检查钟是否正确，误差是否正常，小组设计的检测系统是否能准确提供数据评价(学(1)小组中一位成员出示测量结果，小组教师重点温度传感小组讨论15分生互评、给出自评成绩。讲解器代表发言钟教师点(2)小组一位成员介绍一下完成本次任务教师点评评)的思路和需要用到的理论知识，并回答教师的提问。(3)根据学习过程按任务要求独立正确的完成以及项目报告的完成情况等，由教师与学生共同评价小组的工作情况，并根据每人

完成的复杂程度给以点评。总结(1)本课程重点(2)操作注意事项(3)分析问题和解答问题教师讲解多媒体课件学生提问10分钟作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录5分钟布置新任务电阻电桥电路设计教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料5分钟任务名称电阻电桥电路设计教学学时4 教学场所 多媒体教室、传感器技术实训室学习任务本任务主要就是讨论如何将被测量是电阻的输入信号转化成电压进行输出。研究电桥电路在各种输出状态下，输入电阻与输出电压之间的关系要求。用四个电位器组成一电阻电桥，自选桥路电压，进行调零，分别进行单臂、双臂和全桥工作方式的输出测量，将测量所得数据与理论计算值相比得到误差，分析误差产生的原因，并提出改进措施。学习目标(1)掌握电桥电路的工作原理及应用(2)了解调制电路、滤波电路的工作原理及作用(3)能够根据需要设计合适的测量电路教学过程设计步骤 学习容 教学方法教学手段学生活动时间分配布置任本任务主要就是讨论如何将被测演示、下多媒体课小组讨论5分务量是电阻的输入信号转化成电压进行输出。研究电桥电路在各种输出状态下，输入电阻与输出电压之间的关系要求。用四个电位器组成一电阻电桥，自选桥路电压，进行调零，分别进行单臂、双臂和全桥工作方式的输出测量,将测量所得数据与理论计算值相比得到误差，分析误差产生的原因，并提出改进措施。达任务件、板书代表发言钟任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件实物演示学生提问5分钟讲解相1.3.1电桥电路电桥的主要作用是把被测的非电量或者电量转换成教师通过多媒体课学生边学80关知识电阻、电感、电容的变化，再变成电流或电压的变化。根据电桥的供电电源不同，可分为直流电桥和交流电桥两种。问题引导等形式进行讲解件实物演示边练分钟

续上表时间步骤 学习容 教学方法教学手段学生活动分配讲解相1.直流电桥 教师通过多媒体课学生边学关知识1）直流电桥平衡条件 问题引导件 边练人„ ■ 等形式进实物演示3/ X4“ 行讲解L Ui+」□=R---l®+鸟鸟_ R#3一瓦&-（4+&）（g+由此式可见：若R1R3=称为电桥处于平衡状房Rl/R2=R4/R3称为直流E电桥平衡，其相对两臂日电阻的比值应相等。2）单臂电桥3）双臂电桥4）四臂电桥上述三种工作方式中，管高，双臂半桥次之，单，全桥（或双臂半桥）还f2.交流电桥L++凡广—qR2R4,则输出电压Uo为零，5.所以把R1R3=R2R4或包桥的平衡条件。这说明欲使包阻的乘积相等，或相邻两臂二桥四臂工作方式的灵敏度最f半桥灵敏度最低。采用四臂后实现温度自补偿。

fz/3=Z/41仍+仍=仍+*41.3.2调制电路把媛慢变化的信号先变成频率适当的交流信号，然后利用交流放大器放大，最后再恢复为原信号，这样的变化过程称为信号的调制与解调步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配讲解相关知识调制是指利用被沟高频振荡波的某“位），使其按被测彳信号的放大与传输的幅值，则称为调频振荡波的频率或或调相（PMb碗1eIW制信心、"''八八八、M叫攵 一般把控制商为调制波，载送缓IJ缓变信号来控制或改变,参数（幅值、频率或相六号的规律变化，以利于o若控制量是高频振荡波幅（AM）;若控制量是高相位，则称为调频（FM）Hf-LUvOF$频振荡波的缓变信号称变信号的高频振荡波称为教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练

载波，经过调制的高频振荡波称为已调波，根据调制原理不同，分别称为调幅波、调频波，如图所示。解调是对已调波进行鉴别以恢复缓变的测量信号1.3.3滤波电路滤波是测量系统排除干扰、抑制噪声常用的方法。滤波技术分为硬件滤波和软件滤波。硬件滤波器是一种选频电路，它的功能是让指定频段的信号以固定增益通过，而将其余频段的信号加以抑制或使其极大地衰减；软件滤波是通过计算机程序，采用某些算法对传感器信号进行处理。滤波电路在测控系统中的作用：一方面是滤除噪声，另一方面是分离各种不同的信号。根据滤波器处理信号的频带，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等四种步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配

讨论完成任务的方案电卜成功状药500且电桥设计采用四个性能一致的1KC口图所示电路，输入直流（S将电位器调整在中间，Qo_EXl精密电位器组）V电源，初始各桥臂阻值为>Or讨论法引导文法实训电路板小组讨论代表发言5分钟Rp2=lkQRp3=lkQ^RpiIkQ_Ei_pI1Ri^TkQ 11 E9V电路制作为了方便制作和器件的重复利用，可采用面包板进行电路搭建，这样便于电路调整，减少制作成本。将四个电位器先调至中点，用万用表测其阻值为500Q,再插接在面包板上组成桥路，接好电源线和输出电极。接入9V直流电源，就可用万用表或数字毫伏表测量电桥的输出电压了。教师重点讲解个别指导实训电路板学生查阅资料学生动手实际制作20分钟电阻电桥的性能测试31）电桥搭建好后，接入电源，将输出接电压表就可开始电桥输出性能的测试。2）单臂时只调整一个电位器即可，双臂寸调整两个，全桥时四个电位器同时调整。3）调邻边电阻时方向要相反，使一变电且增大，另一边电阻减小；而调对边时则要个别指导实训电路板学生动手实践20分钟

使变化方向相同。(4)设定电位器的阻值每隔100。为一个测点进行记录，并对误差进行分析。成果检在整个过程中依据教师提供的评价标准，检教师检查实训电路学生互相10查查本小组设计电路是否符合要求。测量结果成果板检查分钟是否在正常误差围。评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的电路，教师重点实训电路小组讨论20生互评、小组给出自评成绩。讲解板代表发言分钟教师点(2)小组一位成员介绍一下电路制作的思教师点评评)路和需要用到的理论知识，并回答教师的提问。(3)结合小蛆所提交的设计项目，根据学习过程按任务要求独立完成的情况以及设计报告的完成情况等，由教师与学生共同评价小组的工作情况。步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配总结(1)本课程重点教师讲解多媒体课学生提问10(2)操作注意事项件学生总结分钟(3)分析问题和解答问题作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟

布置新任务重量检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟

学习情境二压力检测教学班级教学学时12教学场所多媒体教室、传教学目标能力（技能）目标知识目标1能够根据需要选择合适的压力传感器进行压力测量电路设计2学会压力测量系统的制作与调试1了解压力测量的基本方法和力传感器类型；理解压阻式传感器的工作原理和类型2掌握电阻应变式传感器的工作原理、基本特性和结构类型3掌握压电式传感器的工作原理，等效电路和常用结构形式4掌握压电材料的类型、特性和应用主要特性参数能力训练任务任务编号任务名称任务描述学时分配1重量检测本任务要求利用电阻应变片设计称重仪，技术要求:量程0~2kg,精度0.001kg042汽车发动机吸气压力检测本任务主要利用压阻式压力计来4完成发动机进气量检测电路的设计和制作。3大气压检测本任务利用压电传感器来检测大气压力的变化，从而预没天气变化趋势，对预报天气等有十分重要的意义。4学业评价：实行多评价主体参与的学习全过程综合考核制度，考核按照平时训练和综合训练相结合、理论和实践相结合、实物和答辩相结合的原则进行，最终成绩根据学习过程“小组合作学习”学习表现、关键能力表现、实物作品展示、项目报告和答辩结果来确定。详见学习情境二学业评价表。续上表学习情境二学业评价表1.“小组合作学习”学习表现评价表(1)组别： 评价主体：说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价：'4”表示行为总是发生：3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生：T'表示行为没有发生。.明确学习目标和任务后，立即讨论制定学习计划.小组成员中软硬件设计任务分工明确.小组成员注意倾听并考虑别人的观点.大家共享信息资源1111222233334444

5.完成任务过程能认真研究遇到的问题并主动思考解决办法12346.完成任务时积极，小组成员之间主动合作12347.完成任务时感兴趣，小组成员积极参与12348.完成任务时有目的性，小组成员之间相处融洽12349.完成任务时充满激情，小组成员之间主动沟通123410.按任务要求独立开展学习与工作123411.小组成员献计献策制订较优化的系统设计方案123412.小组成员对仪器仪表操作规，符合要求123413.小组成员能合理选择元器件123414.按时完成设计报告并汇报在团队中的设计任务123415.完成的电路能实现设计所要求效果并有创新123416.完成的控制系统设计后，工作台面整洁1234续上表2.“关键能力”评价表组别： 评价主体:说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价：(4)表示4分；(3)表示3分；(2)表示2分；(1)表示1分。1.获取与处理信息的能力(1)能够从教科书和课堂获得所需信息。(2)能够利用学校的信息源获得所需信息。(3)能够从大众媒体和所有渠道获得所需信息。(4)能够开拓创造新的信息渠道；从日常生活和工作中随时捕捉有用的信息。2.工作与学习的方法能力(1)能够回忆、再现学习容。(2)能够在一定的时间围独立学习。(3)能够独立确定学习的时间、方法；能解决调试过程出现的问题。(4)能够认识自己的缺陷并及时补救；独立决定学习进度和制定设计方案。3.计划组织与执行能力(1)能够解释工作过程；依据教师制定的标准检查工作任务是否完成。(2)能够按照给定的工作计划较灵活地完成设计任务；独立评估成果。(3)能够熟练运用所学知识技能独立制定项目工作计划。(4)能够对复杂任务进行模块化设计并独立解决问题。4.交流与合作能力(1)能够参与讨论；完成小组给定的软硬件设计任务。(2)能够在讨论中提出自己的见解；适应小组工作方式。(3)在小组工作中态度友好，富有创新性。(4)能够代表本专业与其他同学合作；在工作小组中活动自如。5.心理承受力(1)能够在教师监督下完成任务和自我评估成果；胜任较低心理要求的工作。(2)能够胜任中等心理要求的工作。(3)责任心更加经常化、自觉化；由于自信心等原因，能胜任较高要求。(4)能够自觉对小组和项目负责；有完成重大任务的心理准备。续上表

3.小组“口头汇报”行为表现评价表组别： 汇报人：汇报容： 评价主体：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率评价：'4”表示行为总是发生：'3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生扫”表示行为没有发生。A.身体表现a.站直，面向观众b.面部表情随着表达容的变化而变化4433 2211C.保持与观众眼神的交流4321d.适当的手势B.声音表现4321a.说话节奏平稳，语速适当4321b.用声调变化强调重点4321C.声音足够大，每一位听众都能够听清楚4321d.发音正确，吐字清晰C.语言表达4321a.表达时用词恰当准确4321b信息组织逻辑清晰4321C.语言简练，不罗嗦4321d.表达流畅，语意完整4321e.能正确回答教师提问4321f.回答问题及时4321续上表组别： 汇报人：汇报容： 评价主体：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率;评价饵”表示行为总是发生表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生表示行为没有发生。A.项目设计报告a.小组成员能正确完整写明实验容4321b.小组成员正确画出控制系统的硬件原理图4321c.小组成员正确画出控制系统的软件流程图4321d.测试结果与分析符合要求4321e.流程图和程序的设计简洁模块清晰4321f.报告文档版面清楚，格式完整4321g报告文档是否体现知识拓展模块的设计4321h.报告文档最后写出学习小结，分析存在差距的原因4321B.实物作品展示a.小组成员能够操作演示并有明显的效果4321b.控制系统设计符合学习要求，能实现基本功能4321c.控制系统的美观程度4321d.控制系统能够播放符合设计要求的音乐4321e.控制系统能够实现外部触发4321f.控制系统的设计效果有创意4321任务名称・■检测教学学时4教学场所多媒体教室、传感器实训室学习任务本任务要求利用电阻应变片设计称重仪，技术要求:量程0〜2kg,精度0.001kg。学习目标(1)了解压力测量的基本方法和力传感器类型；(2)掌握电阻应变式传感器的工作原理、基本特性和结构类型(3)能够根据需要选择合适的压力传感器进行压力测量电路设计(4)学会压力测量系统的制作与调试教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务本任务要求利用电阻应变片设计称重仪，技术要求:量程0〜2kg,精度0.001kg0演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件实物演示学生提问10分钟讲解相关知识2.1.1电阻应变片的原理及类型.应变效应电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即在金属导体有生机械变形时，它的电阻值R=pS相应发生变化。当金属丝受到拉力户作用时，将伸长,横截面积相应减小AS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变40,故引起电阻值相对变化量为：A/?_ALAS+Ap~R~~LF~p.应变片的结构类型常用的应变片可分为两类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。.1.2应变片的主要特性.应变片几何尺寸.应变片电阻值（Ro）.灵敏度系数教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练70分钟续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间

分配讲解相4.横向效应教师通过多媒体课学生边学关知识5.机械滞后，零漂及蠕变问题引导件边练6.温度效应等形式进实物演示行讲解讨论完根据任务要求，提出解决任务的具体讨论法实训电路小组讨论10成任务实现方案引导文法板代表发言分钟的方案电路设根据电路的具体要求来选择适合的电阻应变教师重点实训电路学生查阅20计与制片。本设计中选用£350-23箔式电阻应变讲解板资料分钟作片，其常态阻值为350Qo将应变片采用合个别指导学生动手理的粘贴方法粘贴在称重仪的桥臂中央位实际制作K,如图2-7所示，使应变片的变形与桥臂变形一致，提高测量的准确性。电阻应变式称重仪电路原理如图所示。电路调在调试过程中，应准备1kg及2kg标准法码教师重点实训电路学生查阅15试各一。其过程如下：讲解板资料分钟

(1股照电路图，将各元件焊接到实验板上，并检查正确性；(2)首先在称重托盘无负载时调整Rpi,使显示器准确显示零；(3)再调整Rp2，使托盘承担满量程重量(本电路选满量程为2kg)时显示满量程值；(4)然后在托盘上放置1kg的标准法码，观察显示器是否显示1.000,如有偏差，可调整Rm值,使之准确显示1.000;(5)重新进行(21(4)步骤，使之均满足要求为止；(6)最后准确测量Rp2、8内的电阻值，并用固定精密电阻予以代替。/?々可引出表外调整。测量前先调整Rpi,使显示器回零。个别指导学生动手设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配成果检查在整个过程中依据教师提供的评价标准，检查本小组设计作品是否符合要求地完成了工作任务，用最终完成的系统板进行功能演示和说明，分析各部分功能的完成情况和小组的创意情教师检查成果实训电路板学生互相检查15分钟

况。评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点实训电路小组讨论15生互评、教师点评)小作品，小组给出自评成绩；(2)小组一位成员介绍一下小作品制作的思路和需要用到的理论知识，并回答教师的提问；(3)结合小组所提交的设计项目，按任务要求独立完成的情况；本任务的实物设计作品；项目报告的完成情况等，由师生共同评价小组的工作情况。讲解教师点评板代表发言分钟总结(1)本课程重点(2)操作注意事项(3)分析问题和解答问题教师讲解多媒体课件学生提问学生总结10分钟作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟布置新任务汽车发动机吸气压力检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟任务名称汽车发动机吸气压力检测教学学时4教学场所多媒体教室、传感器技术实训室学习任务本任务主要利用压阻式压力计来完成发动机进气量检测电路的设计和制作。学习目标(1)了解压力测量的基本方法和力传感器类型；(2)理解压阻式传感器的工作原理和类型(3)能够根据需要选择合适的压力传感器进行压力测量电路设计(4)学会压力测量系统的制作与调试教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务本任务主要利用压阻式压力计来完成发动机进气量检测电路的设计和制作。演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件实物演示学生提问10分钟讲解相关知识2.2.1半导体材料的压阻效应教师通过多媒体课学生边学70对一块半导体沿某一轴向施加一定的应力而产生应变时，它的电阻率会发生一定的变化，这种现象称为半导体的压阻效应。压阻式传感器电阻的变化表示为：A/?Ap _——«—= =n,EeRp2.2.2压阻式传感器的结构与特性.压阻式传感器结构压阻式传感器主要有三种不同类型：体型、薄膜型和扩散型三种。.压阻式传感器特性）应变-电阻特性）电阻-温度特性.2.3压阻式传感器的测量电路.恒流源供电电桥A I.。为。Uq=Ubd2=/A/?可见，电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度无关，问题引导等形式进行讲解件实物演示边练分钟因此测量不受温度的影响。2.零点与灵敏度温度补偿由于温度变化，将引起零漂和灵敏度漂移。零漂产生的原因是扩散电阻的阻值随温度变化而变化。灵敏度漂移是因为压阻系数随温度的变化而变化。讨论完成任务的方案根据任务要求，提出解决任务的具体实现方案讨论法引导文法实训电路板小组讨论代表发言10分钟电路设计与制作本任务选用MPX2050GP硅压阻式传感器，其额定压力围为0~0.5kg/cm2或。〜1kg/cm2（过压值为2倍最大值），外加基准是1.5mA直流电源，额定输出电压为100土30mV，失调电压为±3mV，压阻传感器电桥电阻为4700Q±30%o本任务中采用的压阻式传感器位于进气道（距进气阀座230mm处），安装位置如图2-20所示，其测量电路原理图如图2-21所不。住m230mm教师重点讲解个别指导实训电路板学生查阅资料学生动手实际制作20分钟图2-2卜r节气0^!_Jl）铲加3传感器布置简图IS,1MMI卜：»F营图2-20传感器布置简图步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间

分配电路调(1)按照电路图2-21所示，将各元件焊接教师重点实训电路学生查阅15试到实验板上，并检查正确性(考虑到是实验讲解板资料分钟室模拟测试，可利用电风扇对于力敏传感器个别指导学生动手的作用来模拟发动机进气系统进气量的检设计测）:(2)将运算放大器输出端Uout与亳伏表连接，接通电源以6；(3)用电风扇对力敏传感器施加气场压力，因为力敏传感器的核心是在一块圆形膜片上安装着4个阻值相等的半导体电阻构成电桥，此时在电风扇作用下，膜片两侧产生压力差，4个电阻阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应电压，毫伏表有指示，说明电路正确成果检在整个过程中依据教师提供的评教师检查实训电路学生互相15查价标准，检查本小组设计作品是否符成果板检查分钟合要求地完成了工作任务。评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点仿真器小组讨论15生互评、小作品，小组给出自评成绩。讲解计算机代表发言分钟教师点(2)小组一位成员介绍一下小作品制教师点评实训电路评)作的思路和需要用到的理论知识，并板

回答教师的提问。(3)结合小组所提交的设计项目，根据学习过程按任务要求独立完成的情况；本任务的实物设计作品；以及项目报告的完成情况等，由教师与学生共同评价小组的工作情况。总结(1)本课程重点(2)操作注意事项(3)分析问题和解答问题教师讲解多媒体课件学生提问10分钟作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟布置新任务大气压检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟任务3教学过程任务名称大气压检窝教学学时4 教学场所 多媒体教室、传感器技术实训室学习任务本任务利用压电传感器来检测大气压力的变化，从而预没天气变化趋势，对预报天气等有十分重要的意义。学习目标(1) 掌握压电式传感器的工作原理，等效电路和常用结构形式

(2)掌握压电材料的类型、特性和应用主要特性参数(3)能够根据需要选择合适的压力传感器进行压力测量电路设计(4)学会压力测量系统的制作与调试教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任本任务利用压电传感器来检测大气压演示、下多媒体课小组讨论10务力的变化，从而预没天气变化趋势，达任务件、板书代表发言分钟对预报天气等有十分重要的意义。任务分将任务分解成小单元，对小单元必须教师讲解多媒体课学生提问10解用到传感器知识和技能，在后面教学件分钟过程中，通过教师讲解，学生边学边实物演示练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。讲解相2.3.1压电传感器工作原理教师通过多媒体课学生边学70关知识1.压电效应问题引导件边练分钟某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使等形式进实物演示它变形时，部就产生极化现象，同时在它的行讲解两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。2.压电效应机理石英晶体具有以下结构特性：

(1)沿4轴、丫轴方向作用力时，可产生压电效应。沿21轴方向施力，无压电效应。(2)不论沿X轴方向还是Y轴方向作用力，正、负电荷等效中心只在X轴方向移动，此为极化方向，即电荷只产生在垂直于X轴的两平面上。(3沿丫轴方向作用拉力与沿x轴方向作用压力，晶胞结构变形相同，因而产生的电荷极性相同。步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配讲解相2.3.2压电材料教师通过多媒体课学生边学关知识压电材料的主要特性参数有：问题引导件边练(1)压电常数d:是衡量材料压电效应强弱等形式进实物演示的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。行讲解(2)居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点温度。(3)介电常数〃：它决定固有电容的大小。(4)电阻率：绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。(5)刚度：刚度大，机械强度高，固有频

率高、线性围宽、动态性能好。压电材料不同，它们的特性就不相同，所以用途也不一样。压电晶体主要用于实验室基准传感器；压电陶瓷价格便宜、灵敏度高、机械强度好，常用于测力和振动传感器；而高分子压电材料多用于定性测量。2.3.3压电传感器测■电路1）电压放大器（阻抗变换器）压电传感器有很好的高频响应，但是，当作用于压电元件的力为静态力（3=0）时，前置放大器的输出电压等于零，因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉，所以压电传感器不能用于静态力的测量。2）电荷放大器电荷放大器的输出电压6b只取决于输入电荷与反馈电容Q,与电缆电容&无关，且与g成正比，这是电荷放大器的最大特点。讨论完根据任务要求，提出解决任务的具体讨论法实训电路小组讨论15成任务实现方案引导文法板代表发言分钟的方案电路设一个标准大气压（atm）相当101.325教师重点仿真器学生查阅15

计与制作kPa。因此，对大气压力的测量可采用满量程为200kPa的绝对压力传感器。选择HS20型压电式压力传感器，工作电压为5V,它能将气压的变化直接转换为输出电压的变化，并且具有温度漂移小和使用方便的优点。讲解个别指导计算机实训电路板资料学生动手实际制作分钟步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配用HS20压电式传感器构成的仪由测量电路、显示驱动和窗电路组成大气压力测量口鉴别三部分，—,sL3X二九P.k电路调试(1)按照电路图2-38所示，将各元件焊接到实验板上,并检查正确性；(2)接通电路电源，调零。将心2的2、3脚暂时短接，调节Rpi，使IC2输出电压=0；(3)气压计校准。改变大气压，通过调节教师重点讲解个别指导实训电路板学生查阅资料学生动手设计15分钟

仆2,使电路的输出符合图2-37所示关系曲线。成果检在整个过程中依据教师提供的评教师检查实训电路学生互相15查价标准，检查本小组设计作品是否符合要求地完成了工作任务，用最终完成的系统板进行功能演示和说明，分析各部分功能的完成情况和小组的创意情况。成果板检查分钟评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点仿真器小组讨论15生互评、教师点评)小作品，小组给出自评成绩。(2)小组一位成员介绍一下小作品制作的思路和需要用到的理论知识，并回答教师的提问。(3)结合小组所提交的设计项目，根据学习过程按任务要求独立完成的情况；本任务的实物设计作品；以及项目报告的完成情况等，由教师与学生共同评价小组的工作情况，并根据每人完成的复杂程度及创新程度给以鼓励O讲解教师点评计算机实训电路板代表发言分钟总结(1)本课程重点(2)操作注意事项教师讲解多媒体课件学生提问学生总结10分钟

(3)分析问题和解答问题作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟布置新任务电机转轴直径的检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟

学习情境三位移检测教学班级教学学时12教学场所多媒体教室、传新当日捺能力(技能)目标知识目标(1)能够根据需要选择合适的位移传感器进行测量电路设计；(2)学会位移测量系统的制作与调试。(1)了解位移测量的基本方法和位移传感器类型；(2)掌握电感式传感器的工作原理、基本特性和结构类型；(3)掌握电感式传感器的测量电路及应用；(4)掌握电涡流式传感器的工作原理、主要特性、测量电路和典型应用；(5)了解光栅式传感器的工作原理、主要特性、测量电路和典型应用。能力训练任务任务编号任务名称任务描述学时分配1电机转轴直径的检测本任务中主要利用电感式传感器来完成电机转轴直径检测电路的设计和制作。42金属表面镀膜厚度测量在采用镀膜技术对零部件表面进行处理时，其表面镀膜厚度的检测就显得尤为重要。4

在X射线、超声、电涡流等众多方法中，电涡流检测技术以其安全、方便快捷、精度高和成本低等优点在多层导电结构厚度检测方面获得了广泛应用。3数控机床工作台位移检测数控机床实际加工现场，通常存在许多变量直接或间接地影响加工精度，如工件毛坯、余量及其误差等。为提高数控机床的加工精度，有必要为其配备在线测量装置。光栅输出信号为数字量，数据不受温度、时间的影响，抗干扰能力强，它是一种定值式传感器，测量精度取决于光栅刻线的准确性，能够动态而高精度地测量直线位移，是改造旧机床、装备新机床以及改进长度计量仪器的重要配件。4学业评价：实行多评价主体参与的学习全过程综合考核制度，考核按照平时训练和综合训练相结合、理论和实践相结合、实物和答辩相结合的原则进行，最终成绩根据学习过程“小组合作学习”学习表现、关键能力表现、实物作品展示、项目报告和答辩结果来确定。详见学习任务三学业评价表。续上表学习情境三学业评价表1.“小组合作学习”学习表现评价表(1)mT： 评价主体:说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价饵”表示行为总是发生：3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生：T'表示行为没有发生。1.明确学习目标和任务后，立即讨论制定学习计划12342.小组成员中软硬件设计任务分工明确12343.小组成员注意倾听并考虑别人的观点12344.大家共享信息资源12345.完成任务过程能认真研究遇到的问题并主动思考解决办法12346.完成任务时积极，小组成员之间主动合作12347.完成任务时感兴趣，小组成员积极参与12348.完成任务时有目的性，小组成员之间相处融洽12349.完成任务时充满激情，小组成员之间主动沟通123410.按任务要求独立开展学习与工作123411.小组成员献计献策制订较优化的系统设计方案123412.小组成员对仪器仪表操作规，符合要求123413.小组成员能合理选择元器件123414.按时完成设计报告并汇报在团队中的设计任务123415.完成的电路能实现设计所要求效果并有创新123416.完成的控制系统设计后，工作台面整洁1234续上表组别： 评价主体:说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价：(4)表示4分；(3)表示3分；(2)表示2分；(1)表示1分。1.获取与处理信息的能力(1)能够从教科书和课堂获得所需信息。(2)能够利用学校的信息源获得所需信息。(3)能够从大众媒体和所有渠道获得所需信息。(4)能够开拓创造新的信息渠道；从日常生活和工作中随时捕捉有用的信息。2.工作与学习的方法能力(1)能够回忆、再现学习容。(2)能够在一定的时间围独立学习。(3)能够独立确定学习的时间、方法；能解决调试过程出现的问题。(4)能够认识自己的缺陷并及时补救；独立决定学习进度和制定设计方案。3.计划组织与执行能力(1)能够解释工作过程；依据教师制定的标准检查工作任务是否完成。(2)能够按照给定的工作计划较灵活地完成设计任务；独立评估成果。(3)能够熟练运用所学知识技能独立制定项目工作计划。(4)能够对复杂任务进行模块化设计并独立解决问题。4.交流与合作能力(1)能够参与讨论；完成小组给定的软硬件设计任务。(2)能够在讨论中提出自己的见解；适应小组工作方式。(3)在小组工作中态度友好，富有创新性。(4)能够代表本专业与其他同学合作；在工作小组中活动自如。5.心理承受力(1)能够在教师监督下完成任务和自我评估成果；胜任较低心理要求的工作。(2)能够胜任中等心理要求的工作。(3)责任心更加经常化、自觉化；由于自信心等原因，能胜任较高要求。(4)能够自觉对小组和项目负责；有完成重大任务的心理准备。

组别： 汇报人：汇报容： 评价主体：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率;评价，'4”表示行为总是发生：'3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生表示行为没有发生。A.身体表现a.站直，面向观众4321b.面部表情随着表达容的变化而变化4321C.保持与观众眼神的交流4321d.适当的手势4321B.声音表现a.说话节奏平稳，语速适当4321b.用声调变化强调重点4321C.声音足够大，每一位听众都能够听清楚4321d.发音正确，吐字清晰4321C.语言表达a.表达时用词恰当准确4321b信息组织逻辑清晰4321C.语言简练，不罗嗦4321d.表达流畅，语意完整4321e.能正确回答教师提问4321f.回答问题及时4321

组别： 汇报人:汇报容：评价主体:汇报容：说明：监控：监控小组代表在做口头汇报时每种行为发生的频率;评价，'4”表示行为总是发生：'3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生表示行为没有发生。A.项目设计报告a.小组成员能正确完整写明实验容4321b.小组成员正确画出控制系统的硬件原理图4321c.小组成员正确画出控制系统的软件流程图4321d.测试结果与分析符合要求4321e.流程图和程序的设计简洁模块清晰4321f.报告文档版面清楚，格式完整4321g・报告文档是否体现知识拓展模块的设计4321h.报告文档最后写出学习小结，分析存在差距的原因4321B.实物作品展不a.小组成员能够操作演示并有明显的效果4321b.控制系统设计符合学习要求，能实现基本功能4321C.运算结果是否准确4321d.数码管能否显示数值4321e.键盘设计连线是否正确、合理4321f.控制系统的设计效果有创意任务1教学过程任务名称电机转轴直径的检测教学学时4教学场所多媒体教室、传感器技术实训室学习任务本任务中主要利用电感式传感器来完成电机转轴直径检测电路的设计和制作。学习目标1）了解位移测量的基本方法和位移传感器类型；2）掌握电感式传感器的工作原理、基本特性和结构类型；3）掌握电感式传感器的测量电路及应用4）能够根据需要选择合适的位移传感器进行测量电路设计；5）学会位移测量系统的制作与调试。教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务本任务中主要利用电感式传感器来完成电机转轴直径检测电路的设计和制作。演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任教师讲解多媒体课件实物演示学生提问10分钟

务。讲解3.1.1自感式传感器教师通过多媒体课学生边学70相关自感式传感器又称为变磁阻式传感问题引导件边练分钟知识器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。等形式进实物演示「一圈/帙芯行讲解1'"11_1--nW1土T续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配

讲解相关知识当线圈匝数W为常数时，电感Z■仅仅是磁路中磁阻所的函数，改变减力。均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度酸传感器和变气隙面积4。的传感器，若线圈中放入圆形衔铁，则又可变为螺管型电感传感器。tfc酒B(a)变气隙型电感传感器(b)变面积型电感传感器(C)螺管型电感传感器.变气隙型电感传感器的测量围与灵敏度及线性度相矛盾，因此变气隙型电感式传感器适用于测量微小位移的场合。为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变气隙型电感传感器。.变面积型传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线牲，因此可望得到较大的线性围。与变气隙型相比较，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，需减小气隙厚度丽增加线圈匝数4，但同教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练

样受到工艺和结构的限制，气隙长度阴）选取与变气隙型相同。3.通过以上三种形式的单线圈电感式传感器的分析，可得到：①变气隙型：灵敏度最高，非线性误差较大，量程必须限制在较小的围，通常为气隙厚度50的1/5以下，同时，制作装配比较困难；②变面积型：灵敏度较变气隙型低，线性较好，量程较大，制造装配比较方便；③螺管型：灵敏度较变面积型还低，量程大、线性较好，结构简单易于制作和批量生产。4）差动式自感传感器比较单线圈和差动两种变气隙型电感传感器的特性，可以得到如下结论：①差动式比单线圈式的灵敏度高一倍；②差动式的非线性项等于单线圈非线性项乘以（/物0）因子，因为（A5/60）«1,所以，差动式的线性度得到明显改善；③温度变化，电源波动，外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小，AT<<») O"l(6) 0\/~r\△△△[VVVV*<<>。八△八△,一IVvVV'(#) 0~、一\.讲解相上述相敏检波电路输出电压"0的变化教师通多媒体学生边关知识规律充分反映了被测位移量的变化规律，过问题课件学边练即。。的值反映位移/X的大小，而“。的引导等实物演极性则反映了位移Z1X的方向。形式进示行讲解讨论完根据任务要求，提出解决任务的具体实现讨论法实训电小组讨10成任务方案引导文路板论代表分的方案法发言钟电路设电感测微器是电感式直径分选装置的教师重实训电学生查20计与制关键部件，其部主要由差动变压器式传感点讲解路板阅资卷1分作器组成，根据电路的具体要求来选择适合个别指学生动钟的电感测微器。本设计中选用OX-7型电导手实际

感测微仪,其传感器的重复精度最高可达制作0.03pmo本任务中图3-14所示检波电路及方压器的激励日路产生，A5合器PC构(AGC)电JVT2组成升E采用，主事攵大电3源由为电I成负J#,3电路二靖的电感测彳E由激励电路等组成A4组成E放大级，反馈，即1.一步稳幅■©••1卜性工土福收器电路图如源电路、相敏,其中差动变正弦波振荡电A6与光电耦刍动增益控制,A7与VT1、N >IIVaJ5r皿；栽二•cambias举匚』工CBz；广£1~IM8hov1»卜«!Kq1>M»「J生等IMM1湍赳jH.电路调试(1)按照电路图3-14所示，将各元件焊接到实验板上，并检查正确性(考虑到是实验室模拟测试可在A3放大器输出TP6端连接数字万用表)；(2)调整加2,使观察到的与振荡频率相同的交流分量最小，这时万用表上应显示为0V电压。若不为0V，可减小LM1496的7脚的载波输入，输入必须为正负对称教师重点讲解个别指导实训电路板学生查阅资料学生动手设计15分钟

的交流波形；(3)此时稍微移动差动变压器的衔铁，万用表显示正负直流电压信号，则电路工作正常。步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配成果检在整个过程中依据教师提供的评教师检实训电学生互相15查价标准，检查本小组设计作品是否符合要求地完成了工作任务。查成果路板检查分钟评你学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点实训电路小组讨论15生互评、教师点评)小作品，小组给出自评成绩。(2)小组一位成员介绍一下小作品制作的思路和需要用到的理论知识，小组各成员回答教师的提问，教师做记录总结，并将结果反馈给学生。(3)教师结合小组所提交的设计项目，根据学习过程按任务要求独立正确的完成；以及项目报告的完成情况等对项目完成的成果进行评价，并将评价过程记录到下面表格。讲解教师点评板代表发言分钟总结(1)本课程重点(2)操作注意事项教师讲解多媒体课件学生提问学生总结10分钟

(3)分析问题和解答问题作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟布置新任务金属表面镀膜厚度测量教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟

任务2教学过程任务名称金属表面镀膜厚度测・教学学时4教学场所多媒体教室、传感器技术实训室学习任务实时准确的镀膜厚度检测对于提高过程控制质量和零部件在线检测与维修效率具有重要意义。在X射线、超声、电涡流等众多方法中，电涡流检测技术以其安全、方便快捷、精度高和成本低等优点在多层导电结构厚度检测方面获得了广泛应用。学习目标1)掌握电涡流式传感器的工作原理、主要特性、测量电路和典型应用；能够根据需要选择合适的位移传感器进行测量电路设计；学会位移测量系统的制作与调试。教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务实时准确的镀膜厚度检测对于提高过程控制质量和零部件在线检测与维修效率具有重要意义。在X射线、超声、电涡流等众多方法中，电涡流检测技术以其安全、方便快捷、精度高和成本低等优点在多层导电结构厚度检测方面获得了广泛应用。演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟

任务分解将任务分解成小单元，对小单元必须用到传感器知识和技能，在后面教学过程中，通过教师讲解，学生边学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。教师讲解多媒体课件实物演示学生提问10分钟讲解相根据法拉第电磁感应原理，当块教师通过多媒体课学生边学70关知识状金属导体放置在一变化的磁场中，问题引导件边练分钟导体就会产生感应电流，这种电流像等形式进实物演示水中旋涡那样在导体转圈，称之为电行讲解涡流或涡流，这种现象就称为涡流效应。3.2.1电涡流传感器工作原理电涡流式传感器在金属导体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关。涡流传感器主要可分为高频反射和低频透射两类3.2.2电涡流传感器测■电路续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配

讲解相关知识(1)电桥由电涡流传感器的工作原理可知，当被测对象变化可引起涡流式传感器线圈的阻抗2电感Z.和品质因数。发生变化，通过测量Z、L或Q就可求出被测量参数的变化。转换电路的作用就是将2Z.或。转换为电压或电流的变化。阻抗N的转换电路一般用电桥，电感L的转换电路一般用谐振电路，又可以分为调幅法和调频法两种。(2)调幅式电路当金属导体远寓或去掉时4C并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fO,回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，2•的数值随距寓X的变化而变化。因此，输出电压也随X而变化。输出电压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出X的大小。教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练

(3)调频式电路传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离X改变时，在涡流影响下，传感器的(阻抗)电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数f=L(x),该频率可由数字频率计直接测量，或者通过尸-1/变换，用数字电压表测量对应的电压。讨论完根据任务要求，提出解决任务的具体讨论法实训电路小组讨论10成任务实现方案引导文法板代表发言分钟的方案电路设在本任务中，采用ED300型涡流式测教师重点实训电路学生查阅20计与制厚仪，主要用于测量非磁性金属基体讲解板资料分钟作表面的氧化膜或涂层厚度，其测量围个别指导学生动手为0〜150Pm,测量精度为±3%。实际制作2.测量电路设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配电路设金属氧化膜的涡流测量电路如图3-30教师重点实训电路学生查阅计与制所示。电路主要由振荡器、检测电桥、讲解板资料作放大器(图中未画出)等组成。VT1个别指导学生动手

及外围元件组成频率为10kHz的振荡器，其输出通过6000Q:600。的变压器T耦合至电桥。电桥由RP1、RP2、RP3、R1、C6及传感器Z.组成，适当调节RP1、RP2和RP3,可使电桥在金属物表面无氧化膜时接近平衡，几乎无交流信号从电桥输出。若此时金属物表面有氧化膜时，传感器产生的感应电流使电桥失去平衡，A点就会输出检测信号。电路调试(1)按照电路图3-30所示，将各元件焊接到实验板上，并检查正确性(考虑到是实验室模拟测试，可在输出A端连接万用表)；电路调试(2)在金属物表面无氧化膜时，调整RP1、RP2和RP3,此时电桥平衡，无电压输出，这时万用表上应显示为0V电压；设计教师重点实训电路学生查阅设计教师重点实训电路学生查阅15讲解板资料分钟个别指导学生动手设计用表显示不为0V，电压值随着膜厚变化而变化，则电路工作正常。成果检检查电路的设计方案是否满足题目教师检查实训电路学生互相15查要求，电路的布线是否合理，设计能否实现既定功能，测量数据是否否正正常误差围。成果板检查分钟评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点小组讨论15生互评、教师点评)作品，小组给出自评成绩。(2)小组一位成员介绍一下小作品制作的思路和需要用到的理论知识，小组各成员回答教师的提问，教师做记录总结，并将结果反馈给学生。讲解教师点评实训电路板代表发言分钟续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配评价(学(3)教师结合小组所提交的设计项教师重点实训电路小组讨论生互评、目，根据学习过程按任务要求独立正讲解板代表发言教师点确的完成；以及项目报告的完成情况教师点评评)等对项目完成的成果进行评价，并将评价过程记录到下面表格。总结(1)本课程重点教师讲解多媒体课学生提问10(2)操作注意事项件分钟

(3)分析问题和解答问题作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2分钟布置新任务数控机床工作台位移检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟

任务3教学过程任务名称数控机床工作台位移检测教学学时4教学场所多媒体教室、传感器技术实训室学习任务实际加工现场，通常存在许多变量直接或间接地影响加工精度，如工件毛坯、余量及其误差等。为提高数控机床的加工精度，有必要为其配备在线测量装置。光栅输出信号为数字量，数据不受温度、时间的影响，抗干扰能力强，它是一种定值式传感器，测量精度取决于光栅刻线的准确性，能够动态而高精度地测量直线位移，是改造旧机床、装备新机床以及改进长度计量仪器的重要配件。学习目标1）能够根据需要选择合适的位移传感器进行测量电路设计；2）学会位移测量系统的制作与调试。3）了解光栅式传感器的工作原理、主要特性、测量电路和典型应用。教学过程设计步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配布置任务实际加工现场，通常存在许多变量直接或间接地影响加工精度，如工件毛坯、余量及其误差等。为提高数演示、下达任务多媒体课件、板书小组讨论代表发言10分钟

控机床的加工精度，有必要为其配备在线测量装置。光栅输出信号为数字量，数据不受温度、时间的影响，抗干扰能力强，它是一种定值式传感器，测量精度取决于光栅刻线的准确性，能够动态而高精度地测量直线位移，是改造旧机床、装备新机床以及改进长度计量仪器的重要配件。任务分将任务分解成小单元，对小单元教师讲解多媒体课学生提问10解必须用到传感器知识和技能，在后面件分钟教学过程中，通过教师讲解，学生边实物演示学边练，学习传感器的相关知识和技能，完成该任务。讲解相3.3.1光栅的基本结构多媒体课学生边学70关知识1.光栅件边练分钟光栅是在透明的玻璃上刻有大量实物演示相互平行、等宽而又等间距的刻线。这些刻线有透明的和不透明，或者是续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配

讲解相关知识对光反射的和不反射的，刻制的光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100,250条等。图3-34所不为黑白型长光栅，光栅上的刻线称为栅线，图中a为刻线宽度，b为缝隙宽度，a+b=W,必称光栅的栅距（也称为光栅常数），通常a=b=W/2HIIIII2.光栅式传感器的结构光栅式传感器主要由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件等组成3.3.2光栅传感器工作原理如果把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合（片间留有很小的间隔），并使两者栅线（光栅刻线）之间保持很小夹角e，在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带，在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光作用而形成暗带，于是在近似于垂直教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练

栅线的方向上出现明暗相间的条纹，即在d-d线上形成亮带，在“线上形成暗带，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹方向与刻线条纹方向近似垂直，当指示光栅左右移动时，莫尔条纹上下移动变化。2.莫尔条纹的特性(1)位移放大作用。(2)减小误差作用。续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配

讲解相关知识(3)方向对应与同步性3.3.3光栅辨向及细分1.辨向 k_m教师通过问题引导等形式进行讲解多媒体课件实物演示学生边学边练\yj、、\J . f"，料"：，—L_n_n_r.J-LnJU--n_n_ri_r'Ln_n_jn--"MM—JLTJLJl^-vr -if •—“5」 E—・—Q,图辨向逻辑电路原理图2.细分所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期，发出多个脉冲，以减小脉冲数量值从而提高分辨率。常用的电子细分有直接细分法、电阻电桥细分法和电阻链细分法三种讨论完成任务的方案根据任务要求，提出解决任务的具体实现方案讨论法引导文法实训电路板小组讨论代表发言10分钟电路设计与制作数控机床导轨直线位移检测，根据光栅传感器的相关知识，可选用直线光栅位移传感器，本任务中选用BG-1教师重点讲解个别指导实训电路板学生查阅资料学生动手20分钟

型光栅传感器，根据运动行程选择相 实际制作应的长度L0,并根据检测精度要求选择光栅的栅距。续上表步骤学习容教学方法教学手段学生活动时间分配成果检检查电路的设计方案是否满足题教师检查实训电路学生互相15查目要求，电路的布线是否合理，设计能否实现既定功能，测量数据是否否正正常误差围成果板检查分钟评价(学(1)小组中一位成员展示制作完成的教师重点实训电路小组讨论15生互评、教师点评)作品，小组给出自评成绩。(2)小组一位成员介绍一下小作品制作的思路和需要用到的理论知识，小组各成员回答教师的提问，教师做记录总结，并将结果反馈给学生。(3)教师结合小组所提交的设计项目，根据学习过程按任务要求独立正确的讲解教师点评板代表发言分钟

完成；以及项目报告的完成情况等对项目完成的成果进行评价，并将评价过程记录到下面表格。总结（1）本课程重点（2）操作注意事项（3）分析问题和解答问题教师讲解多媒体课件学生提问学生总结10分钟作业布置学生课外作业教师讲解板书学生记录2渊布置新任务动感单车速度检测教师讲解多媒体课件学生记录查阅资料3分钟学习情境四速度检测教学班级 教学学时12 教学场所 实训室教学目标能力（技能）目标知识目标1）能够根据需要选择合适的速度传感器进行速度测量电路设计2）学会速度测量系统的制作与调试1）理解霍尔效应、霍尔传感器的工作原理2）了解光纤传感器的工作原理3）熟悉霍尔传感器的测量电路4）熟悉光纤传感器类型和应用5）掌握霍尔传感器的结构和主要特性

6）理解光电编码器的工作原理及应用能力训练任务任务编号任务名称任务描述学时分配1动感单车速度检测动感单车是一种结合了音乐、视觉效果等独特的充满活力的室自行车训练、健身设备。动感单车的结构与普通的单车相似，包括车把、车座、蹬板和轮子几个部分，与普通自行车不同的是，其车身稳固地联结为一个整体。42机床主轴转速检测机床主轴的控制主要是速度控制，本任务针对机床主轴的转速检测要求，选用合适的光电编码器，制定合适的安装、调试方案等。43直流电机转速检测直流电机的速度检测方法有多速，如测速发电机、光电编码器、光电对管、光纤等，本任务要求通过光纤传感器测量直流电机的转速。这种方法实现起来简单、成本低、测量精度高。4学业评价：实行多评价主体参与的学习全过程综合考核制度，考核按照平时训练和综合训练相结合、理论和实践相结合、实物和答辩相结合的原则进行，最终成绩根据学习过程“小组合作学习”学习表现、关键能力表现、实物作品展示、项目报告和答辩结果来确定。续上表学习情境四学业评价表.“小组合作学习”学习表现评价表(1)mT： 评价主体:说明：监控：监控小组在合作完成学习任务时每种行为发生的频率。评价饵”表示行为总是发生：3”表示行为经常发生；“2”表示行为很少发生：T'表示行为没有发生。1.明确学习目标和任务后，立即讨论制定学习计划12342.小组成员中软硬件设计任务分工明确12343.小组成员注意倾听并考虑别人的观点12344.大家共享信息资源12345.完成任务过程能认真研究遇到的问题并主动思考解决办法12346.完成任务时积极，小组成员之间主动合作12347.完成任务时感兴趣，小组成员积极参与12348.完成任务时有目的性，小组成员之间相处融洽12349.完成任务时充满激情，小组成员之间主动沟通123410.按任务要求独立开展学习与工作123411.小组成员献计献策制订较优化的系统设计方案123412.小组成员对仪器仪表操作规，符合要求123413.小组成员能合理选择元器件123414.按时完成设计报告并汇报在团队中的设计任务123415.完成的电路能实现设计所要求效果并有