《传感器与自动检测技术》电子教案（模块1）

《模块1传感器与自动检测技术概述》教案PAGE1第1页共9页《单元1传感器与自动检测技术的基本概念》教案课题单元1传感器与自动检测技术的基本概念教学目的了解传感器与自动检测技术的基本概念了解自动检测的定义及在机电产品中的作用教学重点自动检测的定义，自动检测在机电产品中的作用教学资源多媒体教学课件、部分传感器实物教学手段多媒体课堂教学、实物演示、检测场景模拟教学教学过程和教学内容教学方法引入模块一传感器与自动检测技术概述本模块力求通过对传感器的基本概念、自动检测技术及系统的基本概念、测量误差与精度以及虚拟仪器检测技术等的介绍，使读者对传感器与自动检测技术中涉及的一些基本问题有一个初步的了解。单元1传感器与自动检测技术的基本概念一、传感器与自动检测技术简介从人类对信息获取、度量的发展历史引出检测的定义。例如：长度测量，步子（生物体）→尺→长度传感器→超声波检测（仿生学）。长度测量的发展符合螺旋式上升规律。提纲挈领法案例引入法概念分析所谓检测就是人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量获取定性或定量信息的认识过程。检测包含检查与测量两个方面，检查往往是获取定性信息，而测量则是获取定量信息。循序渐进法案例分析二、自动检测技术在国民经济中的地位1．与人类的关系及地位（1）与日常生活密切相关【图示】空调、冰柜的温湿度传感器；复印件的透光率传感器；电子门锁的指纹传感器等。【动画】自动水龙头动画演示自动水龙头在人的手接近时自动出水、手离去时自动断水的过程。（2）提高劳动生产率【图示】容器内的液位检测；检查轴承中滚珠是否脱漏。【动画】演示光幕－自动收费系统的检测过程（3）电“五官”【动画】自动门动画演示宾馆、商店等场所的自动门在人接近时自动打开、人离去后自动关闭的过程。2．检测技术在军事上的应用【动画】导弹动态瞄准动画【图示】步枪红外狙击瞄准仪3．检测技术在航天领域的应用【图示】火箭测控；飞行器测控4．在其他方面的应用【动画】GPS定位导航动画演示；超声波测速动画演示；电容指纹识别动画演示【图示】超声波检测金属零件是否有瑕疵应用案例法图示展演法动画讲演法图示展演法动画展演法动画讲演法动画展演法图示展演法动画展演法图示展演法概念分析三、自动检测技术在机电产品中的作用【图示】检测技术在汽车中的应用的示意图机械本体自动检测技术控制技术执行机构【动画】演示机床导轨三坐标位置检测的过程；演示路面沥青摊铺机自动找平的过程。图示讲演法动画展演法作业教材能力训练1－1，1－2练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元2传感器简述》教案课题单元2传感器简述教学目的了解传感器的定义、分类及要求；熟悉传感器的基本特性。教学重点传感器的基本性能教学资源多媒体教学课件教学手段多媒体课堂教学教学过程及教学内容教学方法引入单元2传感器简述本节从传感器的定义与组成、分类及命名、基本特性、对传感器的要求等方面介绍。提纲挈领法概念分析一、传感器的定义与组成将被测的非电量（工业参数）转换成电压或电流量的装置。【图示】传感器组成框图被测量非电量电参量电量敏感元件传感元件测量电路传感器的分类及命名1．按工作原理划分：参量、发电、特殊。【图示】各种参量传感器、发电传感器和特殊传感器。2．按被测量性质划分：机械、热工、成分、状态、探伤。【图示】各种机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器和探伤传感器。3．按输出量种类划分：模拟量、数字量。【图示】各种模拟量传感器和数字量传感器。4．按传感器结构划分：直接、差动、补偿（平衡式）。命名方法：按第一、第二类命名【举例】电感式位移传感器、光电式转速计。三、传感器的基本特性1．精度τ：（1）精密度δ（2）准确度ε【举例】以打靶为例2．稳定性：（1）稳定度【举例】某仪表电压指示值每小时变化1.3mV（2）环境影响系数【举例】某仪表由于电源电压变化10%而引起指示值变化0.02mA。3．可靠性表征传感器可靠性最基本的尺度是可靠度，它是衡量传感器能够正常工作并完成其功能的程度。【举例】三菱公司生产的F系列PLC的可靠性就很高，平均无故障时间高达30万小时。4．输入输出特性输入输出特性的分类说明线性度线性度概念的提出【动画】线性度概念的动画线性度的表达式灵敏度：相对灵敏度：（3）迟滞（4）分辨率与分辨力【举例】一光栅传感器，测量长度10mm，最小测量距离0.1um，则分辨率为0.1％，分辨力为0.1um。（5）动态特性：反映了当被测量随时间迅速变化时，指示值与被测量值之间的关系。四、对传感器的要求对传感器的具体要求因使用条件不同而异，一般有十方面：主要从特性上、使用性能、方便程度上等提出要求。图示讲演法图示展演法应用举例法概念推演法应用举例法提纲挈领法动画讲演法应用举例法提纲挈领法作业教材认知训练1－1练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元3自动检测系统的组成与接口技术》教案课题单元3自动检测系统的组成与接口技术教学目的了解自动检测系统的组成和基本功能了解数据采集系统的组成教学重点自动检测系统的组成和基本功能；数据采集系统的组成教学资源多媒体教学课件教学手段多媒体课堂教学教学过程及教学内容教学方法引入单元3自动检测系统的组成与接口技术本节介绍自动检测系统的组成、功能和接口技术，对自动检测系统有一个初步认识。提纲挈领法概念分析一、自动检测系统的组成【图示】自动检测系统的组成框图显示记录被测量传感器转换电路数据处理执行机构【动画】自动检测系统组成的动画二、自动检测系统的功能1．变换功能2．选择功能系统具有选择有用输入信号、抑制其他无用影响因数的功能。3．比较功能处理过程是进行不断比较的过程，通常被测量和标准量都要变换到某一中间量才能进行比较。4．显示功能显示是人机联系的方法之一。【图示】指针的转动指示、数字值及符号文字显示、图像显示、记录笔移动的痕迹。自动检测系统的基本特性与传感器的基本特性相似，故不再重复了。三、自动检测的接口技术引入自动检测接口技术的基本概念，“智能化测量控制系统”的接口技术通常称为数据采集系统。【图示】数据采集系统的典型构成数据采集系统常由包括放大器、滤波器等在内的信号调理电路、多路模拟开关、采样/保持电路、A/D转换器以及接口控制逻辑电路所组成。1．信号调理电路（信号预处理电路）2．多路模拟开关【图示】多路模拟开关原理示意图3．采样/保持电路（S/H电路）【图示】采样保持原理及波形图4．A/D转换器5．接口电路及控制逻辑【图示】Log2580系列现场独立智能数据采集系统；PersonalDaqsUSB接口数据采集器；CBook2000系列高精度便携数据采集器；Cerebus多通道数据采集系统。图示讲演法动画展演法概念推演法图示展演法概念推演法图示讲演法图示讲演法图示讲演法图示展演法作业教材认知训练1－2练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元4测量误差与精度》教案课题单元4测量误差与精度教学目的理解误差的基本概念、分类及测量精度与仪表精度的概念教学重点误差的基本概念及分类教学难点相对误差教学资源多媒体教学课件教学手段多媒体课堂教学教学过程及教学内容教学方法引入单元4测量误差与精度误差是所有测量必须面对的问题，任何测量必然产生误差，但误差有不同的类型，有大有小。我们只有对误差进行分析研究，才能把有关误差的理论运用到测量中去。引导探究法概念分析一、测量误差的基本概念检测包括：检查与测量。测量过程实际上是一个比较过程。测量误差为测量值与真值之间的偏差。二、测量误差的分类按表示方法划分：绝对误差与相对误差。按被测量随时间变化的速度划分：静态误差、动态误差。按使用条件划分：基本误差、附加误差（1）绝对误差：【例1】某采购员分别在A、B、C三家商店购买100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对A家卖牛肉干的商店意见最大，是何原因？（2）相对误差：实际相对误差标称相对误差满度相对误差其中满度相对误差被用来确定仪表的精度等级，我国电工仪表为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。概念推演法应用举例法概念推演法例题讲解【例2】今有0.5级的0oC～300oC和1.0级的0oC～100oC两个温度计，要测80oC的温度，试问采用哪一个温度计好？【分析】用0.5级仪表测量时，最大标称相对误差为：用1.0级仪表测量时，最大标称相对误差为：可见显然本例中用1.0级仪表比用0.5级仪表更合适。因此在选用传感器时应兼顾精度等级和量程，一般来说测量值越接近仪表的量程，则测量越精确。例题讲演法课堂练习【练习】已知待测温度200℃左右。现有3只温度计，一只为1.5级，测量范围0℃～400℃；另一只为1.0级，测量范围0℃～500℃；还有一只为0.5级，测量范围0℃～1200℃。问选用哪只温度计测量较好？为什么？课堂练习法概念分析三、仪表精度与测量精度1．仪表精度与测量精度的关系测量精度是实际相对误差（基本误差+附加误差），而仪表精度是最大引用相对误差。2．附加误差对实际测量精度的影响概念推演法例题讲解【例3】上例中1.0级温度仪表最大标称相对误差为±1.25%，若电源电压变化为±10%时产生的附加误差≤±0.5%，试估算实际测量误差。【分析】按最坏的情况考虑，每次误差都达到技术指标规定的极限值，即：基本误差γ1=±1.25%附加误差γ2=±0.5%γx’＝γ1＋γ2＝±(1.25%＋0.5%)＝±1.75%而γx＝±√Σγ2i＝±√(1.25%)2＋(0.5%)2＝±1.35%这样处理的结果比较符合实际情况。例题讲演法作业教材认知训练1－2、1－3、1－4练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元5虚拟仪器检测技术简介》教案课题单元5虚拟仪器检测技术简介教学目的了解虚拟仪器检测技术的基本概念理解虚拟仪器的构成了解虚拟仪器的分类、系统优势及发展现状教学重点虚拟仪器检测技术的基本概念及构成教学难点虚拟仪器检测技术的基本概念教学资源多媒体教学课件教学手段多媒体课堂教学教学过程及教学内容教学方法引入单元5虚拟仪器检测技术简介采用软件编程完成相关测控对象的运算、处理和输出控制，并且用计算机显示屏来代替传统的各种数据和图像等显示装置——使用同一个硬件系统，运用不同的软件编程，得到功能完全不同的测量仪器称为虚拟仪器。提纲挈领法概念分析一、虚拟仪器检测技术概述介绍虚拟仪器的定义，与传统检测系统相比，虚拟仪器具有如下特点：（1）软件是系统的关键，强调“软件即仪器”的新概念。（2）功能由用户自己定义，用户可以方便地自己设计、修改测试方案，构成各种专用仪器。（3）信号的分析、实现、存储、打印和其他管理均由计算机完成，打破了传统仪器小而全的现状。（4）系统功能、规模可通过软件修改、增减，简单灵活。（5）价格低廉，可重复使用。（6）技术更新快，开发周期短。（7）采用软件结构、功能化模块，由于软件复制简单，大大节省了硬件开发和维护费用。（8）面向总线接口控制，用户通过软件工具组建各种智能检测系统。【图示】虚拟仪器示意图；传统仪器与虚拟仪器比较二、虚拟仪器的构成虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。1．虚拟仪器系统的硬件构成虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。2．虚拟仪器系统的软件构成测试软件是虚拟仪器的主心骨。虚拟仪器测试系统的软件主要分为仪器面板控制软件、数据分析处理软件、仪器驱动软件和通用I/O接口软件四个部分。【图示】虚拟仪器构成的相关软硬件；基于虚拟仪器的新型工业测控系统三、虚拟仪器的分类虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为PCI总线——插卡型、并行口式、GPIB总线方式、VXI总线方式虚拟仪器和PXI总线方式五种虚拟仪器类型。【图示】PCI总线卡；DB-25标准连接器；GPIB总线卡；VXI总线卡；PXI总线卡四、虚拟仪器系统的优势同其他技术相比，虚拟仪器技术具有性能高、扩展性强、开发时间短和无缝集成四大优势。五、虚拟仪器技术的发展现状目前虚拟仪器技术已经普遍被应用于测试行业，自动化、石油钻探和提炼、生产中的机器控制等各个领域。虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。①计算机是载体；②软件是核心；③高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。概念推演法图示讲演法概念讲演法图示讲演法概念讲演法图示展演法概念讲演法作业教材认知训练1－7，1－8练习巩固法本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

《单元6检测系统中的弹性敏感元件》教案课题单元6检测系统中的弹性敏感元件教学目的1、了解弹性敏感元件的基本特性及材料2、了解常用弹性敏感元件的形状及转换机理教学重点常用弹性敏感元件的形状及转换机理教学难点常用弹性敏感元件的转换机理教学资源多媒体教学课件，各种弹性敏感元件实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元6检测系统中的弹性敏感元件由浅入深的逐步引入变形、弹性变形、弹性元件、弹性敏感元件的概念。弹性敏感元件的作用：它是许多传感器及检测系统中的基本元件，它往往直接感受被测物理量（如力、压力等）的变化，并将其转化为弹性元件本身的应变或位移，然后由各种形式的传感元件把它转变为电量。弹性敏感元件形式上分成：变换力的弹性敏感元件和变换压力的弹性敏感元件这两大