传感器及应用教案

（机电技术应用专业）传感器及应用05机电（1）(2)05汽车（1）教者:陈云机械教研组2007.09.02目录 课时 第二周： HYPERLINK2007、9、3： 传感器及应用 （2） HYPERLINK2007、9、4： 传感器的定义与基本特性 （2） HYPERLINK2007、9、5： 传感器的基本误差 （2）第三周： HYPERLINK2007、9、11： 传感器的基本误差（2） （2） HYPERLINK2007、9、12： 弹性元件的形式及应用范围 （2） HYPERLINK2007、9、12： 测量误差的计算及仪表 （1）第四周： HYPERLINK2007、9、18： 电阻应变式传感器 （2） HYPERLINK2007、9、19： 温度补偿 （2） HYPERLINK2007、9、19： 热电阻传感器 （1）第五周： HYPERLINK2007、9、28： 差分变压器式传感器 （2） HYPERLINK2007、9、28： 差分变压器式传感器2 （2）第六周： 国庆长假第七周： HYPERLINK2007、10、8： 复习 （2） HYPERLINK2007、10、9： 测试 （2） HYPERLINK2007、10、9： 讲解试卷 （1）第八周：HYPERLINK2007、10、16电涡流式传感器（2）HYPERLINK2007、10、17电涡流式传感器（2）（1）HYPERLINK2007、10、18电容式传感器（2）第九周：HYPERLINK2007、10、23电容式传感器(2)（2）HYPERLINK2007、10、24压电式传感器（1）HYPERLINK2007、10、25压电式传感器（2）（2）第十周：HYPERLINK2007、10、30热电偶传感器（2）HYPERLINK2007、10、31磁电式传感器（1）HYPERLINK2007、11、1霍尔式传感器（2）第十一周：学生实习第十二周：学生实习第十三周：学生实习第十四周：学生实习第十五周：HYPERLINK2007、12、6阶段复习（2）HYPERLINK2007、12、7考试（1）HYPERLINK2007、12、8讲试卷（2）仪征工业学校教案教学单元序号：课题传感器的作用与分类课型新授课授课日期2007、9、3授课时数2课时授课班级05汽(1)、机(1)(2)授课地点北401教学目标了解了学生的要求、认识学生了解传感器的作用与分类重点、难点重点：了解学生的要求难点：传感器的作用与分类教学设计概述教师自我介绍、学生自我介绍、传感器的作用、传感器的分类板书设计姓名传感器的地位传感器的作用传感器的分类按工作原理分类按被测量性质分类按输出量种类分类按传感器的信号处理方法分类教后自我评价通过本次课的教学使学生，对传感器有了一些认识与理解，了解了传感器的作用，对传感器的工作也有了一定的了解，为以后的学习打下了基础，达到了教学的目的。教学过程教学心得新课启发随着社会的进步，科学技术的发展，传感器的应用越来越广，现代科技含量的高低主要取决于传感器应用的广度与深度。从今天开始我们就针对传感器进行学习，这是我们机械类专业的学生的专业基础课。新课讲授自我介绍，学生自我发言。一、传感器的地位在讲传感器前，我们先看一下人体的结构，人要做出某种反应和事，首先要通过人体五官（视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉）来接受外界的信息，并将这些信息付给大脑，再由大脑做出相应的运算和处理，最后由四肢执行相应的动作。那么机器要人性化、自动化就少不了需要感应，感应就由传感器来实现。要实现自动化作业，传感器必不可少，而自动化的程度就是由传感器的数量和质量来决定。二、传感器的作用将一些信息转化为数据传输给控制装置，为控制装置发出指令做好准备。三、传感器的分类传感器的种类名目繁多，分类不尽相同1、按工作原理分类参量传感器、发电传感器、脉冲传感器及特殊传感器2、按被测量性质分类机械量传感器、热工量传感器、成份传感器、状态量传感器、探伤传感器3、按输出量种类分类模拟式传感器和数字式传感器4、按传感器的信号处理方法分类直接传感器、差分传感器和补偿传感器直接传感器单独将被测量转换成所需要的输出信号，它的结构最简单，但灵敏度低、易受外界干扰差分传感器是把两个相同类型的直接传感器接在转换电路中，使两个传感器所经受的相同干扰信号相减，而有用的被测量信号相加，从而提高了灵敏度和抗干扰能力，改善了线性度。传感器常常按工作原理及被测量性质分类方式合二为一进行命名与学生相互了解促进教学效果了解传感器的应用掌握传感器的工作了解传感器的不同分类小结与作业小结本次课我们主要和大家学习了关于传感器的地位、作用、分类，传感器是应用极为广泛的器件，希望同学们多花时间进行了解。作业传感器的分类有哪些？HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题传感器的定义与基本特性课型新授课授课日期2007、9、4授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解传感器的特性掌握传感器的定义及组成重点、难点重点：传感器的定义及组成难点：传感器的特性教学设计概述传感器的定义、组成、传感器的特性板书设计传感器的定义与基本特性一、传感器的定义与组成二、传感器的的特性1、精度2、稳定性3、输入输出特性4、分辨率与分辨力教后自我评价通过本次课的教学使学生对传感器有了定性的认识与理解，并对传感器的特性进行了分析，使学生了解了精度、稳定性、输入输出特性、分辨率与分辨力，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知传感器的作用有哪些？传感器是怎样分类的？新课启发前一节课我们和大家学习了传感器的作用与分类认识了传感器，为了进一步掌握传感器，接下来我们将对传感器作用进一步的介绍。新课讲授一、传感器的定义与组成定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成有用输出信号的器件或装置。组成：敏感元件、传感元件及测量转换电路组成敏感元件：指传感器中能直接感受被测量的部分传感元件：指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分测量转换电路：输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式部分转换电路的形式并不是相同的，与相应的输出信号相配合，常见的有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等。电压、电流、频率、脉冲、芯片二、传感器的的特性1、精度精度是主人传感器优良程度的一个指标。分为准确度和精密度准确度：测量值对于真值的偏离程度精密度：就是测量的离散偏差2、稳定性两个指标：稳定度环境影响系数：系统外的环境影响3、输入输出特性两个方面：静态特性、动态特性静态特性：是被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢时，传感器的输出量与输入量的关系。线性度、灵敏度、迟滞、分辨率与分辨力（一）静态特性1、线性度又称为线性误差，指传感器输出—输入的实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之比。举例：y=Kx以电路中的电流、电压、电阻为例分析其的线性计算。2、灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值线性传感器的灵敏度是一个常数3、迟滞传感器的正向特性与反向特性的不一致程度。4、分辨率与分辨力用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量值的性能指标。分辨率以最大量程的百分数来表示。是一个无量纲的比率量。分辨力是以最小量程的单位值来表示，是一个有量纲的量程（二）动力态特性响应特性，跟踪输入信号变化的特性。掌握传感器的定义的组成了解传感器各部分的作用对传感器的特性有一定的认识学会评价传感器的优劣学会计算线性度了解各特性的名称能认识分辨与分辨力的区别了解动态特性的含义小结与作业小结本次课我们主要和同学们学习了传感器的定义及传感器的特性，并学习了一些计算，希望同学们加强认识。作业什么叫传感器，有哪些组成？传感器的特性有哪些？HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题传感器的基本误差课型新授课授课日期2007、9、5授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解测量误差的一些概念、理解测量误差的含义掌握相对误差的计算方法重点、难点重点：理解测量误差的意义难点：相对误差计算方法的掌握教学设计概述传感器的误差、测量误差的含义、相对误差的计算板书设计传感器的基本误差定义：传感器输出值与理论输出值的差值。一、测量误差的基本概念二、误差的分类1、按表示方法分类（1）绝对误差（2）相对误差教后自我评价通过本次课的教学使学生了解了传感器的基本误差，并对各种误差的概念有了一定的认识与理解，掌握了误差按表示方法分类及表示，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知什么叫传感器，有哪些组成？传感器各组成部分起什么作用？新课启发任何测量都不可能绝对准确，都存在误差，只要误差存在允许的范围内即可认为符合标准，传感器也是一样。新课讲授传感器的基本误差定义：传感器输出值与理论输出值的差值。一、测量误差的基本概念传感器也就是一种测量器具，所以传感器的误差也就是测量误差。真值：被测量本身所具有的真正值约定真值：真值未知，用基准器的量值来代替真值。实际值：经过多次测量的算术平均值，接近于真值。标称值：测量器具上所标出来的数值示值：由测量器具读数装置所出来的被测量的数值测量误差：测量出来的数值与被测量的实际值之间的差值。二、误差的分类在测量中由不同因素产生的误差是混合在一起同时出现。1、按表示方法分类（1）绝对误差：指示值与约定真值的差值。（2）相对误差：实际相对误差绝对误差与约定真值的比值标称相对误差绝对误差与示值的比值满度（或引用）相对误差绝对误差与仪器满刻度的比值。仪器的精密等级讲解书上的相应例题重点是要学生认识到并不是精度高的测量仪器测量就准确，还要考虑到测量仪器的量程。了解测量误差的一些名词掌握相对误差的计算方法注意例题讲解将书上的公式分解进行讲解小结与作业小结本次课我们主要和同学们学习了传感器误差的定义，了解了测量误差的一些基本概念，并讲了关于相对误差的计算方法。作业P12、1需在课堂提示HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题传感器的基本误差（2）课型新授课授课日期2007、9、11授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解误差的分类，理解误差的类别了解仪表精度与测量精度掌握传感器中的弹性敏感元件及其基本特性重点、难点重点：误差的分类、理解误差的类别难点：弹性敏感元件及其基本特性教学设计概述误差的分类、仪表精度、测量精度、弹性敏感元件及基本特性板书设计按误差出现的规律分类：按被测量随时间变化的速度分类按使用条件分类二、仪表精度与测量精度第四节传感器中的弹性敏感元件一、弹性敏感元件的基本特性刚度、灵敏度教后自我评价通过本次课的教学使学生认识了误差的分类，对仪表精度与测量精度有了一定的认识与理解，掌握了传感器中的弹性敏感元件，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知什么叫传感器的误差？什么叫测量误差、标称值、示值？什么叫绝对误差和相对误差？新课启发前面一节课我们学习了传感器的基本误差，了解了测量误差的一些名称，并进行了相对误差的计算和仪器精度的选择方法。新课讲授表示方法分误差有：绝对误差、相对误差按误差出现的规律分类：系统误差、随机误差、粗大误差1、系统误差：指误差的数值是一个常数或按一定的规律变化的值。可分为恒定误差和变值误差（1）恒定误差是指在一定条件下，误差的数值及符号都保持不变的系统误差（2）变值误差是指在一定条件下，误差按某一确定规律变化的系统误差。系统误差愈小，测量愈准确，所以常用准确度来表征系统误差大小特点：误差有规律，可以通过实验或引入修正值方法予以修正。2、随机误差：由于偶然因素的影响而引起的，其数值大小和正负号不定，难以估计。3、粗大误差：指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差。绝对误差较大。按被测量随时间变化的速度分类静态误差：指在测量过程中，被测量随时间变化很缓慢或基本不变时的测量误差。动态误差：在被测量随时间变化时所测得的误差。按使用条件分类基本误差：指检测系统在规定的标准条件下使用时所产生的误差。附加误差：当使用偏离规定标准条件时，除基本误差外还会产生附加误差二、仪表精度与测量精度1、仪表精度与测量精度的关系如何选择测量精度高的仪器2、附加误差对实际测量精度的影响了解如何处理附加误差的影响，来确定误差的性质第四节传感器中的弹性敏感元件一、弹性敏感元件的基本特性变形：物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状。弹性变形：指能够恢复原来的尺寸和形状的变形塑性变形：弹性敏感元件是许多传感器及检测仪表中的基本元件，它往往直接感受被测物理量的变化，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器元件把它转变为电量。弹性元件的基本特性：弹性敏感元件的输入量与输出量之间的关系。包括：刚度、灵敏度、弹性滞后、弹性后效1、刚度使弹性元件产生单位变形所需要的外部作用力K=lim(ΔF/Δx)=df/dx弹性曲线上某点的刚度可通过该点作曲线的切线求得，用切线与水平线夹角的正切求得。2、灵敏度是刚度的倒数，它表示弹性敏感元件在承受单位输入量时所产生的变形大小。系统误差表明了一个测量结果偏离真值和实际值的程度。注意区分各种误差重点阐述误差产生的原因来进行区分结合前面的例题了解处理办法了解弹性敏感元件的作用掌握定义能理解刚度和灵敏度的含义。小结与作业小结本次课我们主要分析了测量误差，及弹性敏感元件的基本特性，学会提高认识与理解。作业误差是如何分类的？什么是弹性敏感元件？什么是基本特性，有哪些指标？HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题弹性元件的形式及应用范围课型新授课授课日期2007、9、12授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解弹性敏感元件的测量原理掌握弹性敏感元件的形式重点、难点重点：弹性敏感元件的测量原理及弹性敏感元件的形式难点：弹性敏感元件的测量原理教学设计概述弹性敏感元件的形式、各种不同敏感元件的测量原理板书设计二、弹性敏感元件的形式及应用范围1、弹性敏感元件的形式2、变换力的弹性元件3、变换压力的弹性敏感元件教后自我评价通过本次课的教学使学生了解了弹性敏感元件的形式，分析了变换力的弹性元件和变换压力的弹性敏感元件，理解了它们的工作过程，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知系统误差分为哪几类？什么叫弹性敏感元件？什么叫弹性敏感元件的基本特性？新课启发前一节课我们学习了弹性敏感元件及其基本特性，并对误差的分类进行了分析，接下来我们就对弹性敏感元件的形式及应用范围进行分析。新课讲授二、弹性敏感元件的形式及应用范围分析弹性敏感的应用原理1、弹性敏感元件的形式力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件2、变换力的弹性元件（1）等截面轴，等截面轴又称柱式弹性敏感元件，可以是实心柱体或空心圆柱体。比较两者的应用特点：学会计算应变P9轴向应变横向应变（2）环状弹性敏感元件环状弹性敏感元件多做成等截面圆环，其灵敏度较高，可以测量较小的力。但加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。（3）悬臂梁是一端固定、另一端自由的弹性敏感元件。可分为等截面矩形悬臂梁和变截面悬臂梁，特点：结构简单，易于加工，输出位移大，灵敏度高，常用于较小力的测量。扭转轴当自由端受到转矩作用时，扭转轴的表面会产生拉伸或压缩应变，在轴表面上与轴线成45°方向产生应变。3、变换压力的弹性敏感元件（1）弹簧管又称波管，了解弹簧管的类型，及实现的原理（2）波纹管是一种圆柱管状的弹性敏感元件（3）等截面薄板又称平膜片，是一种抗弯刚度可以忽略的周边固定的圆形薄膜。（4）波纹膜片和膜盒波纹膜片是一种压有环形同心波纹的圆形薄膜。为了进一步提高灵敏度，可将两个波纹膜片焊在一起，制成膜盒（5）薄壁圆筒和薄壁半球应用不是很广泛，这两种弹性敏感元件的灵敏度较低。结合书上第9页相应的内容了解计算公式了解不同敏感元件的特点测量原理了解波纹管的工作小结与作业小结本次课我们主要学习了弹性敏感元件的形式及应用范围，了解了弹性敏感元件的形式，分析了一些常见的弹性敏感元件。作业P125、6、7HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题测量误差的计算及仪表课型新授课授课日期2007、9、12授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标掌握测量误差的计算方法及仪表的相关计算重点、难点重点：测量误差计算方法的讲解难点：相关计算方法的掌握教学设计概述采用例题讲解、阐述解题思路板书设计例题分析教后自我评价通过本次课的教学使学生对测量误差有了进一步的认识与理解并通过计算使学生加深了对测量误差的掌握，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知弹性敏感元件的形式有哪些？新课启发前面我们分析了关于测量误差的一些计算方法，这节课我们就这些测量方法进行一些计算的例题讲解。新课讲授1、欲测250V电压，要求测量示值相对误差不大于±5%，问选用量程为250V电压表，其精度为哪级？若选用量程为300V和500V的电压表，其精度又为哪级？解题思路先根据示值相对误差的要求确定最大的绝对误差再根据绝对误差来确定相应量程的精度等级注意：在选用等级时若有尾数时，向高级的精度选用。解题过程可以请学生来做，进行分析2、有一台测量压力的仪表,测量范围为0~106Pa，压力p与仪表输出电压之间的关系为U0=a0+a1p+a2p2式中a0=2Mv，a1=10mV/（105Pa），a2=－0.5mV/（105Pa）2。求该仪表的输出特性方程画出输出特性曲线示意图该仪器的灵敏度表达式画出灵敏度曲线图该仪表的线性度解：该仪表的输出特性方程为：U0=2+10p-0.5p2灵敏度为输出特性方程的导数式为：-p+10在求仪表的线性度时先求出拟合直线的直线方程再求出输出特性方程和拟合直线方程差值的最大值根据极值的计算方法进行求解，配平方后则一目了然。最后再求出线性度。最大值为：12.5mV线性度为：12.5/50=25%小结与作业小结本次课我们主要就是分析了，关于仪表相关计算的分析，针对题目进行计算方法的确认，理解计算过程，希望同学们能够掌握相关的计算方法。作业P12、2，4HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题电阻应变式传感器课型新授课授课日期2007、9、18授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解电阻应变式传感器的测量原理及计算过程掌握应变效应及电阻应变式传感器的工作原理重点、难点重点：应变效应及电阻应变式传感器的工作原理难点：电阻应变式传感器的测量原理及计算过程教学设计概述应变效应、电阻应变式传感器的工作原理板书设计电阻应变式传感器一、应变效应二、应变片的种类、结构与粘贴三、测量转换电路1、单臂桥工作方式2、半桥工作方式3、全桥工作方式教后自我评价通过本次课的教学使学生掌握了电阻应变式传感器的工作原理，了解了应变片的种类、结构与粘贴对测量转换电路有一定的认识与理解，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知弹性敏感元件的形式有哪些？弹性敏感元件的应用范围有哪些？新课启发传感器已经成为机电产品不可缺少的组成部分，它的质量的好坏直接影响被测信号的精度。新课讲授电阻应变式传感器是电阻传感器，主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。应变效应定义：导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形，其电阻值发生变化的现象。电阻应变片就是利用这一现象而制成的。将应变片粘贴在试件表面，当试件受力变形后，应变片上的电阻丝也随之变形，通过电路将电阻的变化转变为电压或电流的变化输出。电阻丝应变片电阻=电阻率*长度/直径电阻（阻值）应变εR=△R/R与电阻片的纵向应变εx的关系在很大范围内是线性的即关系为：εR=Kεx式中K为电阻丝的灵敏度。应用特点：精度高、测量范围大、能适应各种环境、便于记忆和处理缺点：灵敏度低2.0~3.6二、应变片的种类、结构与粘贴1、应变片的结构类型应变片可分为金属应变片、半导体应变片金属应变片：金属丝式、箔式、薄膜式三种半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的优点：灵敏度高，横向效应小，易集成，与计算机接口方便。缺点：热稳定性差。2、应变片的粘贴通过粘合剂粘贴到试件上的，粘合剂的种类很多，选用时要根据基片材料、工作温度、潮湿程度、稳定性、是否加温加压、粘贴时间等多种因素合理选择粘合剂。三、测量转换电路电阻应变片的电阻变化范围小，测量转换电路通常为桥式电路，按电源发行不同，可有交流电桥、直流电桥按桥臂工作数量可分：单臂工作桥、半桥、全桥注意对学生进行推导书本公式的由来，促进学生的认识与理解。1、单臂桥工作方式R1为受力应变片，其余各臂为固定电阻2、半桥工作方式R1、R2为受力应变片，R3、R4为固定电阻3、全桥工作方式电桥四个桥臂都为应变片，此时电桥输出电压公式就是2-5在使用上述公式时，应注意电阻变化和应变值的符号，电阻应变率可以是试件的纵向应变，也可以是试件的横向应变，取决于应应变片的粘贴方向。若是压应变，ε应以负值代入；若是拉应变，应以正值代入非线性误差的处理，对于应变较小的可以忽略，而对于较大的则不可以忽略，采用恒流源作为电桥的电源也能够减小非线性误差。直流平衡或电阻平衡：R1、R2、R3、R4不可能严格相等，而在测量前将输出电压调为零的过程。交流电桥：采用交流电作为电桥的电源交流平衡或电容平衡了解阐述电阻应变片的工作原理。介绍电阻丝应变片的工作及其计算方法了解其形式了解应变片的粘贴方法掌握测量转换电路的形式讲解书本公式的由来掌握应用的注意事项平衡电路的理解。小结与作业小结本次课我们主要分析了电阻应变式传感器的工作的基本原理，研究了工作的过程及计算方法，对相关公式的应用进行了相应的讨论。作业P804HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题温度补偿课型新授课授课日期2007、9、19授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解电阻应变式传感器的应用场合及实现原理掌握电阻应变式传感器温度补偿的实现原理重点、难点重点：电阻应变式传感器温度补偿的实现原理难点：温度补偿的实现原理、应用场合和实现原理教学设计概述电阻应变式传感器温度补偿的实现原理、电阻应变式传感器的应用场合板书设计四、温度补偿1、补偿块补偿法2、桥路自补偿法五、电阻应变式传感器的应用1、力和扭矩传感器2、压力传感器3、加速度传感器教后自我评价通过本次课的教学使学生对温度补偿有了认识与理解，并掌握了温度补偿的方法及实现原理，了解了电阻应变式传感器的应用，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知什么叫做应变效应？电阻应变量与纵向应变之间的关系是怎样的？新课启发前面我们分析了电阻应变式传感器的工作原理和实现形式，在实际的工作过程中，我们了解了应变能导致应变片电阻变化外，而其实温度的变化也会导致应变片电阻变化，那么如何进行补偿，就是我们今天所要讨论的问题。新课讲授四、温度补偿目前常用的补偿方法有：补偿块补偿法和桥路自补偿法。1、补偿块补偿法在实际的工作过程中，电阻应变量应为：应力引起的电阻值的变化+由温度变化所引起的电阻值的变化。而在测量的过程中，所显示出来的电阻应变量并不是纯粹的应力引起的电阻值的变化量。所以应将由温度引起的电阻变化量测量出来，才能够做到补偿。例如：在测量如图的应变时，可采用半桥测量，用两片型号、初始电阻值、灵敏度都相同的应变片，R1和R2，R1贴于测试点、R2贴于零应变处（补偿块）。补偿块：材料、温度、与试件相同，但不受力的试块。由于R1=R2，且R1、R2所处的温度声相等，所以则由上述关系可得从式中我们发现并不含，所以U0不受温度的影响，只与被测试件的应变有关。2、桥路自补偿法与前述补偿块补偿法的工作原理相似，电桥相邻两臂受温度影响，同时产生大小相等、符号相同的电阻增量而互相抵消，从而达到桥路温度自补偿的目的。五、电阻应变式传感器的应用电阻应变式传感器中的各种弹性元件一般为敏感元件，传感器元件就是应变片，测量转换电路一般为电桥电路。把应变片粘贴到弹性敏感元件上，使弹性敏感元件的应变与被测量成比例关系。1、力和扭矩传感器可以用几片电阻应变片粘贴于弹性敏感元件，来测量元件两种方向的应变。2、压力传感器应变式压力传感器主要用于液体、气体压力的测量，测量压力范围是104~107Pa。3、加速度传感器加速度传感器实质上是一种测量力的装置分析补偿实现的原理、及基本条件。分析公式，要求学生能够掌握各公式的由来理解桥路自补偿的原理掌握电阻应变式传感器的组成各种电阻应变传感器的方式。小结与作业小结本次课我们主要和大家分析了关于电阻应变式传感器的温度补偿原理及电阻应变式传感器的应用，并分析了它们的应用原理，涉及内容较广，希望同学加强认识。促进对相关内容的掌握。作业P805HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题热电阻传感器课型新授课授课日期2007、9、19授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解热电阻传感器的工作原理及应用场合掌握热电阻传感器的定义和类别及工作原理重点、难点重点：热电阻传感器的定义和类别及热电阻传感器的工作原理难点：热电阻传感器的工作原理及应用场合教学设计概述热电阻传感器、定义、类别、工作原理、应用板书设计热电阻传感器一、热电阻二、热敏电阻三、热电阻传感器的应用金属热电阻传感器的应用半导体热电阻传感器教后自我评价通过本次课的教学使学生掌握了热电阻传感器的类别及其测量方法，对热电阻传感器的应用有了一定的认识与理解，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知1、电阻应变式传感器温度补偿的原理是什么？新课启发前面我们主要针对电阻应变式传感器的工作进行了讨论和研究，分析了它们实现的原理和方法，对温度补偿的实现作了分析研究。接下来我们就热电阻来进行讨论新课讲授热电阻传感器定义：利用电阻随温度变化特性制成的传感器。用途：用于对温度或与温度有关的参量进行检测。分类：金属热电阻和半导体热电阻热电阻热敏电阻一、热电阻热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来测量温度的。目前应用的热电阻材料是铂和铜铂的性能稳定，采用特殊的结构可制成标准铂电阻温度计，它的适用范围为-200~+960铜电阻价廉并且线性好，但温度高时易氧化，故用于温度较低的环境中-50~+150由理论计算可知，热电阻的阻值Rt不仅与温度t有关，还与温度在0度时的热电阻值R0有关。目前国内统一设计的工业用铂电阻的分度号为Pt10、Pt100，铜电阻的分度号为Cu50、Cu100。二、热敏电阻热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻。热敏电阻除按温度系数区分外，还有以下三种分类方法：按结构形式可分为体型、薄膜型、厚膜型三种。三、热电阻传感器的应用1、金属热电阻传感器的应用在工业上广泛应用金属热电阻传感器进行温度测量，用电桥作为测量电路。热电阻传感器还可测量流量，在汽车的电控发动机上用于测量进入发动机的空气测量，作为空气流量计使用。2、半导体热电阻传感器热敏电阻传感器应用范围广，具有尺寸小，响应速度快、灵敏度高等优点。温度测量、温度补偿、工业控制了解定义用途和分类特性分析比较铂和铜的性能特点分析温度计的应用及特点热电阻的分类了解金属、半导体热电阻传感器的应用小结与作业小结本次课我们主要分析了关于热电阻传感器的应用分析了它们实现的原理、工作过程，并介绍了热电阻传感器的应用。作业P802HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题气敏、湿敏电阻传感器课型新授课授课日期2007、9、25授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解气敏、湿敏电阻传感器的应用场合掌握气敏、湿敏电阻传感器的作用重点、难点重点：气敏、湿敏电阻传感器的作用难点：气敏、湿敏电阻传感器的应用场合教学设计概述气敏电阻传感器、作用、应用场合湿敏电阻传感器、作用、应用场合板书设计一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器。二、湿敏电阻传感器湿度的检测与控制在现代科研、生产、生活中的地位越来越重要。湿度有绝对湿度和相对而言湿度之分。教后自我评价通过本次课的教学使学生对气敏电阻传感器和湿敏电阻传感器有了一定的认识与了解，掌握了它们的作用，了解了它们的应用场合，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知什么叫热敏电阻传感器？热电阻传感器的类型有哪些？新课启发在前面的学习中我们已经了解了对于力、力矩、温度等进行测量的传感器，那么有些可燃性的气体在泄漏时，湿度较大时，我们有没有办法来进行检测呢？下面我们就来了解关于气敏、湿敏电阻传感器。应用前面所学引出新内容新课讲授气敏、湿敏电阻传感器是检测环境气体成分及浓度、检测环境温度，并对其进行控制和显示的重要器件，在环境保护、家用电器、消防、农业生产和安全生产等方面得到广泛应用。一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器。气敏电阻：用SnO2、ZnO2或Fe2O3等金属氧化物粉料并加入少量催化剂，按一定比例绕结而成的半导体器件。气敏电阻工作时必须回热到200~300度，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物。气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。二、湿敏电阻传感器湿度的检测与控制在现代科研、生产、生活中的地位越来越重要。湿度有绝对湿度和相对而言湿度之分。陶瓷湿敏电阻传感器的核心部分是用铬酸镁—氧化钛等金属氧化物以高温烧结工艺制成的多孔陶瓷半导体。气孔率高达25%，湿滞：陶瓷湿敏传感器吸湿快，而脱湿要慢许多，从而产生滞后现象。陶瓷湿度传感器使用时，还应考虑温度补偿，所以陶瓷湿敏电阻应采用交流供电。若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。所以湿敏电阻工作一段时间后必须重新标定。分析生活生产的需要分析气敏电阻传感器的作用了解湿滞的定义分析陶瓷湿度传感器的应用特点小结与作业小结本次课我们主要讲述了气敏、湿敏电阻传感器，分析了气敏电阻传感器的测量原理、组成，湿敏电阻传感器测量原理及工作等。作业利用课余时间将相关内容熟悉。HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题差分变压器式传感器课型新授课授课日期2007、9、26授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解差变压器式传感器的工作原理掌握电感式传感器的工作原理、分类重点、难点重点：电感式传感器的工作原理、分类难点：差变压器式传感器的工作原理教学设计概述电感式传感器的工作、分类、差分变压器式传感器的工作原理板书设计差分变压器式传感器一、电感式传感器简述二、差分变压器式传感器工作原理产生零点残余电压的主要原因减小零点残余电压的方法通常有：教后自我评价教学过程教学心得复习旧知气敏电阻传感器的作用是什么？湿敏电阻传感器的作用是什么？新课启发前面我们所学习的传感器都是电阻式传感器，在电工的学习中我们知道用电器中除了电阻外还有电感和电容，今天我们就来学习关于电感的传感器形式。新课讲授差分变压器式传感器电感式传感器是利用线圈的自感、互感或阻抗的变化来实现非电量检测的一种装置。差分变压器式传感器就是一种电感式传感器，它是根据互感的变化来感知被检测量的。一、电感式传感器简述优点：结构简单、分辨率好和测量精度高缺点：响应较慢，不宜作快速动态测量测量范围：测位移、压力、振动等参数分类：自感式、互感式、涡流式三类自感：是把被测量转为线圈的自感变化互感：是把被测量转换为线圈的互感变化涡流式：是把被测量转换为线圈的阻抗变化差分变压器式传感器属于：互感式传感器二、差分变压器式传感器工作原理差分变压器的结构分析，结合书本P28图2-22、23进行分析。组成：线框、铁心在线框上绕一组初级线圈作输入线圈、在同一线框上另绕两组完全对称的次级线圈作输出线圈，它们反向串联组成差分输出形式在输入电压Ui时推导出输出电压为 ——励磁电源角频率——线圈互感的增量I1——励磁电流线圈互感的增量与衔铁位移量x基本成正比关系，所以输出电压的有效值为：K是差分变压器的灵敏度，它是与差分变压器的结构及材料有关。零点残余电压——（对照图找出零点残余电压）产生零点残余电压的主要原因1、差分电感两个线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数不完全对称。2、存在寄生参数，如线圈间的寄生电容、引线与外壳的分布电容电源电压含有高次谐波磁路的磁化曲线存在非线性减小零点残余电压的方法通常有：1、提高线框和线圈的对称性；2、减少电源中谐波成分；3、正确选择磁路材料，同时适当减少线圈的励磁电流；4、在线圈上并联阻容移相网络补偿相位误差5、采用相敏检波电路。了解差分变压器式传感器分析电感式传感器差分变压器式传感器的结构分析零点残余电压出现的原因及减小影响的方法小结与作业小结本次课我们主要和大家分析了差分变压器式传感器的工作原理，并分析了差分变压器式传感器的工作特点，对其进行了初步分析。作业P806HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题差分变压器式传感器2课型新授课授课日期2007、9、授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解差分变压器式传感器的基本特性理解差分变压器式传感器的测量转换电路重点、难点重点：差分变压器式传感器的基本特性难点：差分变压器式传感器的测量转换电路教学设计概述差分变压器式传感器基本特性、测量转换电路、应用板书设计三、基本特性1、灵敏度2、线性范围四、测量转换电路五、差分变压器式传感器的应用教后自我评价教学过程教学心得复习旧知什么叫电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？新课启发前面我们分析了差分变压器式传感器的工作原理，对其工作有了一定的认识与理解，接下来我们就差分变压器的基本特性等进行讨论。新课讲授三、基本特性1、灵敏度定义：指差分变压器在单位电压励磁下，铁心移动一单位距离时的输出电压，以mV/(mm·V)表示。影响灵敏度的因素有：（1）电源电压和频率（2）差分变压器一、二次线圈的匝数比（3）衔铁直径与长度、材料质量（4）环境温度（5）负载电阻等2、线性范围理想的差分变压器输出电压应与衔铁位移成线性关系，实际上由于衔铁的直径、长度、材质和线圈骨架的形状、大小的不同等均对线性有直接影响。四、测量转换电路差分变压器的电压是交流电压，它与衔铁位移成正比，其输出电压如用交流电压表来测量同样无法判别衔铁移动方向。最常用的是测量转换电路是比较简单的差分整流电路。差分变压器两个线圈电压分别整流后，以它们的差值作为输出，这样，二次线圈电压的相位和零点残余电压都不必考虑。图2-25a、b用于连接低阻抗负载的场合，是电流输出型图2-25c、d用于连接高阻抗负载的场合，是电压输出型。根据图2-25差分整流电路进行分析差分变压器式传感器测量转换电路的工作原理及工作过程。五、差分变压器式传感器的应用图2-26为YST—1型差分压力变送器结构及电路图。其示意图如图2-26a所示结合图进行分析差分变压器式传感器在压力变送的应用使学生能够认识到其应用，了解其应用的特点。了解灵敏度的概念及其影响因素影响因素分析测量转换电路，是本节课的难点所在认识差分变压器的应用小结与作业小结本次课我们主要学习了，差分变压器式传感器的基本特性、测量转换电路、差分变压器式传感器的应用，希望同学能够加强相关知识的认识与理解。作业P808HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题复习课型新授课授课日期2007、10、8授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标促进学生的认识与理解，通过复习使学生的知识进一步的掌握重点、难点重点：促进学生的认识与理解难点：使学生的知识进一步的掌握教学设计概述重点分析、提醒学生注意、引导学生复习板书设计传感器的基本概念作用与分类定义与基本特性传感器的基本误差弹性敏感元件常用传感器及测量转换电路电阻应变式传感器、热电阻传感器气敏、湿敏电阻传感器、差分变压器工传感器教后自我评价通过本次课的教学使学生对前面所学知识有了进一步的认识与理解，促进了学生对相关知识的掌握，达到了教学的目的。教学过程教学心得复习旧知差分变压器式传感器相关内容新课启发通过前面一阶段的学习我们已经分析了差分变压器式电阻传感器的工作原理和应用，接下来我们就前面所学的知识和大家一起复习一下，以便我们更好地学习，及时调整学习方法。新课讲授一、传感器的地位二、传感器的作用三、传感器的分类按工作原理分类按被测量性质分类按输出量种类分类按传感器的信号处理方法分类四、传感器的定义与组成五、传感器的的特性1、精度2、稳定性3、输入输出特性4、分辨率与分辨力六、仪表精度与测量精度七、弹性敏感元件的基本特性八、弹性敏感元件的形式及应用范围电阻应变式传感器九、应变效应十、应变片的种类、结构与粘贴十一、测量转换电路十二、温度补偿1、补偿块补偿法2、桥路自补偿法十三、电阻应变式传感器的应用1、力和扭矩传感器2、压力传感器加速度传感器热电阻传感器十四、热电阻十五、热敏电阻十六、热电阻传感器的应用金属热电阻传感器的应用半导体热电阻传感器小结与作业小结本次课我们主要和大家将前面所学的知识点进行了复习希望大家能抓紧时间进行复习，加强记忆，巩固提高。作业补充HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题测试课型新授课授课日期2007、10、8授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解学生的掌握情况针对性进行教学促使学生能有进一步的认识与掌握重点、难点重点：了解学生的掌握情况，组织教学难点：促使学生能有进一步的提高教学设计概述做练习板书设计做练习教后自我评价通过本次课的教学了解了学生的掌握情况，整体来说学生的掌握并不理想，存在很大的缺陷，需要加强，与本课程的客观性有一定的联系，了解了学生的学习情况，达到了教学的目的。教学过程教学心得新课讲授一、填空题（1'×30=30'）1、传感器按原理可以分为参量传感器、发电传感器、脉冲传感器及特殊传感器；按被测量性质可分为机械量传感器、热工量传感器、成分传感器、状态量传感器、探伤传感器；按输出量种类可分为模拟式传感器、数字式传感器。2、传感器通常由敏感元件、传感元件、测量转换电路组成。3、误差按表示方法可分为：绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分为 系统误差、随机误差、粗大误差。4、物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状称为变形，如果在外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状，则称为弹性变形、，具有这类特性的物体称为弹性元件。5、弹性敏感元件的基本特性包括：刚度、灵敏度、弹性滞后和弹性后效。6、电阻应变式传感器是一种电阻传感器，它主要由弹性敏感元件或试件、电阻应变片和测量转换电路组成。7、气敏电阻传感器是一种能把气体成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器。8、电感式传感器可分为自感式、互感式、涡流式三类。9、从差分变压器式传感器的结构上可知，其主要由线框和铁心组成。二、判断题（2'×5=10'）1、按传感器的信号处理方法传感器分为直接传感器、差分传感器和补偿传感器。（ 对）2、分辨率是用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量的性能指标，而分辨力则不是。 （ 错 ）3、误差按测量随时间变化的速度分为静态误差和动态误差，而按使用条件又可分为基本误差和附加误差。 (对）4、在实际的应用中，应变能导致应变片电阻变化，而温度变化将不会导致应变片电阻值的变化。（ 错 ）5、热电阻传感器主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来测量温度的。（ 对 ）三、名词解释（2'×5=10'）传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成有用输出信号的器件或装置。线性度：指传感器输出—输入的实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之比灵敏度：指传感器在稳定标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。真值：被测量本身所具有的真正标称值：测量器具上所标出来的数值四、问答题（10'×2=20'）1、差分电感传感器产生零点残余电压的主要原因有哪些？减小或消除零点残余电压的方法有哪些？答：P29 2、电阻应变式传感器在工作过程中会受到温度的影响，可用温度补偿的方法来消除温度的影响，试述温度补偿的原理。答：采用两片型号、初始电阻和灵敏度都相同的应变片，一片贴于测试点上，另一片贴在试件的零应变处，在两个应变片处于相同的温度场中，采用相减的办法来消除温度对电阻应变片的影响。这种方法就称为温度补偿。五、计算题（10'×3=30'）1、有一数字温度计，它的测量范围为0℃～200℃，精度为0.5级。求当示值分别为20℃、100℃时的绝对误差和相对误差。2、已知待测电压为400V左右。现有两只电压表，一只为1.5级，测量范围为0～500V；另一只为1.0级，测量范围为0～1000V。问选用哪一只电压表测量较好？3、电阻应变片灵敏度K=2，沿纵向粘贴于截面积为0.2㎡的圆形钢柱表面，钢材的E=2×1011N/㎡，μ=0.3。求钢柱受105N拉力作用时，应变片电阻的相对变化量。若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，受同样接力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少。小结与作业作业补充HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题讲解试卷课型新授课授课日期2007、10、9授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点北401教学目标了解学生的掌握情况针对性进行教学促使学生能有进一步的认识与掌握重点、难点重点：了解学生的掌握情况，组织教学难点：促使学生能有进一步的提高教学设计概述讲练习板书设计HYPERLINK讲练习教后自我评价通过本次课的教学使学生对练习的题目有了一定的认识与理解，掌握了相关题目的内容，达到了教学的目的。作业布置名词解释HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题电涡流式传感器课型新授课授课日期2007、10、16授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标掌握电涡流式传感器的工作原理了解电涡流式传感器的测量转换电路及其应用重点、难点重点：电涡流式传感器的工作原理及其应用难点：电涡流式传感器的工作原理教学设计概述电涡流式传感器的工作原理及其应用板书设计电涡流式传感器电涡流式传感器的特点：基本功作原理结构与测量转换电路结构测量转换电路应用位移测量振幅测量转速测量电涡流探伤教后自我评价教学过程教学心得复习旧知什么叫差分变压器式传感器？2、差分变压器式传感器的工作原理是什么？新课启发电感式传感器分为自感式、互感式、涡流式三大类。而电感式传感器中的涡流式就是电涡流式传感器。电涡流式传感器电涡流式传感器的特点：可实现非接触测量，灵敏度高，抗干扰能力强、频率响应宽、体积小。基本工作原理：涡流效应电涡流：金属导体置于变化的磁场中，导体内有感应电流产生，这种电流在金属体内自行闭合，称为电涡流。工作原理：电涡流的产生要消耗一部分磁场能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化。电涡流线圈受被测金属导体影响后的等效阻抗：Z=R+jL式中R——电涡流线圈工作时的等效电阻L——电涡流线圈工作时的等效电感结构与测量转换电路1、结构：见书图2—35线圈外径越大，分辨率差，灵敏度低。非磁性材料，被测体的电导率越高，灵敏度越高。磁性材料反之。2、测量转换电路电桥法、调幅法、调频法调频法的工作原理图见书图2—36谐振频率：f=应用1、位移测量可测量位移及热膨胀系数2、振幅测量可测量径向振动、振幅及振动形状3、转速测量在旋转体上开一条或数条槽或做成齿状，旁边安装电涡流式传感器。轴转动时，传感器与轴之间距离周期性的改变，输出也周期性的变化。从而计算出转速。4、电涡流探伤可检查金属表面裂纹、热处理裂纹及焊接处缺陷。传感器与被测导体保持距离不变，当裂陷出现时，引起阻抗的变化，从而引起输出电压的突变。还可探测金属表面温度、表面粗糙度、硬度，进行尺寸检测，制成开关量输出的检测元件。利用楞次感应定律进行原理的分析分析改变Z的非电量因素了解调频法的转换电路及频率计算了解各个应用的工作原理小结与作业小结本节课我们学习了电涡流式传感器的基本原理及测量转换电路，希望同学们课后加强对应用的理解。作业P80：2—9HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题电涡流式传感器（2）课型新授课授课日期2007、10、17授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标掌握电涡流式传感器的相关计算重点、难点重点：计算方法的分析讲解难点：计算方法的掌握教学设计概述采用例题讲解、阐述解题思路板书设计例题分析教后自我评价教学过程教学心得复习旧知1、灵敏度及最大线性范围的概念。新课启发上节课我们学习了电涡流式传感器的原理及应用，这节课我们学习相关的计算。新课讲授习题课例：用一电涡流式测振仪测量某种机器主轴的轴向振动，已知传感器的灵敏度为20mV/mm，最大线性范围为5mm。现将传感器安装在主轴的右侧，使用高速记录仪记录下来的振动波形。（图见书P81：图2—115）问：传感器与被测金属的安装距离l为多少毫米时可得到较好的测量效果？为什么？轴向振幅的最大值A为多少？主轴振动的基频f是多少？先找学生做，然后再进行分析讲解由灵敏度：K==20推出输入输出的关系式：y=20x(1)再从图上读出输出y的最大值为：y=40mV，代入（1）式中，求出轴向振幅的最大值A=2mm从图上可直接读出f=ms距离为2至5mm。振幅的最大值为2mm，小于2mm会撞到工件上；线性范围为5mm，大于5mm就不满足线性关系，测量不准确。先对基本概念、计算公式进行复习小结与作业小结作业HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题电容式传感器课型新授课授课日期2007、10、18授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标了解电容式传感器的基本工作原理掌握电容式传感器的测量转换电路重点、难点重点：电容式传感器的基本工作原理及测量转换电路难点：测量转换电路的理解教学设计概述电容式传感器的基本工作原理及测量转换电路板书设计电容式传感器基本工作原理及结构形式1、基本工作原理C=2、结构形式二、测量转换电路1、桥式电路2、调频电路脉冲宽度调制电路教后自我评价教学过程教学心得复习旧知什么叫电涡流式传感器？电涡流式传感器的工作原理是什么？新课启发上节课我们学习了电涡流式传感器，这节课我们接着学习电容式传感器。新课讲授电容式传感器优点：结构简单，需要的工作能量小，灵敏度高，动态特性好，能在恶劣环境条件下工作。可运用于测厚、测角、测液位、测压力等。基本工作原理及结构形式1、工作原理：以电容器作为传感元件，通过电容传感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经过测量转换电路转换为电压、电流或频率。平板电容器的电容：C=式中：A——极板面积；d——极板间距离；——极板间介质的介电常数当d、A、中的一项或几项有变化时，就改变了电容C，在交流工作时，就改变了容抗X，从而使输出电压或电流变化。2、结构形式根据参数d、A、的变化，电容式传感器分为：改变极板距离d的变间隙式改变极板面积A的变面积式改变介电常数的变介电常数式二、测量转换电路1、桥式电路举例：（1）单臂接法的桥式转换电路（2）接有差分电容传感器的差动接法图见书P38图2—422、调频电路原理：输入量使电容发生改变，就使振荡器的振荡频率变化，频率的改变在鉴频器中变换为电压振幅的变化，经放大后记录下来。分类：直放式调频和外差式调频3、脉冲宽度调制电路原理：利用对传感器电容的充放电，电路输出脉冲的宽度随电容传感器的电容量变化而改变，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。式中：——输出直流电压值；——触发器输出高电平值；（图见书P39图2—44）原理分析，掌握工作原理。结合图2—41对分类进行分析。结合前面的桥式电路和差分电路进行分析小结与作业小结本节课我们学习了电容式传感器的基本工作原理及测量转换电路，希望同学们课后再加以消化理解。作业P81：2—10；2—11HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题电容式传感器(2)课型新授课授课日期2007、10、23授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标了解电容式传感器的应用；掌握压电式传感器的基本工作原理；重点、难点重点：压电式传感器的基本工作原理难点：压电式传感器的基本工作原理教学设计概述电容式传感器的应用压电式传感器的相关名词及基本工作原理板书设计电容式传感器三、电容式传感器的应用1、压力测量2、加速度测量3、固体料位测量转速测量压电式传感器一、基本工作原理1、压电效应2、压电材料3、压电材料的主要特性指标教后自我评价教学过程教学心得复习旧知1、电容式传感器的基本工作原理是什么？2、有哪些测量转换电路？新课启发前面我们已经介绍过了电容式传感器的基本工作原理，那么本节课我们来看看如何利用这一原理来进行应用的。新课讲授电容式传感器三、电容式传感器的应用不仅可应用于位移、角度、振动、加速度、荷重等机械量的精密测量，还应用于压力、差压力、料位、成分含量及热加工参数的测量。1、压力测量当被测压力或差压作用于膜片电极上，并使它产生位移时，两极板间距离将发生改变，从而导致电容器的电容量改变。2、加速度测量当传感器测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定极板相对质量块产生位移，此时上下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化而使传感器有一个差分的电容变化量输出。3、固体料位测量利用极棒和容器壁组成电容器的两个电极。当固体物料的料位发生变化时，会引起极间不同介电常数介质的高度发生变化，因而导致电容变化。4、转速测量当电容式传感器的极板与齿顶相对时，电容量最大；当电容极板与齿隙相对时，电容量最小。根据频率f计算转速n：n=压电式传感器压电式传感器是一种自发电式传感器。可测力及最终能变换为力的非电物理量。一、基本工作原理利用正压电效应1、压电效应定义：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。2、压电材料（1）、石英晶体a、z轴：光轴b、x轴：电轴c、y轴：机械轴（2）、压电陶瓷先极化使电畴的极化方向发生转动，趋向于外电场方向排列。极化后仍有很强的剩余极化强度，当受外力作用时，剩余极化强度发生变化，压电陶瓷呈现压电效应。3、压电材料的主要性能指标（1）、压电系数（2）、刚度（3）、介电常数（4）、电阻（5）、居里点结合图2—45讲解采用差分结构结合图2—46讲解结合图2—47讲解测量导电固体料位可在电极外套以绝缘套管。结合图2—49讲解了解小结与作业小结本节课我们学习了压电式传感器的基本工作原理，希望同学们课后加深理解。作业P81：2—13HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题压电式传感器课型新授课授课日期2007、10、24授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标掌握压电式传感器的测量转换电路了解压电式传感器的应用重点、难点重点：掌握压电式传感器的测量转换电路难点：掌握压电式传感器的测量转换电路教学设计概述压电式传感器的测量转换电路及应用板书设计压电式传感器二、测量转换电路1、压电元件的等效电路（1）、转换原理（2）、转换方法2、测量转换电路三、结构和应用1、常用结构形式2、应用（1）、压电式力传感器（2）、压电式加速度传感器教后自我评价教学过程教学心得复习旧知什么是压电效应？压电式传感器的基本工作原理是什么？新课启发上次课我们学习了电容式传感器的应用及压电式传感器的基本工作原理，今天我们继续学习压电式传感器的测量转换电路及应用。新课讲授压电式传感器二、测量转换电路1、压电元件的等效电路方法：（1）、把压电元件等效为一个电荷源与一个电容相并联的电荷等效电路。（2）、把压电元件等效为一个电压源和一个串联电容表示的电压等效电路。电容器上的电压、电荷量和电容的关系为：注：压电式传感器不能用于静态测量，只适用于动态测量。2、测量转换电路放大检波显示记录前置放大器：电荷前置放大器、电压前置放大器三、压电式传感器的结构和应用1、压电元件常用的结构形式结构形式：并联、串联。常用并联接法2、压电式传感器的应用主要用于动态作用力、压力、加速度的测量。（1）、压电式力传感器主要用于变化频率的动态力的测量（2）、压电式加速度传感器结合图2—53分析结合图2—57讲解结合图2—58、59讲解小结与作业小结本节课我们学习了压电式传感器的测量转换电路及其应用，希望同学们课后再把测量转换电路及相关计算好好巩固。作业P81：2—142—15HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题压电式传感器（2）课型新授课授课日期2007、10、25授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标掌握压电式传感器的相关计算重点、难点重点：计算方法的分析讲解难点：计算方法的掌握教学设计概述采用例题讲解、阐述解题思路板书设计例题分析教后自我评价教学过程教学心得复习旧知1、什么叫灵敏度？2、压电式传感器的测量转换电路？新课启发上节课我们学习了压电式传感器的原理、测量转换电路及应用，这节课我们学习相关的计算。新课讲授例：用压电式加速度计及电荷放大器测量振动，若传感器的灵敏度为7pC/g(g为重力加速度)，电荷放大器灵敏度为100mV/pC，试确定当加速度为3g时系统的输出电压。先找学生做，然后再进行分析讲解传感器灵敏度：K==7y=7x当加速度为3g时：y=73=21pC电荷放大器灵敏度：K==100y=100x=2100mV热电偶传感器热电偶传感器是将温度转换成电动势的一种测温传感器。一、热电偶传感器的工作原理：热电势效应1、热电势效应定义：将两种不同材料的导体构成一闭合回，若两个接点处温度不同，则回路中会产生电动势，从而形成电流，这个物理现象称为热电势效应，简称热电效应。热电效应：热电偶本身吸收了外部的热能，在内部转换为电能的一种物理量。热电动势的组成：；两种导体的接触电动势+单一导体的温差电动势。2、热电偶回路的主要性质（1）、中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体C，只要第三种导体的两端温度相同，则这一导体的引入将不会改变原来热电偶的热电动势大小。即：（2）、标准电极定律当工作端和自由端温度为T和时，用导体A、B组成热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势之代数和。即：先对基本概念、计算公式进行复习结合图2—61讲解小结与作业小结本节课我们不但解决了压电式传感器的相关计算，还研究了热电偶传感器的基本工作原理及其回路的主要性质。作业P81：2—16HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题热电偶传感器课型新授课授课日期2007、10、30授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标了解热电偶的结构和种类掌握热电偶自由端温度的补偿及其应用重点、难点重点：热电偶自由端温度的补偿及其应用难点：热电偶自由端温度的补偿教学设计概述结构种类自由端温度补偿应用板书设计热电偶传感器二、热电偶的结构和种类1、热电偶的结构由热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒组成。2、热电偶的种类（1）、标准化和非标准化热电偶（2）、普通型热电偶（3）、铠装热电偶三、热电偶自由端温度的补偿1、仪表调零修正法2、自由端温度自动补偿3、延引电极法四、热电偶的应用1、热电偶的测温线路2、热电偶热电动势的测量教后自我评价教学过程教学心得复习旧知什么叫热电势效应？热电偶回路有哪些性质？新课启发上节课我们大家共同学习了热电偶传感器的工作原理，今天我们继续学习热电偶结构和种类、热电偶自由端温度的补偿及热电偶的应用。新课讲授热电偶传感器二、热电偶的结构和种类1、热电偶的结构（1）、热电极（2）、绝缘套管：防止两根热电极短路。（3）、保护套管：使热电极与测温介质隔离，使之免受化学侵蚀或机械损伤。（4）、接线盒2、热电偶的种类（1）、标准化和非标准化热电偶（2）、普通型热电偶主要用于测量气体、蒸汽和液体介质的温度。按连接方式分：螺纹连接、法兰连接按使用状态分：密封式、高压固定螺纹式（3）、铠装热电偶又称缆式热电偶具有体积小、精度高、响应速度快、可靠性高、耐振动、抗冲击、可挠性好、便于安装等优点，适用于复杂结构的温度测量三、热电偶自由端温度的补偿为保证输出热电动势仅与被测温度有关，必须保持自由端的温度恒定。1、仪表调零修正法进行机械调零2、自由端温度自动补偿在热电偶与仪表之间接入一个补偿装置，实现热电偶自由端温度的自动补偿。如：电桥补偿法。3、延引电极法利用与工作热电偶的热电特性相近的材料制成导线，用它将热电偶的自由端延长至所需要的地方。四、热电偶的应用1、热电偶的测温线路举例分析2、热电偶热电动势的测量结合图2—68举例分析结合图2—63讲解结合图2—66进行举例分析结合图2—67进行举例分析小结与作业小结本节课我们了解了热电偶传感器的结构和分类，分析了热电偶自由端温度的补偿及应用，希望同学们课后结合理论对生活中的应用进行分析。作业P81：2—17HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题磁电式传感器课型新授课授课日期2007、10、31授课时数1课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标了解磁电式传感器的基本工作原理及基本结构重点、难点重点：磁电式传感器的基本工作原理难点：磁电式传感器的基本工作原理及基本结构教学设计概述概念基本工作原理直线运动旋转运动基本结构板书设计磁电式传感器一、基本工作原理导体和磁场发生相对运动而产生电动势e=-N1、直线运动：e=Blv2、旋转运动：e=BA二、基本结构1、磁路系统2、线圈教后自我评价教学过程教学心得复习旧知热电偶传感器的基本工作原理？热电偶传感器自由端温度的补偿？新课启发上节课我们学习了热电偶传感器，了解了其基本工作原理及应用，这节课我们开始学习磁电式传感器。磁电式传感器定义：磁电式传感器又称为电动力传感器或感应传感器，它直接从被测物体吸收机械能并转换成电能以电信号输出。优点：不需要工作电源、输出功率较大、性能稳定，具有一定的工作频带宽度。一、基本工作原理磁电式传感器是以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础的。根据电磁感应定律有：e=-N1、直线运动：e=Blv2、旋转运动：e=BAB——磁场气隙磁感应强度l——线圈导线的总长度V——线圈和磁铁间相对运动的线速度A——线圈所包围的面积——线圈和磁铁间的相对旋转运动的角速度除可直接测量线速度和角速度外，还可测量位移和加速度。位移与加速度的测量原理：在感应电动势的测量电路中接一积分电路，则其输出电压与位移成正比；在感应电动势的测量电路中接一微分电路，则输出电压与加速度成正比。二、基本结构1、基本元件（1）磁路系统作用：产生恒定的磁场为减小传感器的体积，一般采用永久磁铁。（2）线圈作用：切割磁力线，产生感应电动势。由于运动是相对运动，因此运动部分可以是线圈，也可以是永久磁铁，只要工作时线圈切割磁力线。2、典型磁电式传感器分析（1）磁电式振动传感器（2）磁电式转速传感器利用电磁感应定律分析结合图2—70、图2—71进行分析小结与作业小结本节课我们学习了磁电式传感器，了解了其基本工作原理及结构，希望同学们下课认真复习。作业1、磁电式传感器的基本工作原理是什么？2、磁电式传感器的基本元件有哪些？HYPERLINK返回仪征工业学校教案教学单元序号：课题霍尔式传感器课型新授课授课日期2007、11、1授课时数2课时授课班级04汽、机（2）授课地点南303教学目标掌握磁电式传感器的测量转换电路及其应用掌握霍尔式传感器的工作原理、结构、温度误差补偿及应用重点、难点重点：磁电式传感器的测量转换电路和霍尔式传感器的工作原理、温度误差补偿难点：磁电式传感器的测量转换电路和霍尔式传感器的工作原理、温度误差补偿教学设计概述电路分析、应用举例、名词解释、原理分析板书设计磁电式传感器三、测量转换电路运算电路图四、应用1、磁电式传扭矩仪机载振动监视系统霍尔式传感器一、工作原理及结构1、工作原理：霍尔效应2、结构特点3、基本电路二、霍尔元件的基本参数与温度误差的补偿1、基本参数2、温度误差及其补偿三、集成霍尔元件应用教后自我评价教学过程教学心得复习旧知1、磁电式传感器的基本工作原理是什么？2、磁电式传感器的基本元件有哪些？新课启发上节课我们学习了磁电式传感器，了解了其工作原理，这节课我们开始学习霍尔式传感器。磁电式传感器三、测量转换电路运算电路图四、应用1、磁电式传扭矩仪2、机载振动监视系统霍尔式传感器一、工作原理及结构1、工作原理：霍尔效应定义：运动电子在受洛仑兹力的同时，又受电场力的作用，最后当这两力作用相等时，电子的积累达到动态平衡，这时两侧之间建立电场，这一现象称为霍尔效应霍尔电压：式中：n——半导体单位体积中的载流子数e——电子电量——霍尔元件灵敏度2、结构特点3、基本电路见图2—78霍尔元件的基本电路二、霍尔元件的基本参数与温度误差的补偿1、基本参数输入电阻输出电阻最大激励电流灵敏度最大磁感应强度不等电位霍尔电势温度系数2、温度误差及其补偿热敏电阻补偿、输入回路补偿、输出回路补偿、正温度系数的热敏电阻补偿三、集成霍尔元件优点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电流稳定性要求低。分类：线性型和开关型四、霍尔式传