智能传感与检测技术 教案 第1章 电阻式传感器

《智能传感与检测技术》课程教案《智能传感与检测技术》课程教案授课章节第1章电阻式传感器1.1电阻应变式传感器1.1.1应变片与应变效应1.1.2应变片的种类与结构1.1.3应变片的粘贴工艺1.1.4测量转换电路1.1.5应变片的温度补偿建议课时2授课方式理论知识讲授+课堂讨论+图片或实物展示+多媒体所属专业教学目标掌握电阻应变式传感器的工作原理了解常用的两种电阻应变式传感器特性，并能够选择合适的类型掌握测量转换电路的分析，理解温度补偿的原因并掌握温度补偿的方法教学重点电阻应变式传感器的工作原理，应变片的选型；测量转换电路的分析教学难点电阻应变式传感器的工作原理；温度补偿的原理参考教材《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6教学内容『新课导入』用万用表测量金属丝的阻值，将金属丝横向拉伸并测量相应的阻值，阻值怎么样变化？为什么会有阻值的变化？金属丝的阻值与什么有关？『授课内容』1.1电阻应变式传感器1.1.1应变片与应变效应导体或半导体在外力作用下产生机械变形时，其电阻值也发生相应变化的现象称为电阻应变效应。1-11-2式中，是压阻系数，是半导体所受的引力（半导体内部单位面积上受到的力）。1.1.2应变片的种类与结构电阻应变片根据材料可分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片。(1)金属电阻应变片金属电阻应变片有丝式、箔式和薄膜式三种类型，如图1-1。(2)半导体电阻应变片1.1.3应变片的粘贴工艺(1)应变片的检查。(2)试件表面处理。(3)确定贴片位置。标出应变片中心线和弹性试件粘贴位置中心线。(4)粘贴。粘贴前，用脱脂棉球蘸上清洁溶剂，无水酒精、四氯化碳等溶剂擦洗被测点处，以便增加粘贴的牢固程度，注意勿用手触摸清洗后的表面。然后，在应变片的粘贴面处涂上薄薄一层胶水，如KH502胶，将应变片的中心线对准试件上的中心线贴牢。在应变片上盖上一层腊纸，一只手捏住应变片的引出线，另一只手反复轻轻滚压透明纸表面，挤出里面多余的胶水和气泡。(5)固化。(6)粘贴质量检查。(7)引线和组桥。1.1.4测量转换电路1.电桥的平衡条件2.电桥的加减特性3.电桥的工作方式(1)单臂电桥(2)双臂电桥（差动半桥）(3)双差动全桥1.1.5电阻应变片的温度补偿(1)补偿块补偿法(2)差动电桥线路补偿(3)热敏电阻电路补偿法【课堂提问】电阻应变式传感器有哪些分类？怎样选择合适的类型？【课堂讨论】金属丝的电阻值与哪些因素有关？【图片展示】金属应变片与半导体应变片的结构【多媒体演示】电阻应变片的粘贴技术【课堂提问】当环境温度变化时，转换电路的输出怎样变化？【课堂讨论】电桥的工作方式有几种？【图片展示】见教材第6-8页图1-2到图1-8『课堂小结』掌握电阻应变式传感器的工作原理，了解应变片的种类与结构，了解应变片的粘贴技术，能够选择合适的应变片类型。掌握电阻应变式传感器的测量转换电路的分析与计算、三种工作方式输出的特点、温度补偿的方法，了解温度补偿的原因。『作业布置』课后习题一（1、2、3、4、5），二（2）『教学后记』授课题目（章节）第1章电阻式传感器1.2气敏电阻传感器1.3湿敏电阻传感器建议课时2授课方式理论知识讲授+课堂讨论+图片或实物展示所属专业教学目标1.掌握气敏电阻传感器的工作原理2.掌握湿敏电阻传感器的工作原理教学重点1.气敏电阻传感器的工作原理2.湿敏电阻传感器的工作原理教学难点1.气敏电阻传感器的工作原理2.湿敏电阻传感器的工作原理参考教材《智能传感与检测技术》徐小华主编机械工业出版社ISBN978-7-111-76072-6教学内容『新课导入』气敏电阻传感器和湿敏电阻传感器的应用非常广泛，气敏电阻传感器是测量气体的成分、浓度等参数的传感器，湿敏电阻传感器是测量湿度的传感器。『授课内容』1.2气敏电阻传感器1.2.1基本概念与工作原理使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压信号。气敏电阻是一种半导体敏感器件，它利用半导体材料对气体的吸附而使自身电阻率发生变化的机理进行测量的元件。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有这种现象。1.2.2结构特性1.气敏电阻的结构气敏电阻一般由敏感元件、加热器和外壳三部分组成。图1-9是气敏电阻的电路符号。2.气敏电阻的加热方式半导体气敏电阻按其加热方式有直热式和旁热式两种。1.2.3气敏传感器的应用实例1.3湿敏电阻传感器1.3.1基本概念与工作原理湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。1.3.2结构特性1.半导体陶瓷湿敏元件2.氯化锂湿敏电阻图1-16是氯化锂湿敏电阻的结构图。它是在聚碳酸酯基片上制成一对梳状金电极，然后浸涂溶于聚乙烯醇的氯化锂胶状溶液，其表面再涂上一层多孔性保护膜而成。氯化锂是潮解性盐，这种电解质溶液形成的薄膜能随着空气中水蒸汽的变化而吸湿或脱湿。感湿膜的电阻随空气相对湿度变化而变化，当空气中湿度增加时，感湿膜中盐的浓度降低。③有机高分子膜湿敏电阻1.3.3测量电路与应