传感器原理与应用课程标准教学教案

《传感器原理与应用》课程标准【课程名称】传感器原理与应用 【课程编码】【课程类别】专业核心课 【适用专业】机电类、自动化类相关专业【授课单位】 【总学时】56【教材】【编写执笔人】 【编写日期】一、课程定位和课程设计1.1课程性质传感器是现代控制的基本工具，而检测技术则是控制过程获取信息的唯一手段。《传感器原理与应用》是一门多学科交叉的专业课程，重点介绍各种传感器敏感元件的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器测量电路及其应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。1.2课程设计思路根据专业培养目标的要求，在教学过程中充分发挥学员的主体作用和教师的主导作用，突出职业能力的培养，注重专业知识与专业技能的结合，适应岗位要求和社会的发展需求，确保学员达到国家职业标准中规定的传感器理论知识和技能要求。二、课程目标1．知识目标掌握传感器的特性，理解传感器的检测系统、检测方法掌握应变式、压阻式、热敏电阻式传感器敏感元件的结构和工作原理掌握应变式、压阻式、热敏电阻式传感器的测量电路掌握一般电容式传感器、硅电容式集成传感器热敏元件的结构和工作原理理解一般电容式、硅电容式集成传感器的测量电路了解一般电容式传感器、硅电容式集成传感器的应用了解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的结构理解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的工作原理掌握自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的测量电路了解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的应用2．能力目标（1）能够绘制传感器“家谱”图。（2）能够应用金属电阻应变片制作与调试电子称重模拟装置（3）能够使用压阻式压力传感器测量压力（4）能够制作与调试温度控制开关（5）能够制作与调试电容触摸按键（6）能够制作电容感应式控制电路（7）能够测试自感式差动变压器传感器的性能（8）能够测试差动变压器式传感器的性能（9）能够测试电涡流式传感器的性能3．素质（思政）目标（1）树立标准意识和质量意识。（2）关注我国传感器的发展，增强民族自豪感和自信心。（3）养成脚踏实地、求真务实的工作作风（4）弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神（5）养成执着专注、爱岗敬业的职业素养（6）践行团结协作、顾全大局的团队精神（7）弘扬追求突破、追求革新的创新精神（8）树立科技成才、技能报国的人生理想三、课程内容与教学要求本课程内容分为4部分，内容包括初识传感器、电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器，其教学要求和课时分配如表1所示。表1《传感器原理与应用》课程要求及课时分配表所用教材课程内容课时传感器与测试技术第1章传感器与测试系统概述第一节传感器4第二节测试系统第2章电阻式传感器第一节应变式传感器6第二节压阻式传感器第三节热敏电阻式传感器第3章电感式传感器第一节自感式传感器6第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器第4章电容式传感器第一节一般电容式传感器4第二节硅电容式集成传感器第5章磁电式传感器第一节磁电感应式传感器4第二节霍尔式传感器第6章热电式传感器第一节认识热电偶传感器4第二节认识热电阻式传感器第7章光电式传感器第一节认识一般光电式传感器8第二节认识光纤传感器第三节光栅式传感器第四节CCD图像传感器第8章声波式与辐射式传感器第一节认识超声波传感器6第二节微波传感器第三节红外传感器第9章其他传感器第一节智能传感器6第二节生物传感器第三节化学传感器第10章传感器的综合应用第一节智能制造及通信领域常用的传感器4第二节传感器在物联网领域的应用实训课程4合计56序号课程名称教学目标教学要求课时分配1传感器的基础掌握传感器的定义、组成和分类。理解传感器的检测系统、检测方法。（3）了解传感器的应用领域和发展前景。（4）掌握传感器的特性。能够识别出不同种类的传感器能够根据具体性能指标选用合适的传感器42电阻式传感器（1）掌握应变式、压阻式、热敏电阻式传感器敏感元件的结构和工作原理（2）掌握应变式、压阻式、热敏电阻式传感器的测量电路（1）能够应用金属电阻应变片制作与调试电子称重模拟装置（2）能够使用压阻式压力传感器测量压力（3）能够制作与调试温度控制开关63电容式传感器（1）掌握一般电容式传感器、硅电容式集成传感器热敏元件的结构和工作原理（2）理解一般电容式、硅电容式集成传感器的测量电路（3）了解一般电容式传感器、硅电容式集成传感器的应用（1）能够制作与调试电容触摸按键（2）能够制作电容感应式控制电路44电感式传感器（1）了解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的结构（2）理解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的工作原理（3）掌握自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的测量电路（4）了解自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器的应用（1）能够测试自感式差动变压器传感器的性能（2）能够测试差动变压器式传感器的性能（3）能够测试电涡流式传感器的性能65磁电式传感器（1）掌握磁电感应式传感器和霍尔式传感器敏感元件的基本结构和工作原理（2）理解磁电感应式传感器和霍尔式传感器的测量电路（3）了解霍尔式传感器的应用（1）能够测试磁电感应式传感器的性能（2）能够制作与调试转速测量装置46热电式传感器（1）掌握热电偶式和热电阻式传感器敏感元件的结构和工作原理（2）理解热电偶式和热电阻式传感器的测量电路（3）了解热电阻式传感器的应用（1）能够使用热电偶传感器测量温度（2）能够使用铂热电阻式传感器测量温度47光电式传感器（1）掌握一般光电式传感器、光纤传感器、光栅式传感器和CCD图像传感器的基本结构（2）掌握一般光电式传感器、光纤传感器、光栅式传感器和CCD图像传感器的工作原理（3）了解一般光电式传感器、光纤传感器、光栅式传感器和CCD图像传感器的应用（1）能够制作与调试简易光控灯（2）能够使用光纤传感器测量位移（3）能够安装与调试数控机床中的光栅式传感器88声波式和辐射式传感器（1）了解超声波、微波、红外辐射的概念和特性（2）掌握超声波传感器、微波传感器、红外传感器的结构和工作原理（3）了解超声波传感器、微波传感器、红外传感器的应用（1）能够使用超声波传感器测量距离（2）能够认识微波传感器测量系统（3）能够制作与调试人体感应装置69其他传感器（1）掌握生物传感器、气体传感器、湿度传感器、智能传感器的结构和工作原理（2）了解常见的生物传感器、气体传感器、湿度传感器、智能传感器及其应用（1）能够正确分析生物传感器的发展方向（2）能够制作与调试简易酒精检测仪（3）能够正确分析智能温室大棚环境监测系统的结构和功能特点610传感器综合应用（1）了解机器人传感器、汽车传感器、现代移动通信领域中的传感器（2）探索传感器在物联网领域中的应用（1）能够正确理解传感器在机器人中的重要意义（2）能够正确认识和分析智慧校园的组成和功能特点411实训课4合计56四、课程实施4.1教学条件教学设施完善充足，如多媒体教室、实操间、网络教学平台、网络数据库等。同时，拥有一支强大的师资队伍，可以为本课程的教学出谋划策。4.2教学方法建议本课程遵循“教师引导，学生为主”的原则，采用讲解、多媒体演示、场景模拟法、讨论、翻转课堂等多种方法，努力为学生创设更多知识应用的机会。（1）讲解法：主要用于讲授本课程的基础知识、行业岗位知识等理论性较强的知识。（2）多媒体演示法：在讲解过程中，借助音频、视频、图片等直观手段来呈现教学内容，在激发其学习兴趣和积极性的同时，不断提高其知识储备能力和综合文化素质。（3）场景模拟法：针对所教内容布置任务，引导学生通过情景化的模拟训练来提升知识的实际应用能力和职业素养。（4）讨论法：根据知识点，鼓励学生运用所学知识进行主题讨论，使其在讨论中逐步提升交际能力、思辨能力、解决实际问题的能力等。（5）翻转课堂法：坚持学生的主体地位，鼓励学生在课上对自己学到的知识点进行分享和讲解，并对其讲解进行补充和评价，不断完善学生的知识结构，加深其对所学知识的理解。教师在教学过程中，可根据学生的实际情况灵活选用教学方法，因材施教，尽量照顾到每一个学生的学习需求。4.3教学评价与考核要求课程的教学评价由形成性测评（40%）和终结性测评（60%）组成，其考核要求如下：1．形成性测评形成性测评考核学生在学习本课程过程中的学习情况和实际应用能力的发展情况，包括出勤考核（10%）、课堂参与程度考核（10%）、作业完成质量考核（20%）等。（1）出勤考核：本项考核通过课前点名考核学生的课堂出勤率。迟到15分钟以内每次扣1分，迟到15分钟以上或无故缺勤一节课每次扣2分，该项考核累计最多扣10分。（2）课堂参与程度考核：本项考核主要通过课堂提问和课堂积极发言来评判学生的学习态度、学习主动性、课堂参与程度，以及学生的思辨能力、问题解决能力及其对课堂教学知识的掌握情况等。只要学生能按时上课听讲，即可获得5分的基本分。学生上课发言一次，即可另外获得0.5分，课堂发言最多可得5分。学生的最后成绩为“5+课堂发言得分”。（3）作业完成质量考核：本项考核主要通过学生作业来检测其对教学主体内容的掌握与理解程度、实际应用知识的能力、自主学习能力、信息收集与处理能力等。每次作业成绩按照相应标准而定，学生作业质量划分为优秀（10分）、良好（8分）、中等（7分）、及格（6分）和不及格（0分）五个档次。最后的作业成绩为学生作业完成质量成绩的平均数。2．终结性测评终结性测评主要考核学生在学完本课程后所达到的水平，通过期末考试进行考核。期末考试由闭卷笔试（60%）组成，主要评估学生对本门课程基本知识的掌握情况与综合运用能力。五、课程资源开发与利用5.1教材使用1．建议教材2．参考书目5.2网络资源

《传感器原理与应用》

教案课时分配表章序课程内容课时备注1传感器的基础42电阻式传感器63电容式传感器44电感式传感器65磁电式传感器46热电式传感器47光电式传感器88声波式与辐射式传感器69其他传感器610传感器综合应用4合计52课题项目一传感器的基础—任务一认识传感器课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：掌握传感器的概念和组成。了解传感器的分类方法。理解传感器的基本特性。能够认识常见的传感器。育人目标：（1）养成脚踏实地、求真务实的工作风。（2）弘扬科学严谨的职业精神。（3）践行服从纪律、团结协作的团队精神。教学重难点教学重点：传感器的概念、传感器的分类、传感器的基本特性教学难点：绘制传感器“家谱”图教学方法案例分析法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、传感器教学设计→→→→传授新知（40min）→实操练习（30min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前任务请大家了解传感器的相关知识，查找身边用到传感器的案例，查找资料，讨论本课程在专业中的作用。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】通过APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（8min）【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程内容、考核标准等【学生】聆听、互动通过老师自我介绍，与学生相互熟悉，并让学生了解这门课的大致要求任务导入（5min）【教师】展示图片或播放视频，列举身边的传感器案例我们大多数人都有这样的经历，当你走近某些写字楼、机场的大门时，大门会自动打开，当你进入大厅之后，大门又会自动关闭。生活中还有很多类似装置，如楼梯走廊的声控灯、手机的触摸屏、红外测温仪等。这些装置能够根据外界信号的变化而实现的功能，是因为这些装置中装有传感器，传感器能够感受信号并将信号传递出去。随着科技的发展，生活中传感器的身影越来越常见。本任务主要介绍传感器的基础知识。【学生】观看、思考【教师】提出以下问题，并邀请学生回答：大家列举一下，咱们身边还有哪些传感器？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，并板书：传感器的基础知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（40min）【教师】提问：大家通过以上的例子，用自己的语言总结一下，什么是传感器？传感器有哪些组成部分？【学生】讨论、举手回答【教师】讲授一、传感器的定义【教师】用ppt展示传感器，播放传感器应用的相关视频【学生】观看、聆听、思考传感器是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。可用输出信号是指便于传输、转换、处理、显示的信号。这种信号可以是电信号、光信号、声信号，目前主要是电信号。因此，可以把传感器狭义地定义为：将非电信号转换为电信号的器件。传感器的定义包含以下四个方面的内容。（1）传感器是检测装置，能完成某种检测任务。（2）它的输入量（被测量）可以是物理量、化学量、生物量等。（3）它的输出信号主要是电信号。（4）输出量与输入量有对应关系，且具有一定的精度。传感器的组成【教师】通过现场展示几种传感器，讲解传感器的组成【学生】认真聆听、思考传感器通常由敏感元件、转换元件及信号调理电路组成，有时还包括辅助电源。传感器的组成框图如图1-1所示。其中敏感元件和转换元件为传感器的基本组成部分，分别完成检测和转换两个基本功能。但只由敏感元件和转换元件组成的传感器，其输出信号通常较弱，这就需要信号调理电路将输出信号进行放大并转换成易于传输、便于处理的可用输出信号。图1-1传感器组成框图【教师】PPT展示，与学生互动讲解传感器各个元件的作用【学生】认真聆听、思考、回答（1）敏感元件：传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分，能够输出与被测量成确定关系的某一物理量。（2）转换元件：传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。这种电信号通常较弱。（3）信号调理电路：将转换元件输出的弱电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。【教师】PPT展示，通过思维导图讲授传感器的分类【学生】认真聆听、思考、回答三、传感器的分类传感器用途广泛，种类繁多，分类方法也很多。如图1-2所示为传感器的分类。图1-2传感器的分类【教师】通过不同分类方法，讲解传感器的分类【学生】认真聆听、思考、回答比较常用的分类方法有以下几种。1．按照传感器感知外界信息所依据的基本效应分类按照传感器感知外界信息所依据基本效应的不同，传感器可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。2．按照传感器的工作原理分类按照传感器工作原理的不同，传感器可分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、光电式传感器、声波式和辐射式传感器等。这种分类方法有利于对传感器工作原理的阐述和对传感器的深入研究与分析。本书主要采用这种分类方法进行介绍。3．按照传感器的被测参数分类按照传感器被测参数的不同，传感器可分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。这种分类方法有利于准确表达传感器的用途，方便使用者的选用。4．按照传感器的输出信号进行分类按照传感器输出信号的不同，传感器可分为模拟式传感器和数字式传感器。模拟式传感器是指传感器的输出信号为连续的模拟信号；数字传感器是指传感器的输出信号为离散分布的数字信号。#课堂讨论#传感器的基本特性在社会生产和科学研究中，通常需要对各种参数进行检测和控制，从而得到相关数据，实现相应的控制功能。这就要求传感器能将被测非电信号的变化不失真地变换成相应的电信号，这种要求主要取决于传感器的基本特性，即输入输出特性，它是传感器敏感材料特性和内部结构参数作用关系所表现的外部特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性两种。【教师】PPT讲解传感器的静态特性，注意与学生互动【学生】认真聆听、思考、回答传感器的静态特性传感器的静态特性是指输入的被测量不随时间变化或随时间变化极其缓慢时传感器的输出与输入关系。衡量传感器静态特性的重要指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性和精度等。1）线性度传感器的线性度（又称非线性误差）是指传感器的输出与输入之间的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性两部分。通常，为了方便标定和数据处理，理想的输出与输入关系应该是线性的。但实际遇到的传感器，其输入输出关系大多为非线性关系，如果不考虑迟滞和蠕变等因素，传感器的输出与输入关系可表示为（1-1）式中：x——输入量；y——输出量；——输入量x为0时的输出量；、、…、——非线性项系数。各项系数不同，特性曲线的具体形式也不同。静态特性曲线可通过实际测试获得。在实际使用中，人们为了方便标定和数据处理，希望传感器的输入输出关系为线性关系，因此引入了各种非线性补偿环节。例如，通过非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，可使传感器的输入输出关系为线性或接近线性关系。如果传感器非线性的方次不高，且输入量变化范围较小，则在传感器的输入输出特性曲线中可使用一条直线（切线或者割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，如图1-3所示。所采用的直线称为拟合直线。【教师】PPT讲解传感器的线性度，图文结合，与学生互动【学生】认真聆听、思考、回答实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值称为线性度，用相对误差表示，即（1-2）式中：——非线性绝对值误差；——为满量程输出。（a）切线拟合（b）过零旋转拟合（c）端点平移拟合（d）端点连线拟合图1-3几种直线拟合方法【教师】PPT讲解传感器的灵敏度，图文结合，与学生互动【学生】认真聆听、思考、回答2）灵敏度灵敏度S是指传感器在静态下输出量的增量Δy与引起该增量的相应输入量增量Δx之比，即（1-3）它表征传感器对单位输入量变化的反应能力。灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。对于输入输出关系为线性关系的传感器，灵敏度就是其输入输出特性曲线的斜率，即（1-4）而对于输入输出关系为非线性关系的传感器，其灵敏度为一变量，它实际上是工作点处的切线斜率，即（1-5）传感器的灵敏度如图1-4所示。（a）线性传感器（b）非线性传感器图1-4传感器的灵敏度【教师】PPT讲解传感器的迟滞性，图文结合，与学生互动【学生】认真聆听、思考、回答3）迟滞性传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞现象，如图1-5所示。也就是说，对于同一大小的输入量，传感器的正反行程输出量大小不相等，这个差值称为迟滞差值，其大小一般由实验确定。传感器正反行程输出量的最大偏差与满量程输出之比的百分数称为迟滞误差，即（1-6）式中：——正反行程间输出的最大误差。图1-5传感器的迟滞现象【教师】PPT讲解传感器的重复性，图文结合，与学生互动【学生】认真聆听、思考、回答4）重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得各条特性曲线之间的一致程度，如图1-6所示。各条特性曲线越靠近，说明重复性就越好。重复性误差属于随机误差，一般用正反行程中最大重复差值与满量程输出之比的百分数表示，即（1-7）图1-6传感器的重复性【教师】提问互动式讲授传感器的漂移、精度特性【学生】认真聆听、思考、积极回答5）漂移传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器的输出量随着时间或温度变化的现象。产生漂移的原因主要有两个方面：一是传感器自身敏感材料特性和结构参数发生老化，这种漂移称为时间漂移；二是测试过程中周围环境（如温度、湿度等）发生变化，最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出量的变化。6）精度精度又称静态误差，是传感器在满量程内任一点的输出值相对被测量理论值的偏离程度，是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。【教师】PPT讲解传感器的动态特性，与学生互动【学生】认真聆听、思考、积极回答传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出量对随时间变化的输入量的响应特性。当被测量是时间的函数时，传感器的输出量也是时间的函数，此时两者之间的关系要用动态特性来表示。一个动态特性好的传感器，其输出量将再现输入量的变化规律，即输出量与输入量具有相同的时间函数。实际上除了具有理想的比例特性外，输出量与输入量并不具有完全相同的时间函数，这种输入与输出之间的差异就是动态误差。研究传感器的动态特性主要是从测量误差的角度分析产生动态误差的原因及改善措施。由于绝大多数传感器都可以简化为一阶或二阶系统，因此一阶和二阶传感器是最基本的研究对象。研究传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法进行分析。#思政讲堂#——集成创新，助力传感未来传感器柔性传感器是未来传感器发展的一个重要方向。目前，柔性光传感器、PH传感器、离子传感器和生物传感器等仍处在早期开发阶段。在未来，这些柔性传感器将拥有更多创新应用，如人造皮肤、可穿戴传感器和微动传感。通过微线技术和磁场，传感器可以像头发丝一样纤细，而又具有弹性，可以无接触地测量温度、压力、拉力、应力，扭转和位置。（2）更高的准确性。目前，多通道协作频谱感知的研究还处于初期阶段。未来，一旦技术成熟，它将比现在的单通道传感器提供更精确的监测数据。更准确、更可靠和可复制的传感器将在医疗设备等领域拥有更多的应用场景，其实现的功能也更加强大。（3）更高的复杂性和更好的兼容性。传感器集群可以更好地协调传感器之间的工作，并通过自主学习系统来确定工作内容和位置。各种新技术的采用也将使传感器变得更加多样化。例如，通过激光技术，传感器可以通过物质独特的光谱识别出物质组成；由晶体、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白质等材料制造的压电传感器可以更好地对外部压力和潜热进行响应。（4）更节能、更环保。未来，传感器将变得更智能，并由特定条件驱动，只有当达到某种条件时才能被激活，而当它们处于待机模式时，几乎没有功耗。此外，传感器还可以从周围环境中获取能量，实现更长久的运行。例如运动、压力、光线，或患者身体与周围空气的热量差异等都可以成为传感器的能量来源。在未来，环境友好型和可生物降解的传感器将日益受到欢迎。例如，传感器可以采用由细菌驱动的可降解的纸基电池，此类传感器可用于农田管理、环境监测、食品流通监测或医疗检测等领域，而不会污染环境。通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解传感器的定义通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解传感器的组成PPT动画展示传感器的分类方法，学生容易理解PPT结合板书讲解传感器的分类PPT结合板书讲解传感器的静态特性，与学生互动，活跃课堂气氛，有利于学生的理解掌握PPT结合板书讲解传感器的线性度PPT结合板书讲解传感器的线性度教师讲解传感器的灵敏度后，与学生互动讨论，有助于学生的理解和学习教师引入真实的案例，强调工作中要注意理论与实践之间的差别，实现课程思政通过ppt讲解，了解传感器重复性的特点通过教师提问，学生回答的方式，有利于提高学生学习的积极性，便于学生掌握教师结合PPT和板书，讲解传感器的动态特性实操练习（30min）实践题目：绘制传感器的“家谱”图实践目的：（1）理解传感器的基本概念。（2）掌握传感器的组成。（3）掌握传感器的分类方法。【教师】发起任务实施——绘制传感器的“家谱”图，引导学生扫一扫教材中的应用实践二维码，认领实践内容实施步骤（1）将学生以5～6人为一组进行分组，并选出组长。（2）搜集资料，整理传感器的分类方法和种类，并列举每种传感器1～３个应用案例。（2）组长组织组内学生绘制传感器“家谱”图。（3）各组交叉点评，指出问题，总结、修正“家谱”图。（4）各组展示成果，老师点评。【学生】实践练习【教师】对任务安排学生进行自我评价【学生】自我评价、填表请指导老师按照学生的实际表现情况进行评价，并将评价结果填入表1-1中。学生结合自身表现和指导老师的评价，对本次实施进行总结。序号评价标准满分实际得分老师评语1正确认识传感器302正确理解传感器的分类方法303小组成员协作良好、任务完成度高204讲解流畅，逻辑清晰20总分100个人总结表1-1任务评价表通过应用实践，了解学生学情，并激发学生的求职、竞争意向，并通过评价，让学生对比、反思，获得成长课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了传感器的基础知识，了解传感器的静态特性和动态特性、传感器选型的分类方法等基础知识，需要大家掌握传感器的基础知识，并重点掌握传感器的分类方法。希望大家在课下多加练习，巩固所学知识【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对传感器相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业让学生完成学以致用测评中的相关习题【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思本次课是学生的第一节传感器课程，通过第一节课的介绍，学生对这门课程有了基础的印象，了解了该课程的教学内容，以及本课程的定位和作用。提高了学生对本课程的学习兴趣。此外，还引入了课程思政内容，强调学生们在工作岗位上一定要注意理论与实践之间的关系，严守本岗位的操作规程和安全制度，杜绝违章、冒险蛮干等行为。课题项目一传感器的基础—任务二了解传感器的应用课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）理解传感器检测系统的结构、基本类型。（2）了解传感器的应用现状及发展前景。育人目标：（1）养成脚踏实地、求真务实的工作风。（2）弘扬科学严谨的职业精神。（3）践行服从纪律、团结协作的团队精神。教学重难点教学重点：传感器检测系统的结构、基本类型、发展前景教学难点：认识与使用测温枪教学方法案例分析法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、传感器教学设计→→→传授新知（33min）→实操练习（40min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前任务请大家了解传感器的相关知识，查找身边用到传感器的案例，查找资料，讨论本课程在专业中的作用。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】通过APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入（10min）【教师】展示图片或播放视频，列举身边的传感器案例在现代生活中，人们每天都在接触或使用传感器。例如，冰箱中配有温度传感器，智能手表中配有速度传感器、视觉传感器、脉搏传感器，洗衣机中配有水位传感器、温度传感器、浊度传感器和电机测速仪，手机中配有振动传感器、视觉传感器、触觉传感器、光线传感器等。传感器不仅在人们的生活中占有一席之地，在现代工业生产中更有着重要的地位。传感器通常用来监测生产工程中的各个参数，以使设备能够工作在正常状态或最佳状态，并使产品生产达到最好的效果。在一条自动化生产线中，一般要配备几十、上百甚至上千种传感器设备，用来检测生产线状态及产品质量，如压力、流量、位置、产品数量、产品尺寸等。此外，传感器还渗透到诸如航空航天、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、文物保护等领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，从大型复杂工程到生活中的小电器，都离不开传感器。【学生】观看、思考【教师】提出以下问题，并邀请学生回答：传感器的应用领域极其宽泛，那么传感器是如何实现检测功能，并应用到各领域？【学生】讨论、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过任务导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（33min）【教师】讲授【学生】讨论、举手回答一、传感器的检测系统【教师】用ppt展示传感器，播放传感器检测案例的相关视频【学生】观看、聆听、思考传感器通常不能单独使用，需要辅以数据处理、传输、显示等装置才能实现完整的检测功能。因此，在实际应用中，通常将其组成传感器检测系统，用以实现某项或多项检测功能。1．传感器检测系统的结构传感器检测系统通常由传感器、数据传输环节、数据处理环节、数据显示环节等部分组合而成，是以完成信号测量为目标的一个有机整体。其结构框图如图1-8所示。图1-8传感器检测系统结构框图【教师】用ppt+板书，讲授传感器系统各组成结构的功能【学生】观看、聆听、思考（1）传感器用于采集检测过程中的信息。（2）数据传输环节用于实现数据传输。当测量系统的多个功能环节相对独立时，数据传输环节可将数据从一个环节传输到另一个环节。（3）数据处理环节是将传感器输出的信号进行处理和转换，如对信号进行放大、运算、线性化处理、转换等，使传感器输出信号便于显示、记录和使用。（4）数据显示环节是将被测量的信息转换成人感官能接受的形式并输出，最终使人们完成监视、控制或分析。检测结果可以采用模拟显示，也可以采用数字显示或图形显示，还可以由记录装置进行自动记录或由打印机将数据打印出来。2．传感器检测系统的基本类型传感器检测系统按照信号在检测系统里传递情况的不同，分为开环检测系统和闭环检测系统。【教师】用ppt+板书，讲授开环检测系统的输入输出关系【学生】观看、聆听、思考1）开环检测系统全部信息的变换只沿一个方向进行，这样的检测系统称为开环检测系统，如图1-9所示。其中x为输入量，y为输出量，、、…、为各个环节的传递系数，输入输出关系表示如下：（1-9）因为开环检测系统是由多个环节串联组成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和，即（1-10）式中：δ——系统的相对误差；——各环节的相对误差。图1-9开环检测系统【教师】用ppt+板书，与开环检测系统对比讲授闭环检测系统的输入输出关系，【学生】观看、聆听、思考2）闭环检测系统闭环检测系统由正向通道和反馈通道组成，如图1-10所示。图1-10闭环检测系统图1-10中，Δx为正向通道的输入量，β为反馈环节的传递系数。正向通道的总传递系数，、、…、为各个环节的传递系数。则有（1-11）当时，则系统的输入输出关系为（1-12）由式1-12可知，如果正向通道的传递系数足够大，检测系统的输入输出关系主要由反馈环节的特性决定，正向通道中的放大器等环节特性的变化造成的误差很小。因此，在构成检测系统时，应将开环系统和闭环系统巧妙地组合应用，以获得高精度和高灵敏度的检测系统。【教师】与学生互动讲解检测方法【学生】聆听、思考、回答二、常用的检测方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为检测方法。检测任务不同，其对应的检测方法也不相同，因此必须根据具体的检测任务确定合适的检测方法。对于检测方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。检测方法的分类主要有以下几种方式。1．根据获得检测值的方法进行分类检测方法根据获得检测值方法的不同可分为直接检测、间接检测和组合检测。1）直接检测直接从检测仪表的读数获取被测量的值的检测方法，称为直接检测。如用电流表测量电路的电流。直接测检测的优点是测检测过程简单、迅速；缺点是检测精度不够高。2）间接检测间接检测是指将一个被测量转化为若干可直接检测的量加以检测，而后再依据由定义或规律导出的关系式进行计算或作图，从而间接获得检测结果的检测方法。间接检测一般用于直接检测的误差较大或不方便进行直接检测的场合。3）组合检测先直接检测与被测量有一定函数关系的某些量，然后在一系列直接检测的基础上，通过求解方程组来获得检测结果的方检测方法，称为组合检测。组合检测是一种特殊的精密检测方法，检测过程长而且复杂，多用于科学试验或某些特殊场合。【教师】案例法讲解根据处理数据的方式分类的方式【学生】聆听、思考、回答2．根据处理数据的方式进行分类检测方法根据处理数据方式的不同可分为偏差式检测、零位式检测、微差式检测。1）偏差式检测偏差式检测是指用仪表指针的位移决定被测量的量值的检测方法。如用弹簧压力表检测压力。用偏差式检测过程简单、迅速，但检测结果的精度较低。2）零位式检测零位式检测是指用指零仪表的零位反映检测系统的平衡状态，在检测系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的值的检测方法，如天平测量物体的质量。零位式检测的优点是可以获得比较高的检测精度，但检测过程长而且复杂，所以不适用于检测快速变化的信号。3）微差式检测微差式检测是将被测量与已知的标准量进行比较得到差值后，再用偏差法测得该差值的检测方法。用这种方法检测时，不需要调整标准量，而只需检测两者的差值，并且由于标准量误差很小，因此总的检测精度仍然很高。【教师】PPT讲解，师生互动【学生】聆听、思考、回答3．根据检测条件进行分类检测方法根据检测条件的不同可分为等精度检测、不等精度检测。1）等精度检测用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复检测的检测方法，称为等精度检测，如由同一个检测者，用同一台仪器、同样的检测方法，在相同的环境条件下，对同一被测量进行多次重复检测。2）不等精度检测用不同精度的仪表、不同的检测方法，或在环境条件相差很大的情况下，对同一被测量进行多次重复检测的方法，称为非等精度检测。【教师】PPT讲解，师生互动【学生】聆听、思考、回答4．根据被测量的变化进行分类检测方法根据被测量变化的不同可分为静态检测、动态检测。1）静态检测静态检测是指被测量在检测过程中认为是固定不变的，对这种被测量进行检测的检测方法。静态检测不需要考虑时间因素对检测结果的影响。2）动态检测动态检测是指被测量在检测过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行检测的检测方法。5．根据检测敏感元件是否与被测介质接触进行分类根据检测敏感元件是否与被测介质接触可分为接触式检测和非接触式检测。接触式检测是指检测敏感元件与被测介质直接接触的检测方法；非接触式检测是指检测敏感元件与被测介质不直接接触的检测方法。三、传感器的应用现状及发展前景【教师】PPT+视频播放，讲解传感器的应用现状【学生】观看、思考１．传感器的应用现状随着科学技术的进步，传感器得到了空前的发展。目前，传感器已渗透到工农业生产、科学研究、环境保护、资源调查、宇宙开发、海洋探测、医学诊断、生物工程、文物保护等极其广泛的领域。下面主要介绍传感器在工业、农业、医疗、环境保护、家用电器、交通运输等领域的应用。1）在工业领域的应用在零件加工行业，需要测量车床、铣床、刨床、磨床、镗床等机器的主转轴转速或进刀速度，还需要进行刀具检测、刀具位置检测、薄板卷的识别、金属板接合标志的检测、金属板带的环路调节、管材矫直机的轧辊定位等。在包装行业，例如饮料灌装，乳品灌装、肉制品包装、散装材料包装，单个产品包装、纸盒包装机、拉伸膜包装机、收束机、装箱机、机器人堆垛机，条码打印机、标签机等，都需要相应的传感器配合工作。在汽车制造行业，自动化冲压生产线、悬挂零部件输送碰撞防护，车身识别，动力总成区域等，需要传感器进行监测，从而达到自动控制和安全作业的目标。2）在农业领域的应用随着社会的进步，人们对粮食质量、粮食安全，食品安全越来越重视，对绿色食品、纯天然食品的需求越来越大，这对农业生产提出了更高的要求，农业大棚、精细化耕作、科学种田等新概念应运而生。而要实现农业的现代化，离不开传感器。例如，在农业大棚内，需要温度传感器、湿度传感器，光照传感器，土壤微量元素传感器等。为了实现食品的追踪，还需要在粮食生产、销售、运输、仓储、零售等各个环节进行监控，这也需要传感器的支持。3）在医疗领域的应用医学传感器延伸了医生的感觉器官，通过应用于医疗仪器，可使医生更为敏锐的感知生物体内各种生理、病理信息，才能够更好地做出诊断。随着医疗领域的发展和突破，它的作用日益显著，并广泛应用于医学领域。在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、心血管疾病的诊断与治疗等方面，传感器的应用十分普及。传感器在现代医学仪器设备中已无所不在。4）在环境保护领域的应用随着经济的发展，社会环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，而传感器满足了人们的要求。目前，已有相当一部分生物传感器应用于大气监测中。酸雨的形成主要是空气中的二氧化硫含量过高，传统的检测方法很复杂。现在将亚细胞类脂类固定在醋酸纤维膜上，和氧电极制成安培型生物传感器，就可对酸雨样品溶液进行检测，大大简化了检测方法。5）在家用电器领域的应用随着以微电子为中心的技术革命兴起。家用电器正向自动化、智能化、绿色化的方向发展。自动化和智能化的核心技术就是研制由微电脑和各种传感器组成的控制系统。空调就是使用微电脑和传感器技术，来实现压缩机的启动、停机、风扇摇头等，从而对温度、湿度和空气浊度进行控制。随着家用电器越来越智能化，传感器将得到越来越多的应用。5）在交通运输领域的应用在城市地面交通方面，道路监控、车辆速度、车辆监控、车流预判、隧道监控等，需要摄像头、计数传感器；在轨道交通方面，车站监控、站台监控、地铁监控、地铁屏蔽门，需要摄像头、雷达、超声波金属探测器等传感器；在水运运输方面，码头监控、港口作业调度、出入港口车辆检查、船舶定位、船舶速度测量，需要摄像头、雷达、超声波等传感器。【教师】PPT+视频播放，与学生互动，讲解传感器发展前景【学生】观看、思考、积极回答2．传感器的发展前景进入21世纪以来，智慧城市、智慧医疗、智慧工厂、智能交通、智能家居、智能楼宇等智能化服务和产品使人们的生活越来越方便。要实现这些项目的创新和开发，离不开传感器的发展。人类社会对传感器越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代科学技术的突飞猛进则为传感器的发展提供了坚强的后盾。总体而言，未来传感器将会依照人们的需要向智能化、微型化、网络化方向发展。1）智能化传感器与微处理器相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、学习等智能。借助半导体集成化技术，可把传感器与信号预处理电路、输入输出接口等制作在同一块芯片上，使其成为大规模集成智能传感器。2）微型化随着新材料、新工艺的发展，传感器在功能越来越强大的同时，体积越来越小，功耗也越来越低。传感器的微型化是建立在微电子机械系统（microelectromechanicalsystems，MEMS）技术基础上的。MEMS传感器具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等优点，这种新型技术的利用在很大程度上推动着检测系统以更快的速度向着微型化的方向发展。3）网络化随着无线通信技术的不断发展和广泛应用，传感器和无线通信技术相结合，构成了无线传感器网络。无线传感器网络中一般集成一个低功耗的微控制器（microcontrollerunit，MCU）、存储器、无线通信装置及传感器等组件。#思政讲堂#——传感器产业“盛宴”开启，国产化道路任重道远通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解传感器检测系统的结构通过教师的讲解和课堂互动，使学生理解掌握传感器检测系统各组成部分的作用通过教师的讲解，学生了解开环检测系统的结构特点及输入输出关系与开环检测系统的特点做对比讲解，有利于学生理解掌握提问互动式讲解理论知识，活跃课堂气氛，学生更容易理解掌握案例法讲解，比较直观，学生容易理解PPT结合板书讲解根据检测条件分类的检测方法PPT结合板书讲解根据被测量的变化以及根据检测敏感元件是否与被测介质接触分类方式教师播放传感器应用领域具体案例视频，激发学生对传感器知识的求知欲教师播放视频，激发学生的学习兴趣，与学生互动，启发式教学，激发学生的创新精神实操练习（40min）实践题目：认识与使用测温枪实践目的：（1）了解测温枪的检测系统。（2）了解测温枪的测温过程。【教师】发起任务实施——认识与使用测温枪，引导学生扫一扫教材中的应用实践二维码，认领实践内容任务实施以5人为一组进行，并选出组长。【教师】安排学生提前复习，再组织学生进行实践实施步骤观察测温枪（1）每组学生认真观察测温枪，如图1-7所示，指出图1-7（a）和1-7（b）测温枪结构中的各部件名称，并填入表1-2中。（a）测温枪示意图（b）测温枪显示屏幕图1-7测温枪结构图表1-2测温枪结构图各名称清单编号名称编号名称A1B2C3D4E5F6G7H8——9（2）拆开测温枪，观察测温枪的工作电路，指出传感器、数据传输环节、数据处理环节、数据显示环节，并据此绘制电路简图。绘制完成后组装好测温枪。2．测温枪测温（1）每组派一名学生用测温枪对另一位学生测温，对额头和手腕分别进行10次温度测量，一位学生记录数据，并算出两组数据的算术平均值。比较利用测温枪对额头测量的温度与对手腕测量的温度，分析两组数据。（2）每组学生思考：用测温枪测量温度的过程中可能会产生哪些误差？每组派代表回答可能产生的误差，并结合自己的理解谈谈可能产生误差的原因。【学生】实践练习【教师】对任务安排学生进行自我评价【学生】自我评价、填表任务评价请指导老师按照学生的实际表现情况进行评价，并将评价结果填入表1-3中。学生结合自身表现和指导老师的评价，对本次实训进行总结。表1-3任务评价表评价项目评价标准满分实际得分老师评语知识储备与技能操作正确认识测温枪的结构20正确分析测温枪的检测原理20正确使用测温枪测温20正确分析检测数据20参与程度认真参加活动，积极思考，主动与同学、指导老师进行交流，善于发现和解决问题10职业素养具有团队协作精神和责任意识，具有一定的创新思维10总分100个人总结通过应用实践，了解学生学情，并激发学生的求职、竞争意向，并通过评价，让学生对比、反思，获得成长课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了传感器的检测系统、检测方法、应用领域以及发展前景，了解传感器的检测系统各组成部分的特点等基础知识，需要大家掌握传感器的传感器的检测系统、检测方法，并重点掌握传感器的检测方法。希望大家在课下多加练习，巩固所学知识【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对传感器相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业让学生完成学以致用测评中的相关习题【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思通过本次课介绍，学生对传感器的检测系统以及传感器的检测方法有了一定的了解，在此基础上，介绍了传感器的应用领域和应用前景，一定程度上，提高了学生对本课程的学习兴趣。本次课理论知识较多，教师在授课过程中运用多种教学方法，提高了课堂气氛。项目二

课题项目二电阻式传感器—任务一认识应变式传感器课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握应变式传感器敏感元件的结构和工作原理。（2）掌握应变式传感器的测量电路。（3）掌握应变式传感器的应用。育人目标：（1）养成脚踏实地、求真务实的工作作风。（2）弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神。教学重难点教学重点：应变式传感器敏感元件的工作原理、应变式传感器的测量电路教学难点：制作与调试电子称重模拟装置教学方法案例分析法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、传感器教学设计→→→传授新知（40min）→实操练习（33min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，完成课前任务预习课前知识，举例身边用到应变式传感器的案例，并探讨应变式传感器的工作原理【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】通过APP让学生签到【学生】签到，班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入（10min）【教师】展示图片或播放视频，列举身边的应变式传感器案例电子秤种类多样，常见的有家用体重计、超市使用的多功能电子台秤、称量稀有金属的精密电子秤及称量货车载重的地磅等，如图2-1所示。尽管它们的用途不同，但工作原理基本一致。（a）家用体重计（b）多功能电子台秤（c）精密电子秤（d）称量货车载重的地磅图2-1常用电子秤电子秤通常利用应变式传感器，在工作时，物体放置在托盘上，应变式传感器感应到压力后，其内部的金属电阻应变片便会产生形变，电阻随之发生变化，传感器电路便产生相应的电压信号。电压信号先由信号调理电路进行放大、滤波，再由A/D转换电路进行，最终被转换成数字信号并送至微处理器。微处理器结合按键电路的输入信息及指令进行数据处理，然后将最终结果通过显示电路显示出来。【学生】观看、聆听、思考【教师】提出任务：我们能否制作与调试电子称重模拟装置？【学生】聆听、思考【教师】通过任务引领，引入要讲的知识，并板书：传感器的基础知识通过任务导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（40min）【教师】提问：如果制作并调试电子城中模拟装置，我们需要提前掌握以下知识。【学生】聆听、记笔记敏感元件应变式传感器是利用电阻应变片将应变变化转换为电阻变化的传感器。电阻应变片是应变式传感器最常用的一种敏感元件。【教师】用ppt展示不同种类敏感元件的结构【学生】聆听、思考结构常用的应变片为金属电阻应变片和半导体电阻应变片。本任务主要介绍金属电阻应变片。【教师】用ppt展示金属应变片的结构和各组成部分功能，图文识别、师生互动方式讲授【学生】聆听、思考、回答（1）金属电阻应变片的结构金属电阻应变片主要由基底（基片）、敏感栅、覆盖层（盖片）、引线等部分组成，如图2-4所示。敏感栅是由电阻丝（箔）以栅形黏贴在绝缘基底上形成的，两端通过引线引出。敏感栅上面粘贴有一层绝缘保护层，称为覆盖层。（“基片”改为“基底”，电阻丝式敏感栅中“电阻丝式”删除）图2-4金属电阻应变片敏感栅敏感栅通过黏合剂粘贴在基底和覆盖层之间，其主要作用是实现由应变变化到电阻变化的转换，是金属电阻应变片的核心。基底和覆盖层基底的主要作用是固定敏感栅，并使敏感栅与弹性元件相互绝缘。覆盖层的主要作用是保护敏感栅，使其避免受到机械损伤，并防止其高温氧化。引线引线是焊接在敏感栅两端，用来连接敏感栅和测量电路的丝状或带状金属导线。目前，引线材料主要为性能稳定且电阻率较低的镀锡铜线。【教师】用ppt展示金属电阻应变片的类型，图文识别、学生试讲，角色互换，教师总结方式进行【学生】聆听、思考、回答（2）金属电阻应变片的类型根据敏感栅加工工艺的不同，金属电阻应变片可分为金属丝式应变片、箔式应变片和薄膜式应变片。金属丝式应变片金属丝式应变片的敏感栅通常由直径为0.01～0.05mm的金属丝通过弯曲绕线的方法制成，它可以弯曲成U型、V型、H型等多种形状，如图2-5所示。其制作方法简单，但灵敏度不高。图2-5金属丝式应变片箔式应变片箔式应变片的敏感栅一般由厚度为0.003～0.01mm的金属箔片通过光刻、腐蚀等工艺制成。同时，由于敏感栅可以制成各种图形，所以也称其为应变花，如图2-6所示。箔丝的材料多选择电阻率高、热稳定性好的铜镍合金。另外，由于箔式应变片与基底的接触面积大，散热条件好，因此具有稳定性好、灵敏度高、一致性好、更适合批量生产等优点。图2-6金属箔式应变片薄膜式应变片薄膜式应变片是采用真空蒸镀或真空沉积等方法，在基底上形成厚度在0.1μm以下的金属薄膜敏感栅，再加上覆盖层制成的。与箔式应变片相比，它的电阻率更高、尺寸更小、散热更好且工作范围更广。特别是近年来，由于激光技术的发展，电阻器的制造精度大大提高。因此，薄膜式应变片已成为目前最具发展前景的金属电阻应变片。【教师】讲授金属电阻应变片的性能参数，辅以PPT图片展示和公式推导【学生】聆听、思考、回答（3）金属电阻应变片的性能参数金属电阻应变片的性能有灵敏度系数、横向效应、标准电阻、绝缘电阻、应变极限等。灵敏度系数将金属电阻应变片粘贴于受单向应力作用的试件表面，并使敏感栅纵向轴线与应力方向一致，此时金属电阻应变片电阻值的相对变化量ΔR/R与沿应力方向的应变ε的比值称为灵敏度系数，即（2-2）灵敏度系数受两个因素影响：一是受力后材料几何尺寸的变化；二是受力后材料电阻率的变化。实验证明，在一定的应变范围内，金属电阻应变片的灵敏度系数K是一个常数。横向效应金属电阻应变片粘贴在被测试件上时，其敏感栅是由N条长度为的直线段和直线段端部的（N-1）个半径为r的半圆圆弧组成，如图2-7所示。若该金属电阻应变片承受轴向应力而产生纵向拉应变，则各直线段的电阻将增加，但在半圆弧段则受到从到之间变化的应变，圆弧段电阻的变化将小于沿轴向安放的同样长度电阻丝电阻的变化。因此将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但是由于金属电阻应变片敏感栅的电阻变化减小，其灵敏系数较整长电阻丝的灵敏系数要小，这种现象称为金属电阻应变片的横向效应。图2-7金属电阻应变片的横向效应金属电阻【教师】以小组抢答竞赛的方式，讲解标准电阻、绝缘电阻、应变极限【学生】聆听、思考、抢答标准电阻金属应变片在无应变的情况下的电阻称为标准电阻（）。常用的标准电阻等级有60Ω、120Ω、250Ω、350Ω、1000Ω等，其中以120Ω最为常用。绝缘电阻绝缘电阻是指已粘贴的应变片的敏感栅及引出线与被测试件之间的电阻。绝缘电阻越大越好，通常要求绝缘电阻在50～120MΩ以上。绝缘电阻下降会使检测系统的灵敏度降低，使金属电阻应变片的指示应变产生误差。应变极限当温度一定时，应变片的指示应变和真实应变的相对误差不超过10%，金属应变片所能达到的最大应变称为应变极限。【教师】板书+PPT讲解【学生】聆听、思考2．工作原理当金属导体在外力的作用下产生机械形变时，其电阻会相应地发生变化，这种现象称为应变效应。应变式传感器就是基于金属导体的应变效应工作的。弹性元件在被测物理量（如力、力矩、压力等）作用下发生形变，产生相应的应变，然后传递给与弹性元件相连的金属电阻应变片，引起金属电阻应变片的电阻发生变化，最后通过测量电路转换为电压输出，电压的大小反映了被测物理量的大小。大量实验证明，在金属电阻应变片的弹性形变范围内，其电阻的相对变化量与其轴向应变成正比，即（2-1）式中：——金属电阻应变片的电阻；——电阻的相对变化量；——金属电阻应变片的灵敏度系数；——金属电阻应变片产生的轴向应变。测量电路电阻应变式传感器输出电阻的变化非常小，一般为～0.1Ω。因此，为了精确测量出这些电阻的微小变化，常用桥式电路（简称电桥）来实现信号的转换，再对转换后的信号进行放大处理。根据使用电源的不同，电桥分为直流电桥和交流电桥两类。【教师】板书+PPT动画讲解【学生】聆听、思考、做笔记1．直流电桥1）直流电桥的平衡条件直流电桥基本形式如图2-8所示。它是由连接成环形的4个桥臂组成的，、、、为桥臂上的电阻器，为负载电阻器，U为直流电源，为直流电桥的输出电压。图2-8直流电桥【教师】师生互动，公式推导【学生】聆听、思考、回答当负载电阻趋近于无穷大时（即相当于开路），直流电桥的输出电压为（2-3）当电桥平衡，即时，有（2-4）式（2-4）就是直流电桥的平衡条件，即相邻两臂电阻的比值相等。【教师】PPT讲解【学生】聆听、思考、回答根据可变电阻器在电桥中分布方式的不同，电桥可分为单臂电桥、差动半桥和双差动全桥3种形式，如图2-9所示。（a）单臂电桥（b）差动半桥（c）双差动全桥图2-93种电桥2）电压灵敏度【教师】师生互动，公式推导【学生】聆听、思考、回答令为金属电阻应变片，、、为电桥固定电阻器，即构成单臂电桥。当金属电阻应变片产生应变时，若金属电阻应变片电阻的变化为，其他桥臂的电阻固定不变，电桥输出电压，则电桥不平衡，输出电压为（2-5）设桥臂的电阻比值，由于，因此分母中的可忽略，并结合电桥平衡条件，则式（2-5）可简化为（2-6）电桥电压灵敏度的定义为（2-7）由式（2-7）可以看出：（1）电桥电压灵敏度正比于电源电压U，电源电压越高，电桥电压灵敏度越高。（2）电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂电阻的比值，可保证电桥具有较高的电压灵敏度。在U确定的情况下，令，则有（2-8）当n=1，即时，有最大值，电桥的电压灵敏度最高，即（2-9）（2-10）因此，当电源电压U和电阻相对变化量一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，并且与各桥臂电阻值大小无关。#头脑风暴#请根据单臂电桥电压灵敏度的推导过程，试推导差动半桥和双差动全桥的电压灵敏度？3）温度误差与温度补偿人们在利用应变式传感器进行测量时，总希望金属电阻应变片的电阻只与应变线性相关，而不受其他因素的影响。但实际上，当环境温度发生变化时，金属电阻应变片的电阻也会发生变化，由此产生的误差称为温度误差。【教师】启发式教学，提问引起温度误差的原因【学生】小组讨论，思考、回答（1）温度误差产生的原因。=1\*GB3①敏感栅具有一定的温度系数，在没有外力的作用时，敏感栅的尺寸、形状等参数会随着温度的变化而变化，从而造成测量误差。=2\*GB3②由于被测试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使得金属电阻应变片产生了附加应变，从而造成测量误差。除了以上两个原因，黏合剂传递形变的能力等因素也会造成测量误差。但在常温下，温度系数和线膨胀系数是造成测量误差的主要因素。【教师】启发式教学，提问引起温度补偿的方法【学生】小组讨论，思考、回答（2）温度补偿的方法。温度补偿的目的是尽可能消除温度变化对测量结果的影响，目前主要采用自补偿法和电桥补偿法。=1\*GB3①自补偿法是将温度自补偿应变片粘贴在被测部位上，当温度变化时，温度自补偿应变片与金属电阻应变片产生的附加应变相互抵消，如图2-10（a）所示。=2\*GB3②电桥补偿是利用电桥的和差原理来达到补偿的目的。如图2-10（b）所示为带有温度补偿的单臂电桥。当电桥平衡时，。其中为常数，当电阻由于温度变化而产生应变时，温度补偿电阻也会产生相应的应变，使电桥保持平衡，从而消除温度误差。（a）补偿片（b）单臂电桥图2-10桥路补偿法2．交流电桥【教师】PPT动画展示交流电桥【学生】聆听、思考根据直流电桥分析可知，由于电桥输出电压很小，一般要加放大器，而直流放大器易产生零漂，因此电桥多采用交流电桥。如图2-11所示为交流电桥。（a）基本形式（b）常用形式图2-11交流电桥（、改为、）【教师】师生互动，共同推导公式【学生】聆听、思考由于电源为交流电源，电容器、使得两个桥臂应变片呈现复阻抗特性，每个桥臂上的复阻抗分别为（2-11）交流电桥的开路输出电压为（2-12）当电桥平衡时，，有（2-13）整理为（2-14）实部和虚部分别相等，交流电桥的平衡条件为，（2-15）【教师】提问：根据推导结果，如何进行交流电桥平衡调节？【学生】聆听、思考、回答由式（2-15）可知，交流电桥既要满足电阻平衡条件，又要满足电容平衡条件。因此，对电桥进行初始平衡调节时，既要对电阻器预调平衡，又要对电容器预调平衡。常用的交流电桥平衡调节方法如图2-12所示。（a）电阻调平法（b）并联电阻调平法（c）差动电容调平法（d）阻容调平法图2-12常用的交流电桥平衡调节方法应变式传感器的应用应变式重力传感器【教师】PPT图片展示几种应变式重力传感器【学生】聆听、思考常见的应变式传感器有应变式重力传感器、应变式压力传感器、应变式加速度传感器等。应变式传感器精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化。被测物理量为重量、荷重的应变式传感器，统称为应变式重力传感器。其主要用途是作为各种电子秤与材料试验机的测力元件等。常见的应变式重力传感器由柱式、筒式等结构形成，如图2-13所示。金属电阻应变片粘贴在弹性元件外壁应力分布均匀的中间部分，对称地粘贴多片，电桥连线时应尽量减小载荷偏心和弯矩影响，贴片的柱面展开图及其电桥的连接如图2-13（c）和2-13（d）所示。和串接，和串接，并置于电桥相对的两个桥臂上，以减小弯矩影响；横向贴片和串接，和串接，作温度补偿用，接于另两个桥臂上。（a）柱式（b）筒式（c）柱面展开图（d）电桥连接图2-13应变式重力传感器【教师】图片展示，与学生互动讲授【学生】聆听、思考、回答应变式压力传感器应变式压力传感器主要用于测量流动介质（如液体、气体）的动态或静态压力。此类传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。如图2-14所示为膜片式压力传感器，弹性元件为周边固定的圆薄膜片，金属电阻应变片贴于膜片内壁，在压力P作用下，膜片产生径向应变和切向应变。一般在膜片圆心处切向粘贴、两个金属电阻应变片，感受切向应变，因为圆心处切向应变最大。在边缘处沿径向粘贴、两个金属电阻应变片，感受径向应变，4个电阻连接成全桥测量电路。图2-14膜片式压力传感器【教师】图片展示，与学生互动讲授【学生】聆听、思考、回答电阻式加速度传感器应变式加速度传感器用于测量物体的加速度。由于加速度是运动参数，因此需要先经过质量惯性系统将加速度转换成力，再作用于弹性元件上来实现测量。如图2-15所示为应变式加速度传感器的结构，其中悬臂梁的一端固定在壳体上，自由端安装有质量块，悬臂梁上粘贴4个金属电阻应变片。（等强度梁改为悬臂梁，1、2、3去掉，4电阻应变敏感元件改为金属电阻应变片）图2-15应变式加速度传感器结构为了调节振动系统的阻尼系数，通常在壳体内充满硅油。测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测对象以加速度运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁发生变形从而产生应变，传递给与其相连的金属电阻应变片，金属电阻应变片的电阻发生变化，引起测量电桥不平衡而输出电压，即可由此测得加速度的大小。思政讲堂——精耕焊接的“军工绣娘”通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解电阻应变式传感器的概念教师视频、图文结合降级为金属电阻应变片的结构，直观，学生容易理解掌握，将枯燥的理论知识转化为视频，提高学生学习积极性角色互换，学生试讲，教师总结，活跃课堂氛围，使学生掌握金属电阻应变片的类型以及不同类型应变片的性能特点，学习效果较好通过教师的讲解和课堂互动，使学生了解金属电阻应变片的性能参数PPT结合板书讲解传感器的命名记忆性的基础理论知识，用师生互动、抢答的方式进行授课，有利于学生快速记忆，教学效果良好PPT结合板书讲解工作原理动画讲解直流电桥，更为直观，学生易懂师生共同推导公式，有利于学生理解掌握PPT展示3种电桥，动画讲解，学生更容易理解师生共同推导公式，有利于学生理解掌握，提高学生学习积极性，培养学生解决问题的能力师生共同推导公式，有利于学生理解掌握，提高学生学习积极性，培养学生解决问题的能力启发式教学，引导学生发现问题、善于思考，培养学生的逻辑思维能力启发式教学，引导学生发现问题、善于思考，培养学生解决问题的能力动画展示，直观易懂，有利于学生的理解掌握师生互动，活跃课堂氛围，有利于学生学习掌握学生思考，教师总结，提高学生的归纳总结能力，有利于学生理解记忆图片、动画展示更为直观，学生容易理解图片展示更为直观，学生容易理解，与学生互动，提升学生学习积极性图片展示更为直观，学生容易理解，与学生互动，提升学生学习积极性课程思政教育，通过“军工绣娘”的故事，启发持之以恒、精益求精的工匠精神实操练习（33min）实践题目：制作与调试电子称重模拟装置实践目的：（1）了解金属电阻应变片的结构、特点。（2）理解应变式传感器的工作原理。【教师】发起任务实施——制作与调试电子称重模拟装置，引导学生扫一扫教材中的应用实践二维码，认领实践内容任务实施以3-5人为一组进行。【教师】安排学生提前复习，再组织学生进行实践实践内容【教师】简要提示实践内容【学生】聆听、思考1．观察金属电阻应变片BF350-3AA型金属电阻应变片的电阻为350Ω0.1Ω，基底为改性酚醛材料，敏感栅的栅丝为康铜箔材料。该型金属电阻应变片的尺寸为7.0mm4.5mm，采用了全封闭结构，如图2-2所示。图2-2BF350-3AA型金属电阻应变片2．粘贴金属电阻应变片（1）在小刀刀片正反两面的指定位置画出金属电阻应变片的贴片位置，并用细砂布打磨，打磨后用酒精棉球擦洗干净。（2）在金属电阻应变片的基底底面涂上502胶水，并立即将金属电阻应变片粘贴在贴片位置，使金属电阻应变片基准线对准定位线，再将一小片薄膜盖在金属电阻应变片上，用手指轻轻挤压掉多余的胶水，待金属电阻应变片与刀片完全黏合后松开手指，并从金属电阻应变片无引线的一端揭掉薄膜（3）在金属电阻应变片的引线附近粘贴好接线端子，同时在引线下面粘贴一层绝缘胶布，在引线焊接端去除绝缘层并涂上焊锡，将引线与敏感栅焊接牢固。焊接好引线后应立即在金属电阻应变片的焊接端子处涂一层防护层，对其进行防潮、防老化处理。（4）将粘贴后的金属电阻应变片在室温下自然干燥15～24h。（5）待自然干燥完成后，利用万用表检测金属电阻应变片敏感栅是否有短路或断路现象。3．连接电路按照如图2-3所示的电路图连接电路，并将金属电阻应变片的引线和连接电路的导线焊接在焊片上。将小刀刀把固定于桌子边沿，刀片悬空，用细线吊着塑料托盘挂于刀片上，可用胶布在刀片上固定好细线。图2-3电子称重模拟装置电路图（数字与单位空格，）4．平衡电桥接通电源，调节零点电位器使微安表读数为0，即电桥平衡。5．模拟电子称重取一个20g砝码放在托盘里，记录微安表的读数。若读数不为整数，则微调，使读数为整数值。依次增加砝码数量，记录微安表读数，并填入表2-1中。分析测得的数据是否存在测量误差，若存在误差，则分析造成误差的原因。表2-1数据记录表砝码/g输出电压/V【学生】实践练习【教师】对任务安排学生进行自我评价【学生】自我评价、填表通过应用实践，了解学生学情，并激发学生的求职、竞争意向，并通过评价，让学生对比、反思，获得成长课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了应变式传感器的基础知识，了解敏感元件的结构、工作原理以及应变式传感器的测量电路等基础知识，需要大家掌握影响应变式传感器灵敏度的因素，以及实现温度补偿电路的方法。希望大家在课下多加练习，巩固所学知识【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对传感器相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业让学生完成学以致用测评中的相关习题【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识教学反思本次课理论知识较多，尤其是公式推导，教师在授课过程中注意采用启发引导以及案例对比的方式讲解，提高学生学习兴趣，提高学习效果。

课题项目二电阻式传感器—任务二认识压阻式传感器课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握压阻式传感器敏感元件的结构和工作原理。（2）掌握压阻式传感器的测量电路。（3）掌握压阻式传感器的应用。育人目标：（1）养成脚踏实地、求真务实的工作作风。（2）弘扬科学严谨、精益求精的工匠精神。教学重难点教学重点：压阻式传感器敏感元件的工作原理、压阻式传感器的测量电路教学难点：使用压阻式压力传感器测量压力教学方法案例分析法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪