大石院传感器原理与应用教学大纲

教学大纲课程编号：06031002课程名称：传感器原理英文名称：SensorPrinciple课程类型:必修课

课程性质：专业基础课

总学时：64讲课学时：56实验（实践）学时：8学分：4适用对象:仪器仪表、自动化、计算机专业

先修课程：大学物理、电路基础、电子技术基础

第一章传感器的基本概念（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义、静态特性指标名称、线性度和灵敏度的定义，了解传感器迟滞、重复性等技术指标。

（二）教学基本要求

1．掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义

2．掌握传感器中敏感元件、传感元件、弹性元件灵敏度的定义

3．了解精密度、准确度、精确度的定义及其关系

4．了解弹性元件的形式及应用范围。

（三）教学重点和难点

重点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度难点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度（四）教学建议与说明

由于本章是前言性质的内容，不要讲述过于深奥的理论知识，应该把抽象的内容具体化，便于学生理解和接受。

（五）教学内容

传感器的定义及组成、敏感元件、传感元件，弹性元件、传感器静态特性和动态特性的定义、线性度和灵敏度、弹性敏感元件的输入量和输出量的类型、传感器的分类、传感器的数学模型。

第二章电阻式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生了解电位器及电阻应变片的结构，掌握其工作原理和工作特性，掌握信号测量电路——电桥。

（二）教学基本要求

1．掌握电位器工作特性、线性和非线性电位器的定义、常用非线性电位器结构形式

2．掌握应变式传感器的组成及各部分的作用

3．了解应变片的结构和分类，掌握广泛使用的敏感珊形式和材料

4．了解电阻应变片的工作原理

5．掌握电阻应变片灵敏系数和横向效应的定义、主要参数的名称及初始电阻和允许工作电流的定义、常用的初始电阻值

6．掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法(结构和电路接法)（三）教学重点和难点

重点：电位器结构和工作特性、电阻应变片灵敏系数、电阻应变片桥路

难点：电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法（四）教学建议与说明

注意区分电阻应变片与电位器的差异。

（五）教学内容

电位器的结构、用途、分类、特性和非线性线绕电位器；电阻应变片的结构、材料、工作原理、特性、参数、温度误差、补偿方法、测量电桥、电阻应变仅、应变式传感器等。

第三章电容式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握电容式传感器的结构形式及工作原理，掌握电容式传感器的信号调理电路，了解影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施。

（二）教学基本要求

1．掌握电容传感器的定义

2．掌握变间隙式电容传感器的工作原理、灵敏度与非线性误差的解决办法

3．掌握测量介质介电常数变化和介质的厚度变化的变介电常数式电容传感器原理图

4．了解电容式传感器的优缺点，了解分布电容对其应用的影响

（三）教学重点和难点

重点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路

难点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路

（四）教学建议与说明

电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步应用于压力、压差、液面、料面、成分含量等方面的测量。多举实例使学生初步掌握电容式传感器的原理及应用。

（五）教学内容

电容式传感器的结构原理及结构形式、电容式传感器的等效电路、电容式传感器的信号调节电路、影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施、电容式传感器的应用。

第四章电感式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握自感式和差动变压器式电感传感器的结构、工作原理，掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件。

（二）教学基本要求

1．掌握单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量范围与灵敏度

2．掌握螺线管式差动变压器传感器的结构、线圈绕组的排列方式、工作原理、影响灵敏度的因素、改善线性度的方法、零点残余电压

3．掌握差动变压器测量电路的名称及差动半波整流电路

4．掌握电涡流式传感器的基本结构及其与被测体经成测量系统的依赖关系

5．掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件

6．了解电涡流式传感器用于位移测量，并配用定频调幅式测量电路的

（三）教学重点和难点

重点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路难点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路（四）教学建议与说明

在本章中可以把测量电路与测控电子线路的内容对比讲解。

（五）教学内容

单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量电路；差动变压器传感器的工作原理、输出特性、测量电路；电涡流传感器的工作原理、电涡流强度、测量电路。

第五章压电式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握压电式传感器的工作原理，掌握压电式传感器的等效电路和信号调节电路等，使学生初步掌握压电式传感器的原理及应用。

（二）教学基本要求

1．掌握压电效应、石英晶体的纵向压电效应的定义

2．掌握影响石英晶体表面电荷密度大小的因素

3．掌握压电陶瓷的构成、极化处理、工作原理、压电陶瓷式传感器的优点

4．掌握压电元件的等效电路和电荷放大电路

5．了解压电式传感器的几种应用、优缺点和预载概念

（三）教学重点和难点

重点：压电式传感器的工作原理、等效电路、信号调节电路

难点：压电式传感器等效电路、信号调节电路（四）教学建议与说明

压电式传感器是基于某些电介质材料的压电材料，它是典型的有源传感器。本章着重是压电晶体和压电陶瓷两类压电材料。

（五）教学内容

压电式传感器的工作原理、压电材料、压电式传感器的等效电路、压电式传感器的信号调节电路。

第六章热电式等测温传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握热电偶和热电阻的工作原理、结构及应用，熟悉晶体管和集成温度传感器；使学生了解热电式传感器的原理及应用。

（二）教学基本要求

1．了解热电阻效应及其原理

2．了解常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值

3．掌握热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图)4．掌握热电偶、热电效应及热端和冷端的定义

5．掌握热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律

6．掌握选用热电极材料的规律、选用标准、热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类

（三）教学重点和难点

重点：热电阻测温原理、测温线路及其接线方法；热电偶的测温原理、中间导体定律难点：热电阻效应及其原理、热电偶的测温原理、中间导体定律（四）教学建议与说明

（五）教学内容

热电阻效应及其原理、常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值、热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图)、热电偶、热电效应、热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律

热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类。

第七章光电式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握光电效应原理，掌握光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管和晶体管等光电器件的结构和工作原理；使学生初步了解光电式传感器的原理及应用。

（二）教学基本要求

1．掌握外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料的重要性

2．掌握内光电效应、光导效应(本征和非本征)3．了解半导体产生光导效应的临界光波长的限制

4．掌握硅光电池的结构、工作原理、光电特性

5．了解光敏电阻的结构,掌握光敏电阻的工作原理

6．掌握光敏二极管、光敏三极管的结构、工作原理、光电特性的特点

（三）教学重点和难点

重点：外光电效应、内光电效应、光导效应，光电管的结构、测量光强度的工作原理难点：外光电效应、内光电效应、光导效应（四）教学建议与说明

光电式传感器是依据光电效应、利用光电器件将光学量转换成电学量的传感器。本章在阐述光电效应原理的基础上，重点介绍光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管等光电器件的应用实例，使学生初步了解光电式传感器的原理及应用

（五）教学内容

外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料、光电管的光谱特性、光电特性和暗电流、光电倍增管的结构图、光电倍增管的特性、内光电效应、光导效应(本征和非本征)、光敏电阻的结构、光敏电阻的工作原理、光敏二极管的结构、工作原理。

第八章磁电式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握霍尔式传感器、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性；使学生初步了解磁电式传感器的原理及应用。

（二）教学基本要求

1．掌握霍尔效应的物理解释

2．了解影响霍尔电势大小的因素

3．掌握霍尔元件外形结构、基本测量电路

4．熟悉用霍尔元件测量微位移的原理

5．掌握动圈式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性

6．掌握磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性

（三）教学重点和难点

重点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性难点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路（四）教学建议与说明

磁电式传感器也称为电磁感应传感器，是基于电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电动势的传感器。在教学时应先熟悉电磁感应。

（五）教学内容

霍尔效应、霍尔电势大小的因素、霍尔元件外形结构、基本测量电路、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性。

第九章辐射式传感器（一）教学目的和任务

通过本章教学，使学生掌握红外辐射、核辐射、超声波和激光传感器的基本结构和工作原理，熟悉它们的应用。

（二）教学基本要求

1．掌握红外辐射的基本定律

2．了解红外探测器的组成结构

3．掌握超声波的基本特性及物理性质

4．了解超声波传感器的结构

5．掌握核辐射的物理特性，了解核辐射传感器的组成结构

6．了解激光的特性，熟悉激光器及其特性

（三）教学重点和难点

重点：红外辐射基本定律、超声波基本特性、核辐射的物理特性、