传感器应用技术（微课版）-教案 沈燕卿

PAGE传感器应用技术授课教案2025-2026学年第2学期课程名称传感器应用技术班级计划课时48学时任课教师制订时间2025年2月重庆工业职业技术大学教案课题项目1认识传感器1.1初识传感器课程思政：爱国主义课时2教学目标和要求1.了解检测及传感器的含义。2.了解工业检测涉及的内容。3.掌握检测系统的组成。4.了解检测技术的作用和发展趋势。5.理解传感器的广义和狭义概念6.知道传感器的典型组成；7.增强民族自豪感，爱党爱国；教学重点和难点1.检测系统的组成2.测量的概念授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材教学方法采用：讲授法为主，利用多媒体教学，穿插小组讨论法：讨论检测技术在周围生活中的应用，得到检测技术的概念；直观演示法；启发教学法。一、教学任务引入以教学楼中楼道的声光控制灯等为例，介绍传感器在日常生活、工业检控中有广泛的应用，引起学生对课程的兴趣,建立对检测技术的初步概念。二、教学内容及方法1．检测技术的含义检测包含检查和测量两方面，是将生产、科研、生活等方面的有关信息通过选择合适的方法与装置进行分析或定量计算，以发现事物的规律性。检测技术是以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论和技术为主的内容的一门应用技术科学。任务：寻找与自然信息具有对应关系的各种表现形式的信号，以及确定的定性、定量关系；从反映某一信息的多种信号中挑选出在所处条件下最为合适的表现形式，及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示的方法和相应的设备。2.传感器的典型应用（小组讨论法：讨论检测技术的应用，印证检测技术的概念）传感器在环境监测、家用电器、工业检控等中得到广泛应用。让同学合自己所学或所看到的知识举例，教师补充分析说明。3．检测系统的组成一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、信息处理电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。1）传感器传感器是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件，是连接被测对象和检测系统的接口。2）信息处理电路（控制器）信息处理电路的作用是把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输能力的信号（如电压、电流、频率等），以推动后级的显示电路、数据处理装置及执行机构。3）执行器；4）被控过程（对象）5)显示记录装置：主要作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。目前常用的有模拟显示、数字显示、图像显示及记录仪等。4．检测技术的作用及工业检测技术涉及的内容主要优点：1）能够连续、自动地对被测量进行测量和记录。2）电子装置精度高、频率相应好，不仅能适用于静态测量，选用适当的传感器和记录装置还可以进行动态测量甚至瞬态测量。3）电信号可以远距离传输，便于实现远距离测量和集中控制。4）电子测量装置能方便地改变量程，因此测量的范围广。5）可以方便地与计算机相联，进行数据的自动运算、分析和处理。5．检测技术的现状及发展趋势介绍中国古代传感器，如指南针等，了解古文化，增强民族自信；介绍希腊等国家古传感器，如天平等，了解世界历史，开拓视野。（1）不断提高检测系统的测量精度、可靠性、稳定性、抗干扰性及使用寿命。（2）发展小型化、集成化、多功能化、多维化、智能化和高性能、扩大量程范围的检测装置。（3）应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域的应用。（4）网络化传感器及检测系统逐步发展。在传感技术概论中举了很多传感器的应用例子，以其中温度传感器为例，就有多种测温方法，而基于同一种测温原理工作的传感器又有很多厂家在生产，因此实际使用中就涉及传感器的选型问题。要实施传感器选型，就需要从其特性和技术指标入手分析其优劣和是否适用等。从而引入对传感器概念和特性指标的介绍。6.传感器的定义能感受规定的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。传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于处理的另一种物理量的测量装置、器件或元件。7.传感器的组成传感器通常由敏感元件、传感元件和测量转换电路三部分组成。传感器目前最常见的分类方法有两种：一种是按被测物理量或用途；另一种是按传感器的工作原理。授课内容与教学过程设计按传感器用途可分为位移、速度、加速度、力、压力、扭矩、时间、温度传感器等；按工作原理的不同，传感器大体上可以分为物理型、化学型及生物型三大类。重点难点突破：充分利用多种教学手段，针对学生缺乏抽象思维能力采用实物和熟悉的电子产品，采用多媒体教学、讲授法、启发式教学等多种教学手段进行形象教学；讲授法、多媒体教学：通过讲授启发学生思考检测技术在电子领域的广泛应用。小组讨论法：讨论日常生活中的常见电子产品的原理，在老师引导下得到检测技术的应用领域、概念和学习方法；直观演示法：PPT演示检测技术为传感器构成的各种电子产品。充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学；在检测技术的现状及发展趋势中，介绍中国古代传感器，了解古文化，增强民族自信；介绍希腊等国家古传感器，了解世界历史，开拓视野。教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。课后作业复习相关的内容；查阅传感器特性与技术指标内容课后总结传感器的典型应用场合重庆工业职业技术大学教案课题项目1认识传感器1.2传感器的特性与技术指标课程思政：价值观课时2教学目标和要求能够掌握传感器的静特性的性能指标概念、定义和分析处理方法；能够掌握传感器的动特性的性能指标概念、定义和分析处理方法；能够掌握传感器的可靠性的性能指标概念、定义和分析处理方法；能够掌握传感器的稳定性的性能指标概念、定义和分析处理方法；学习分析解决问题的方法和能力；教学重点和难点传感器的静特性的性能指标概念、定义和分析处理方法；2.传感器的典型动特性的性能指标概念、定义和分析处理方法；授课内容与教学过程设计教具及教学手段：多媒体课堂教学结合黑板板书；PPT演示、图表展示、案例分析、提问互动。（一）任务导入（约8分钟）展示两款不同类型的传感器产品说明书或技术参数表（如压力传感器和温度传感器），让学生观察其中列举的技术指标（如精度、灵敏度、线性度等）。提问：“同学们，你们在选购电子产品时关注哪些参数？同样，在选择传感器时，我们如何判断一个传感器的好坏？什么样的传感器才算‘好’传感器？”引导学生思考评价传感器性能的标准。指出：一个理想的传感器应具备三个特点——只敏感特定输入量、输出与输入呈唯一稳定的对应关系（最好为线性）、输出能实时反映输入变化。但实际传感器受结构、元器件、温度、供电、电磁干扰等多种因素影响，无法实现完美的无失真转换。因此，我们需要通过一系列特性指标来科学地评价传感器的性能。（二）工作任务及学习目标说明（约5分钟）明确本次课的学习任务：理解传感器静态特性和动态特性的基本概念；掌握线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、漂移等主要静态特性指标的定义与物理意义；了解动态特性的基本概念。强调：传感器的特性指标是评价传感器性能、进行传感器选型的重要依据，是连接理论知识与工程应用的桥梁。（三）专业知识讲授（约55分钟）一、传感器的基本特性概述（约8分钟）基本特性的概念传感器的基本特性是关于传感器的输入与输出的关系特性，是传感器内部结构参数作用关系的外部表现。根据输入信号是否随时间变化，传感器的基本特性分为静态特性和动态特性两大类。静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态（即输入量为常量或变化极缓慢）时，传感器的输出与输入之间的关系。此时输入量和输出量都与时间无关，可用一个不含时间变量的代数方程或特性曲线来描述。动态特性传感器的动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。由于传感器存在惯性和滞后，当被测量随时间变化时，传感器的输出往往来不及达到平衡状态。高精度传感器必须同时具有良好的静态特性和动态特性，才能保证信号无失真地按规律转换。二、传感器的静态特性指标（约40分钟）逐一讲解七项主要静态特性指标，每项约5～6分钟。（1）线性度（非线性误差）线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理想直线（拟合直线）的程度。理想情况下，传感器的输出与输入应呈线性关系，但实际传感器大多具有非线性。线性度通常用实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差ΔLmax与满量程输出值YFS之比的百分数来表示：拟合直线的选取有多种方法，如将零输入和满量程输出点相连的端点连线法，或使特性曲线上各点偏差平方和最小的最小二乘法。板书要点：线性度=最大偏差/满量程输出×100%（2）灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标，表示传感器在稳态下输出量的变化量Δy与引起该变化的输入量变化量Δx之比：灵敏度在数值上等于传感器校准曲线的斜率。如果传感器的输出与输入呈线性关系，则灵敏度S为常数；否则灵敏度将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲取决于输出量与输入量的量纲之比。例如某位移传感器在位移变化1mm时输出电压变化200mV，则其灵敏度为200mV/mm。需要特别强调的是：灵敏度越高的传感器不一定越好。灵敏度越高，传感器越易受环境和自身噪声的影响，测量范围相对越窄，稳定性也往往越差。因此要合理选择灵敏度。板书要点：灵敏度=输出变化量/输入变化量=曲线斜率（3）迟滞迟滞是指传感器在输入量由小到大（正行程）和由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重合的现象。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。迟滞产生的原因主要包括传感器内部元件的摩擦、间隙、弹性元件的滞后、磁性材料的磁滞等。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示：板书要点：正行程与反行程特性曲线不重合→迟滞（4）重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得特性曲线不一致的程度。它反映了传感器测量结果的分散性。重复性误差用满量程输出的百分数表示。重复性越好，说明传感器的随机误差越小，测量结果的可靠性越高。板书要点：多次重复测量→特性曲线的一致性程度（5）分辨率与阈值分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。具体而言，当输入量从某一非零值缓慢变化时，在超过某一增量后输出发生可观测的变化，这个最小输入增量即为分辨率。阈值是指当输入量从零值开始缓慢增加时，在达到某一值后输出才发生可观测的变化，这个输入值称为阈值。阈值可以理解为零点附近的分辨率。分辨率与传感器稳定性存在负相关性——分辨率越高，传感器越易受噪声影响。板书要点：分辨率（非零输入增量）与阈值（零输入增量）的区别（6）漂移漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化的现象。漂移产生的原因主要有两方面：一是传感器自身结构参数的变化，二是周围环境（如温度、湿度等）的影响。漂移可分为零点漂移（零漂）和灵敏度漂移，也可按时间分为时间漂移和温度漂移（温漂）。零漂是指在零输入状态下传感器输出值的变化。温漂是指温度变化引起的输出漂移。板书要点：输入不变，输出随时间/温度变化→漂移（7）其他静态特性指标除上述六项指标外，传感器的静态特性还包括测量范围（传感器所能测量的输入量最小值和最大值之间的范围）、精度/精确度（测量结果与被测“真值”的接近程度）、稳定性（测量输出值在一段时间内的变化）等。三、传感器的动态特性（约7分钟）动态特性的概念传感器的动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。当输入量随时间变化时，由于传感器的惯性和滞后，输出往往不能立即达到与输入对应的稳定值，而是经历一个过渡过程。动态特性的研究方法研究传感器动态特性最常用的方法是对传感器施加标准输入信号，观测其输出响应。最常用的标准输入信号有两种：阶跃信号——输入量从某一值突然变化到另一值，观测传感器的阶跃响应，可得到时间常数、上升时间、调节时间等时域性能指标。正弦信号——输入量按正弦规律变化，观测传感器的频率响应，可得到幅频特性和相频特性等频域性能指标。传感器根据动态特性可分为零阶、一阶和二阶系统。大多数传感器为二阶系统。在设计和使用传感器时，应使其具有良好的动态响应特性，一般设计为欠阻尼状态（阻尼比ζ取0.6～0.7）。静动态特性的关系传感器的静态特性与动态特性是评价传感器性能的两个方面。静态特性描述稳定状态下的输入输出关系，动态特性描述变化过程中的响应能力。一个高精度传感器必须同时具备良好的静态特性和动态特性。（四）重点难点突破与课堂互动（约7分钟）难点突破针对“线性度”的计算方法，用具体数值举例说明：某压力传感器量程为0～100kPa，实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差为0.05kPa，则线性度为0.05/100×100%=0.05%FS。针对“分辨率与阈值的区别”，以电子秤为例说明：当秤上已有1kg物体时，再增加5g才引起示值变化——这5g是分辨率；当秤上为空时，需加10g才引起示值变化——这10g是阈值。课堂提问为什么传感器的线性度越接近0越好？一个灵敏度很高的传感器一定是最好的传感器吗？为什么？分辨率和阈值有什么区别？请举例说明。归纳总结用对比方式梳理静态特性各指标的物理意义和评价方向：线性度评价“直不直”，灵敏度评价“敏不敏”，迟滞评价“回不回”，重复性评价“稳不稳”，分辨率评价“细不细”，漂移评价“变不变”。（五）课堂小结与思政升华（约5分钟）回顾本次课核心要点：传感器特性分为静态特性和动态特性两大类；静态特性的主要指标包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、阈值、漂移等；动态特性研究传感器对变化输入的响应能力；传感器的各项指标并非越高越好，需要根据具体应用需求权衡选择。从“分辨力与阈值”的关系延伸到量变与质变的辩证关系——输入量从零开始逐渐增大，达到阈值后输出发生质的变化；从灵敏度与稳定性的矛盾关系引出工程中的“权衡”思想，强调“没有最好，只有最合适”的工程哲学；传感器的特性指标体现了科学评价和标准意识，这是大国工匠的基本素养——无论从事哪个行业，都需要有精准的度量标准和严谨的评价方法。课后作业在线题库1.1~1.4课后总结复习相关的内容，完成传感器特性与技术指标总结重庆工业职业技术大学教案课题第1章传感技术基础1.3测量结果的数据处理课程思政：创新进取精神课时2教学目标和要求1.理解误差产生的原因及分类；2.掌握测量误差与精度的计算；3.了解测量数据处理的典型方法。；4.培养创新进取精神；教学重点和难点1.误差的表示；3.误差与精度的计算。授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材教学步骤：1.根据测量的基本概念进一步提出不同的测量方法。2.根据不同的划分标准对不同的测量方法进行分类。3.分析测量仪表的精确度与分辨率。一、教学任务引入测量的目的在于获取被测量的真实量值，但由于受到种种因素的影响，测量结果总是与被测量的真实量值不一致，即存在着测量误差。通过给学生讲解人们为了减小和消除测量误差对测量结果的影响，需要研究和了解测量误差、测量不确定度以及测量结果的数据处理和表示，从而引入对误差、精度的介绍。二．专业知识及教学方法1.测量的基本概念测量或检测是指人们用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，并确定被测量对标准量的倍数，从而获得被测量的定量的信息。测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。2.测量方法按测量手续分：直接测量和间接测量。按获得测量值的方式可以分：偏差式测量、零位式测量和微差式测量。根据传感器是否与被测对象直接接触：接触式测量和非接触式测量。根据被测对象的变化特点：静态测量和动态测量。具体将几种测量方法展开分析：直接测量、间接测量3.测量误差及分类测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。4.绝对误差与相对误差绝对误差是仪表的指示值与被测量的真值之间的差值，记做e.相对误差是仪表指示值的绝对误差与被测量相关值的比值，常用百分数来表示，即r.引用误差是绝对误差与仪表量程的比值。通常也用百分数表示。最大引用误差就是测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误差最大值与量程的比值。精度=rAMax|rm|5.误差分类1）粗大、系统、随机误差系统误差在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化，这种误差称为系统误差。随机误差在相同的条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。分析正确度、精密度和精确度的区别与关系。系统误差与随机误差的关系粗大误差2）基本误差和附加误差3）静态误差与动态误差6、测量结果的定性表示为了定性地描述测量结果与真值的接近程度和各个测量值分布的密集程度，引入了测量的精度。测量的精度包含了准确度、精密度和精确度这三个概念。结合误差的概念和表示，提倡“三省吾身”。（《论语·学而》：“曾子曰：‘吾日三省吾身，为人谋而不忠乎？’”）重点难点突破：讲授法、多媒体教学：通过讲授启发学生思考误差产生的原因及表示。小组讨论法：讨论日常生活中的常见误差类型，在老师引导下得到误差和精度的表示方法；直观演示法：视频演示误差和精度的概念与计算。充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。结合误差概念，引入人生观、价值观的思考，提倡“三省吾身”，多思考，多锻炼，少抱怨。课后作业在线题库1.5-1.10，习题1,4,6,7,8课后总结测量误差产生的原因及典型处理方法重庆工业职业技术大学教案课题项目2热量及其相关参量的检测2.1温标及测量方法2.2膨胀与压力式温度计课堂思政：工匠精神课时2教学目标和要求1、了解温标的概念；2、掌握常见温标的换算；3、了解膨胀与压力式传感器的工作原理；4、了解膨胀与压力式的分类及特性；5、了解膨胀与压力式的适用场合；6、培养吃苦耐劳精神；教学重点和难点1.热电阻式温度传感器的特点及适用场合授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材一、教学任务引入通过给学生讲述温度是诸多物理现象中具有代表性的物理量，自然界中的几乎所有物理、化学过程都与温度有紧密地联系，温度的精确检测及控制更是必不可少，从而引入温度的概念及其表示——温标。二、专业知识及教学方法1.温度的物理意义（启发教学法、引导思维法、讲述、举例、分析、提问）教学要点：从宏观的角度而言，温度是表征物体或系统的冷热程度的物理量。温度单位是国际单位制中七个基本单位之一。温度反应了系统内部分子无规则运动的剧烈程度。2.温标（讲授法、启发教学法）为了保证温度量值的统一，必须建立一个用来衡量温度高低的标准尺度，即温标。教学要点：1)经验温标借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。常用的有摄氏温标、华氏温标和列氏温标。2)热力学温标热力学温标，是国际单位制中七个基本物理单位之一，是一种理想而不能真正实现的理论温标，它由开尔文(Ketvin)在1848年提出的以卡诺循环(Carnotcycle)为基础建立的，符号为K。3.温度检测的主要方法及分类（利用多媒体教学，穿插小组讨论法）教学要点：人们一般是借助于随温度变化而变化的物理量（如体积、压力、电阻、热点势等）来定义温度数值，建立温标和制造各种各样的温度检测仪表。接触式和非接触测温的一般特点方式接触式非接触式测量条件感温元件要与被测对象良好接触；被测对象不对感温元件产生腐蚀需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上测量范围特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性对象的连续在线测温，对高于l300℃以上的温度测量较困难原理上测量范围可以从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度精度工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级通常为1.0、1.5、2.5级响应速度慢，通常为几十秒到几分钟快，通常为2～3秒钟其它条件整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被测物体实际温度；可方便地组成多路集中测量与控制系统整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温度(需进一步转换)；不易组成测温、控温一体化的膨胀与压力式温度计自学相关内容，并回答：各种膨胀与压力式温度计的原理、特点及适用场合；是否可称为传感器（广义狭义之分）重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：1、案例、兴趣引导法——在课程开始前尽量以学生见到的、用到的电阻为例引导学生，引起学习兴趣2、实物展示教学法——利用投影仪展示各类热电阻传感器的外形结构等，形象直观教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。结合温度、温标概念，引入“如人饮水，冷暖自知”典故，引导学生对过去、现在和未来的人生进行思考，提倡多实践多锻炼。课后作业在线题库1.4，习题1课后总结接触式与非接触式测温的区分和特点，膨胀与压力式温度计的原理、特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题项目2热量及其相关参量的检测2.3电阻式温度传感器及其应用课堂思政：价值观课时4教学目标和要求1、了解热电阻传感器的工作原理；2、了解热电阻的分类及特性；3、了解热敏电阻的工作特性；4、建立谨慎细致的学习态度；教学重点和难点1.电阻式温度传感器工作特性授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材一、教学任务引入（1）通常情况下，超期使用的220V家用电灯泡是在_____烧毁？A.关灯瞬间；B.开灯瞬间；C.正常工作半小时后。为什么？（2）CRT式（解释什么是CRT）电视机经常开和关，利弊如何？（有何利处？有何弊处？）利用超导现象来解释以下论述：温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增大，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。二、教学内容及教学方法金属热电阻（典型案例法、启发教学法、引导思维法、讲述、举例、分析）课堂提问：分析表，相同阻值的铜热电阻和铂热电阻的外形比较，____的体积较大？为什么？ITS-90标准：国内统一设计的工业用铂热电阻在0℃时的阻值R0值有25Ω、100Ω等，分度号分别用Pt25、Pt100等表示。薄膜型铂热电阻有100Ω、1000Ω等数种。热电阻的阻值Rt与温度t的关系可用下面的一般表达式表示：Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3+Dt4）课堂提问（1）若为理想线性型热电阻，则表达式应为：Rt=___________________热电阻分度表：热电阻的阻值Rt与t之间并不完全呈线性关系。因此必须每隔一度测出铂热电阻和铜热电阻在规定的测温范围内的Rt与t之间的对应电阻值，并列成表格。热敏电阻（典型案例法、启发教学法、引导思维法、讲述、举例、分析）1.热敏电阻的类型及特性热敏电阻（Thermistor）按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。正温度系数：电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同。负温度系数：当温度上升时，电阻值反而下降。NTC的电阻值与温度之间的负指数关系：关系式为：RT=R0式中RT——NTC在热力学温度为T时的电阻值；R0——NTC在热力学温度为T0时的电阻值，T0设定在298K（25℃）；B——NTC的温度常数。课堂提问（1）为什么公式中的温度以T表示，而不以t表示？突变型：又称临界温度型（CTR）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。PTC热敏电阻：它的温度-电阻特性曲线呈非线性，它在电子线路中多起限流、保护作用。课堂提问某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串连，求：电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流_____。当该PTC的温度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的灯丝电流显著_____（增大/减小）。采用保护电路，可以达到使显像管_____（快/慢）启动的目的。测量桥路设计方案的选择（教学方法采用典型案例法、启发教学法、引导思维法、讲述、举例、分析）方案一：二线制电桥测量电路的缺点：（1）引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了平衡，需重新调零。（2）在测量过程中，气温升高时，引线电缆受环境温度影响，铜质电缆线的电阻与热电阻一样，阻值也会升高，叠加在Rt的变化上，引起测量误差，且无法纠正方案二：四线制恒流测量电路由于输出电压是直接从Rt两端引出的，所以激励电流Ii在r1a、r1b上的压降就不被包括到Uo中，因此可以克服引线电阻的影响。四线制测量电路的缺点是：A/D转换器得到的电压中，本底电压Uo0所占比例较大，而反映温度变化的ΔUo相对较小，降低了系统的分辨力。方案三：三线制电桥测量电路热电阻Rt用三根导线①、②、③引至测温电桥。其中两根引线的内阻（r1、r4）分别串入测量电桥相邻两臂的R1、R4上，引线的长度变化不影响电桥的平衡，所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。ri与激励源Ei串联，不影响电桥的平衡，可通过调节RP2来微调电桥的满量程输出电压。三芯屏蔽线：为了减小环境电、磁场的干扰，最好采用三芯屏蔽线，并将屏蔽线的金属网状屏蔽层接大地。结论：三线制电桥测量电路的稳定性较好，灵敏度较高，所以我们采用第三个方案。2.应用以电阻式体温计、测温仪表温度补偿、过温保护等为例介绍电阻式温度传感器的应用。重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：1、案例、兴趣引导法——在课程开始前尽量以学生见到的、用到的电阻为例引导学生，引起学习兴趣2、实物展示教学法——利用投影仪展示各类热电阻传感器的外形结构等，形象直观教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。结合诗句“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”，体会古诗意境，讲述气温随地势的上升而降低的特点。课后作业在线题库1.4，习题1课后总结复习相关的内容，完成课后的练习重庆工业职业技术大学教案课题项目2热量及其相关参量的检测2.4热电偶传感器及其应用课堂思政：价值观课时2教学目标和要求1.理解热电偶传感器原理、特点及应用。2、了解热电偶传感器的选型与安装；3、掌握热电偶的冷端补偿原理接方法；4.建立精益求精、方得始终的理念教学重点和难点1.热电偶传感器的冷端补偿；2.热电偶传感器的选型及应用授课内容与教学过程设计教具及教学手段：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学步骤：1.分析热电偶传感器的种类。2.介绍热电偶传感器的应用电路。一、教学任务引入多媒体演示：

做以下的实验：

将两根不同材质的金属（例如镍铬-镍硅）的端部绞在一起。用打火机烧该端部。用数字毫伏表测量另两端的输出热电动势。

可以看到，毫伏表的读数随铰接的端部的颜色变红而上升。

从以上演示，引入本次课题——热电偶传感器。二、教学内容及教学方法1.热电效应

（典型案例法、启发教学法、引导思维法、讲述、举例分析）两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0）有温差时，回路里会产生热电势，形成电流。热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定，这种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。根据两导体的接触电势和单一导体温差电势，热电偶总的热电势为：几个结论：

1）如果热电偶两电极材料相同，即使两端温度不同（t≠t0），但总输出热电势仍为零。因此必须由两种不同材料才能构成热电偶。

2）如果热电偶两结点温度相同，则回路总的热电势必然等于零。两结点温差越大，热电势越大。

3）式中未包含与热电偶的尺寸形状有关的参数，所以热电势的大小只与材料和结点温度有关。

如果以摄氏温度为单位，EAB（T，T0）也可以写成EAB（t，t0），其物理意义略有不同，但电动势的数值是相同的。2、热电极材料和通用热电偶（利用多媒体教学，穿插小组讨论法）热电极和热电偶的种类繁多，我国从1991年开始采用国际计量委员会规定的“1990年国际温标”（简称ITS-90）的新标准。按此标准，共有八种标准化了的通用热电偶。

多数热电偶的输出都是非线性（斜率不为常数）的。国际计量委员会已对这些热电偶的化学成分和每一摄氏度的热电势做了非常精密的测试，并向全世界公布了它们的分度表（t0=0℃）。使用前，只要将这些分度表输入到计算机中，由计算机根据测得的热电势自动查表就可获得被测温度值。为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。热电偶安装注意事项1）插入深度要求： 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线5~10mm。2）注意保温：为防止传导散热产生测温附加误差，保护套管露在设备外部的长度应尽量短，并加保温层。3）防止变形：应尽量垂直安装。在有流速的管道中必须倾斜安装，若需水平安装时，则应有支架支撑。3、热电偶的基本定律1）匀质导体定律由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。2.）中间导体定律在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势。3.连接导体定律(中间温度定律)（讲述，举例分析）为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。实际测量时，利用这一性质，参考端温度不为零度时的热电势进行修正。举例应用分度表进行手动计算修正。4.热电偶的冷端处理和补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小得到热端的温度。 1）补偿导线法 当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为０℃。补偿导线又分为延长型和补偿型两种延长形：补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，用字母“Ｘ”附在热电偶分度号后表示，补偿型：其合金丝的名称化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在100℃以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，有字母“C”附在热电偶分度号后表示，使用补偿导线时注意问题：补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）；热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连；补偿导线的作用是对热电偶冷端延长.2)热电偶冷端温度恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。3)计算修正法在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0度，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。4)冷端补偿电桥法利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：1、案例、兴趣引导法——在课程开始前以酒精加热两种导体回路产生热电势现象为例引导学生，引起学习兴趣2、实物展示教学法——利用投影仪展示热电偶的外形结构等，形象直观3、演示教学——在介绍热电偶工作原理时边演示边介绍，结合书上例题，让学生练习教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。在传授热电偶传感器技术的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业在线题库1.1~1.3，9~10课后总结热电偶传感器的工作原理类型特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题项目2热量及其相关参量的检测2.5辐射式温度传感器2.6其他温度传感器课堂思政：价值观课时2教学目标和要求理解接触式和非接触式测温方法的各自特点；；理解辐射式测温的工作原理特点及适用场合；了解其它测温方法的原理特点;.培养做事三思而后行的良好习惯教学重点和难点辐射式测温的工作原理和分类授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材一、教学任务引入问题：之前介绍的电阻式、热电偶测温都有什么共同点？（探头跟被测物体接触）引出接触式测温的特点。接触测温法的优点（测得的温度是物体的真实温度,其缺点是动态特性差,由于要接触被测物体,故对被测物体的温场分布有影响,而且受传感器材料耐温上限的限制,不能应用于超高温测量。）从而引出本次课题——需要非接触式测温。非接触测温又称为辐射测温。辐射测温在理论上不存在测温上限,具有测温范围广、响应速度快、不破坏被测对象温场等特点。因此在实际应用中,辐射测温技术越来越受到重视。二、专业知识及教学方法（一）辐射测温基本原理（典型案例法、启发教学法、引导思维法、讲述）教学要点：热辐射测温的基本定律(普朗克定律（单色辐射强度定律）辐射出射度M：离开辐射源表面一点处的面单元上的辐射能量除以该单元面积，称为该点的辐射出射度，单位为瓦/米2(W/m2)。（二）辐射测温的常用方法（启发教学法、引导思维法）1、亮度测温定义：测出物体在某一波段的辐射亮度，确定被测物体的温度。使用滤光片优点：结构简单、使用方便、灵敏度高、抗干扰；缺点：有一定偏差2、全辐射测温定义：测出物体在整个波长范围内的辐射能量，确定被测物体的辐射温度。斯忒潘—玻耳兹曼定律（四次方定律）优点：灵敏度低；缺点：容易受环境干扰，偏差较大。根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的。组成：辐射感温器和显示仪表两部分可用于测量400～20000C的高温，多为现场安装式结构。为适应现场高温环境的要求，可在辐射感温器外加装水冷夹套。辐射高温计测量的温度称为辐射温度，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。注意事项（1）减少ελ的影响;（2）由于中间介质的影响：光学高温计不要距离被测物体太远，一般应在1—2m之内比较合适;（3）光学高温计不宜测反射光很强的物体，容易造成大误差;（4）光学高温计的测量准确度比热电偶、热电阻低，并不能测物体内部温度。3、比色测温教学要点：定义：测出物体在两个特定相近波长范围上的辐射能量之比，确定被测物体的比色温度。优点：灵敏度较高，偏差小，中高温测量，抗干扰能力强。缺点：结构复杂，价格昂贵。重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用讲授法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：1、案例、兴趣引导法——在课程开始前以分析总结接触式测温传感器的共性为例引导学生，引起学习兴趣2、实物展示教学法——利用投影仪展示各类辐射测温传感器的外形结构等，形象直观3、演示教学——在介绍辐射式等测温传感器工作原理时边演示边介绍，结合书上例题，让学生练习教学方法建议：讲授法、引导思维法，引导学生一步步完成理论学习。结合古诗“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”,反映了冷风过境时先刮风后降水（雪）的天气变化特征,描述温度、湿度、压力之间的交叉影响关系课后作业习题11~13课后总结辐射式测温的原理特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题实验金属热电阻和热敏电阻测温课堂思政：劳动教育课时2教学目标和要求掌握温度传感器-铜热电阻的测温原理和方法；掌握温度传感器-铂热电阻的测温原理和方法；3.掌握温度传感器-热敏电阻的测温原理和方法；4.培养劳动创造价值的理念教学重点和难点铜热电阻测温方法；铂热电阻测温方法；3、热敏电阻测温方法；授课内容与教学过程设计教学方法：课堂教学结合实验验证；讲述、举例、分析、实验。教学资源：YL_CG2011型传感器与检测技术试验台、铜热电阻、铂热电阻、热敏电阻、实验指导书1．复习及任务引入教师提问金属热电阻和热敏电阻测温原理，让学生思考具体测温方法，从而引出本次课题。2．教学内容及教学方法教学要点与实验步骤：1、观察已置于加热炉顶部的铂热电阻，连接主机与实验模块的电源线及传感器与模块处理电路接口，铂热电阻电路输出端VO接电压表，温度计置于热电阻旁感受相同的温度。2、开启主机电源，调节热电阻电路调零旋钮，使输出电压为零，电路增益适中，由于铂电阻通过电流时其电阻值要发生变化，因此电路有一个稳定过程。3、开启加热开关，设定加热炉温度为≤100℃，观察随炉温上升铂电阻的阻值变化及输出电压变化，（温度表上显示的温度值是炉内温度，并非是加热炉顶端传感器感受到的温度）。设定温度值40℃时记录下电压表读数值，重新设定温度值为50℃+n·Δt，建议Δt=5℃，n=1……10，每隔1n读出数显表输出电压与温度值，将结果填入下表。t(℃)V(mv)4、根据表值计算其非线性误差。实验注意事项：加热器温度一定不能过高，以免损坏传感器的包装；传感器不能带电拔插；仪器、仪表的正确使用。思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册，确定传感器的功能及管脚排列，然后采用演示教学法，边讲边演示集成传感器的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀课后作业第10大题（P70）课后总结分析总结热电阻测温特性，完成课后的练习重庆工业职业技术大学教案课题实验热电式传感器测温课堂思政：量变质变原理课时2教学目标和要求1.掌握热电式传感器测温原理；2.掌握热电式传感器测温方法；3.理解量变到质变的原理教学重点和难点1.热电式传感器测温方法授课内容与教学过程设计教学方法：课堂教学结合实验验证；讲述、举例、分析、实验。教学资源：YL_CG2011型传感器与检测技术试验台、K、E分度热电偶、温控电加热炉、温度传感器实验模块、万用表、实验指导书一、复习及任务引入教师提问热电式传感器原理，让学生思考具体测温方法，从而引出本次课题。二、教学内容及教学方法教学要点与实验步骤：1、观察热电偶结构，了解温控电加热器工作原理。温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。温度设定：拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧，（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。2、首先将温度设定在50℃左右，打开加热开关，{加热电炉电源插头插入主机加热电源出插座}，热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，位万用表置200mv档，当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，并记录电炉温度与热电势E的关系。3、因为热电偶冷端温度不为0℃，则需对所测的热电势值进行修正E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。4、继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃和130℃，重复上述实验，观察热电偶的测温性能。注意事项：加热炉温度请勿超过150℃，当加热开始，热电偶一定要插入炉内，否则炉温会失控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温度;因为仪器中差动放大器放大倍数≈1000倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值;传感器不能带电拔插；仪器、仪表的正确使用。思考题：1．

为什么差动放大器接入热电偶后需再调节差动放大器零点？

答：

差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出。

接入热电偶，恐怕就破坏了电路的对称性，所以需再调差放零点。

2．

即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？

答：热电偶是利用两种金属在一个温度下会产生不同电动势。温度不同，电动势的差值也不同。通过测量电压，就可以测得温度值。由于接点的电阻，导线的长与短，电压测试电路的内阻等等，很多因素影响着电压的测量精度。

电压不准，再用电压值去表示温度值，当然也不会非常准确。重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册，确定传感器的功能及管脚排列，然后采用演示教学法，边讲边演示集成传感器的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀课后作业第12大题（P70）课后总结分析总结热电偶测温特性，完成课后的练习重庆工业职业技术大学教案课题实验双限温度报警器的设计与制作课堂思政：辞海精神课时2教学目标和要求1、理解双限温度报警器的测温原理和方法；2、掌握双限温度报警器的设计和制作；3、培养一丝不苟的严谨作风；教学重点和难点双限温度报警器的设计和制作；授课内容与教学过程设计教学方法：课堂教学结合实验验证；讲述、举例、分析、实验。教学资源：面包板、热敏电阻及其他电子元器件1．复习及任务引入教师提问金属热电阻和热敏电阻测温原理，让学生思考具体测温方法，从而引出本次课题。2．教学内容及教学方法双限温度报警电路如图7.1.4所示，它采用一块施密特集成电路，具有反应灵敏且声光显示，体积小、功耗低，成本低等特点。该电路分两部分，由A、B及R4、C1组成上限报警功能，而由C、D及R5、C2构成下限报警功能。

平时RP1、RP2分别设置上限和下限两个报警点，使A和C输入端都为高电平，输出都为低电平而使振荡器都停振。当温度过高时，热敏电阻R1阻值减小，使A输出高电平，B起振，压电陶瓷片YD发出高音调的蜂鸣声。同时，发光二极管LED1亮，显示温度过高；温度过低时，热敏电阻R2阻值增大使C输出高电平，D起振，压电片YD发出低音调蜂鸣声。发光二极管LED灯亮，显示温度过低。由于CMOS电路静态功耗极小，电流仅在微安级，故静态时的电源消耗主要在RP1、RP2和热敏电阻上。若能采用阻值在百kΩ以上的专用测温电阻，RP1、RP2也相应地按图中比例加大，则静态时的电源消耗可控制得很小，这对延长电池使用寿命极为有利。电路元器件清单如表7.2.1所示。表7.2.1温度报警器元器件清单见下表编号名称型号数量R1、2热敏电阻1K2R3电阻3K1R4、5电阻2M2RP1、2可调电阻10K线性2C1涤纶电容300PF1C2涤纶电容1000PF1LED1、2发光二极管Φ3mm1IC施密特集成电路CD4093或MC140931YD压电蜂鸣器Φ20mmHTD20A－1型1E电池12V1该报警器使用的元器件都不大，可做得像火柴盒那样小巧。若用光敏电阻代替热敏电阻，可作光照强度报警器。也可将施密特触发器的另一输入端利用下来，作光照、温度的双功能双向报警。从LED引出控制信号控制补光、加湿（如超声波加湿器）便组成自动补光、恒湿控制器。带电拔插；仪器、仪表的正确使用。思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册，确定传感器的功能及管脚排列，然后采用演示教学法，边讲边演示集成传感器的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业实验报告课后总结分析总结热电阻测温特性，完成实验报告课题实验二线制热电阻式温度报警器的设计与制作课堂思政：辞海精神课时4教学目标和要求理解热电阻式温度报警器的测温原理；掌握二线制热电阻式温度报警器的设计和制作；3、培养一丝不苟的严谨作风；教学重点和难点二线制热电阻式温度传感器的设计和制作；授课内容与教学过程设计教学方法：课堂教学结合实验验证；讲述、举例、分析、实验。教学资源：面包板、热电阻Pt100及其他电子元器件1．复习及任务引入工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。采用pt100测温一般有三种接线方式：二线制、三线制、四线制，分析二线制的特点，引入本课题的设计制作任务。二线制接法:这种接法不考虑PT100电缆的导线电阻，将A/D采样端与电流源的正极输出端接在一起，这种接法由于没有考虑测温电缆的电阻，因此只能适用于测温距离较近的场合。2．教学内容及教学方法二线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。电流回路和电压测量回路合二为1。电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096∨的参考电源：采用R1，R2，VR2，PT100构成测量电桥（其中R1=R2,VR2为100Ω精密电阻），当PT100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个ｍＶ级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4，R5=R6,放大倍数=R5/R3.运放采用单一5V供电。表7.2.1温度报警器元器件清单见下表器件选择：1)、电阻R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2)、电阻R5/R3的比值可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求；3)、VR2为滑动变阻器，调节滑动变阻器的阻值大小可以改变温度的零点设定，例如，PT100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当阻值调节到109.855Ω时，温度的零点就被设在了25℃。测量滑动变阻器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变；4)、运算放大器一个，运放输出的电压为输入压差信号*放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非由这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为4.096*（Rpt100/(R1+Rpt100)-Rvr2/(R1+Rvr2))式中电阻值以电路工作时量取的为准。5)、电源Vcc,电容C1和TL431。它的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若Vo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1mA。表1热电阻式温度传感器（二线制）设计元器件清单序号元器件类型元器件规格数量备注1PT10012运算放大器LM32413滑动变阻器TL43114滑动变阻器IN473315电容10316电容10417电容ROMH22K8电阻ROMH2100K9电阻ROMH41K重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册或用万用表确定各器件的规格及管脚排列等，然后采用演示教学法，边讲边演示集成传感器的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业实验报告课后总结分析总结热电阻测温特性，完成实验报告课题实验三线制热电阻式温度报警器的设计与制作课堂思政：工匠精神教学目标和要求理解热电阻式温度报警器的测温原理；掌握三线制热电阻式温度报警器的设计和制作；培养不忘初心、砥砺前行的理念；课时4教学重点和难点三线制热电阻式温度传感器的设计和制作；授课内容与教学过程设计教学方法：课堂教学结合实验验证；讲述、举例、分析、实验。教学资源：面包板、热电阻Pt100及其他电子元器件1．复习及任务引入温度是化工生产过程的四大参数之一，温度传感器Pt100具有体积小、准确度高、稳定性好等特点而被广泛应用于650℃以下的温度测量．然而，它存在非线性的缺点，因此在设计时应考虑非线性补偿的问题．。采用pt100测温一般有三种接线方式：二线制、三线制、四线制，分析三线制的特点，引入本课题的设计制作任务。三线制接法：这种接法增加了用于A/D采样的补偿线，三线制接法消除了连接导线电阻引起的测量误差，这种接法适用于中等测量距离的场合。2．教学内容及教学方法恒流源驱动电路负责驱动温度传感器Pt100，将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号，实现R-V转换．恒流源电路由运算放大器OP07、基准电压源、电阻和三极管组成，为避免激励电流产生的热量影响测量精度，设计恒流源的大小为1mA．具体实现如图3所示．VZ1是一个2．5V的稳压管，即U1－U3=2．5V;根据运放的“虚短”原则，运算放大器OP07的同相端电压和反相端电压值相等，即U2=U3;因此，电阻R31两端的电压U1－U2=2．5V;可以计算出流经R31的电流为2．5V/2．5KΩ=1mA．根据运放“虚断”原理，可知，流过R31的电流将几乎全部流入复合管而不流入运放的反向端，则由复合管集电极输出电流为1mA，实现了高精度恒流源的设计.设计中的关键点:由LM336提供一个精密2．5V电压基准;R31是稳定性好的精密线绕电阻;由两片9012组成复合管使电流放大系数值增大，温漂系数减小，恒流值稳定．信号采集及调理电路如图4所示．RT为温度传感器Pt100，Pt100采用三线制连接方法，实际应用时，三根导线采用相同规格、相同长度，因此三根导线实际电阻相等，假设为r．设计中的关键点:R32=75Ω、1%精度的线绕电阻，其作用是去除放大电路所造成的A/D丢码;C5和R37可滤除高频干扰;电路中C4、R36组成一低通滤波电路，可有效的滤除50HZ工频干扰。热电阻式温度传感器（三线制）设计元器件清单序号元器件类型元器件型号/规格数量备注1双极性（双电源供电）运算放大器Op07122.5V并联稳压二极管LM33613PNP型小功率三极管901224RT铂热电阻Pt10015R30精密线绕电阻4.7K16电阻R2910K17电阻R312.5K/0.1%18电阻R34200K19电阻R33100K110电阻R3275/0.1%111电阻R36100K112电阻R35200K113电阻R3710K114电阻R381K115电容C6/C7/C8/C9107（10uF）416电容C4/C5104（0.01uF）2重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册或用万用表确定各器件的规格及管脚排列等，然后采用演示教学法，边讲边演示集成传感器的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀课后作业实验报告课后总结分析总结三线制热电阻测温特性，完成实验报告重庆工业职业技术大学教案课题项目5力学量及其相关参量的检测5.1电阻应变式传感器及其应用课堂思政：人生观课时2教学目标和要求1.了解电阻应变力敏式传感器的结构和分类；2.理解电阻应变力敏式传感器的工作原理；

3.理解电阻应变力敏式传感器的工作特性；4.理解电阻应变力敏式传感器的典型应用；5.践行不以善小而不为，不以恶小而为之的理念；教学重点和难点1.电阻应变力敏式传感器工作特性；2.电阻应变力敏式传感器应用授课内容与教学过程设计教学方法：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学资源：多媒体课件、教材一、教学引入以PPT展示金属电阻丝拉伸后其阻值改变这一现象为例，分析可导致其阻值变化的原因，引入电阻应变力敏器的工作原理和分类介绍。二、教学内容及教学方法以下采用启发式教学法、情景教学法、引导思维法电阻应变式力传感器基于电阻应变效应制作而成，即导体或半导体电阻受到力或者压力作用后，产生机械变形(拉伸或压缩)，其阻值也发生变化。根据材料不同，可分为金属丝式、箔式、薄膜式和半导体式等。电阻应变力敏式传感器的特性是指传感器的电阻应变力敏变化量与输入量之间的关系。介绍其工作原理。电阻应变片由敏感栅1、基底2、盖片3、引线4和粘结剂等组成。这些部分所选用的材料将直接影响应变片的性能。因此，应根据使用条件和要求合理地加以选择。介绍其结构、分类及各自特点。根据材料不同，电阻应变式传感器可分为金属丝式、箔式、薄膜式和半导体式等类型。结合表格介绍各种类型应变片的特点。应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。电阻应变片的测量线路多采用交流电桥(配交流放大器)，其原理和直流电桥相似。直流电桥比较简单，因此首先分析直流电桥。在采用电阻应变片进行测量时，应变片的布片方向必须与被测对象的受力方向相一致，典型的应变片布桥和组桥方法如表4.1.1和4.1.2所示。分析电阻应变式传感器的工作特性，如灵敏度、横向效应、零飘、蠕变等。用作测量应变的金属应变片，希望其阻值仅随应变变化，而不受其它因素的影响。实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。分析温度带来的影响，然后介绍温度补偿的方法，如自补偿法（单丝自补偿应变片、双丝组合式自补偿应变片、电路补偿法等）和线路补偿法等。应变片式通过粘合剂粘帖到被测物体上的，其粘帖质量直接影响应变的量的精度。介绍粘贴步骤。电阻应变力敏式传感器的应用(采用典型案例教学法、情景教学法、引导思维法)电阻应变式传感器的应用十分广泛。它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。引入力敏元件和压敏元件的介绍，以弹簧管压力计、硅压阻式压力计等为例介绍其应用重点难点突破：1、公式引导法——在课程开始前以电阻丝受外力作用后，发生形变，其电阻发生改变这一现象为例，分析可导致电阻应变力敏值变化的可能参数，引入电阻应变力敏器的工作原理和分类介绍，引导学生思考。2、实物展示教学法——利用投影仪展示各类电阻应变力敏式外形结构等，形象直观3、演示教学——在介绍各类电阻应变力敏式传感器工作原理、特性时边演示边介绍，结合书上例题，让学生练习；4、在讲授电阻应变式传感器技术的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业在线题库1课后总结电阻应变式力敏传感器的类型原理特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题项目5力学量及其相关参量的检测5.2压电式传感器及其应用 课堂思政：效率课时2教学目标和要求1.掌握晶体的压电效应的和逆压电效应的概念；2.理解压电式传感器的工作原理；3.熟悉压电传感器的典型应用；4.培养做事讲效率的习惯，提升学习工作质量教学重点和难点1.压电式传感器的应用.授课内容与教学过程设计教具及教学手段：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学步骤：1.晶体的压电效应的原理。2.压电加速度传感器的测量电路和应用。一．教学引入以PPT展示电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化这一现象为例，分析可导致其极化的原因，引入本次课题。二．专业知识及教学方法1、工作原理和分类（启发式教学法、情景教学法、引导思维法）1）压电效应在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷，这种效应称为压电效应。2）压电材料目前压电材料可分为三大类：一是压电晶体(单晶)，它包括压电石英晶体和其他压电单晶；二是压电陶瓷(多晶半导瓷)；三是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。2.测量电路

首先介绍压电元件的等效电路。当压电传感器中的压电晶体承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷。可把压电传感器看成一个静电发生器，如图4.2.6(a)。也可把它视为两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器，如图4.2.6(b)。压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。简要介绍二者的工作机理。压电式传感器具有体积小、质量轻、工作频带宽、信噪比大等特点，同时由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。3、压电式传感器的应用（采用多媒体教学法、情景教学法、引导思维法）在压电传感器中，为了提高压电元件的灵敏度，通常不采用单片结构，而是采用两片或多片组合结构。介绍串、并联接法各自特点。压电式加速度传感器是当前振动冲击测试技术中使用广泛的一种传感器。以此为例介绍其应用。对确定的加速度传感器而言，压电系数dij为常数。可以看出，压电式加速度传感器输出的电荷量与物体振动加速度成正比。只要测量出q，就实现了对振动加速度的测量。压电式压力传感器具有灵敏度高、线性好、刚度大、频率范围宽、稳定性好等特点。以此为例介绍其应用，分析其工作特性。被测力通过压电式力传感器在装配时用顶螺纹给晶片组件一定的预紧力，以保证活塞、砧盘、晶片、电导片之间压紧，避免受冲击时因有间隙晶片损坏，并提高传感器的固有频率。压电式压力传感器对温度变化较为敏感，须进行补偿（两种方法）。重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用多媒体教学法、引导思维法、演示教学法，采用多种教学手段进行形象教学：1、案例引导法——在课程开始前以介质极化现象为例，引导学生思考，引入压电效应和逆压电效应的介绍。2、实物展示教学法——利用投影仪展示各类压电式传感器外形结构等，形象直观3、演示教学——在介绍各类压电式传感器工作原理、特性时边演示边介绍，结合书上例题，让学生练习4、在讲授压电式传感器技术的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业习题2课后总结压电式传感器的原理特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题实验应变式传感器性能测试课堂思政：工匠精神课时2教学目标和要求掌握应变式传感器性能测试方法;.培养敬业、精益、专注、创新的精神；教学重点和难点1.应变式传感器性能测试方法授课内容与教学过程设计教具及教学手段：直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微计、电压/频率表、纵向与横向安装的箔式应变片、半导体应变片、万用表。方法采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法一．复习及任务引入教师提问：应变式传感器原理，让学生思考具体性能测试与标定方法，从而引出本次课题。二．教学内容及教学方法教学要点与实验步骤：（项目驱动法、情景教学法、引导思维法）(1)检查各单元旋钮的初始位置直流稳压电源输出置于2v档，V/F表置于20v档，差动放大器增益旋钮置于最大。(2)组桥电桥单元上部的四个桥臂电阻为组桥示意标记，其中，、和分别为备用的桥臂电阻，按需接入桥路组成测量电路。(3)调整测量电路差动放大器调零：用导线将差动放大器的同向输入端、反向输入端与地线相连，电压表量程置于2V档。调整差动放大器增益旋扭，并调至最大，再调整差动放大器的调零旋扭，使电压表指示为零。稳定后，断开差动放大器电源，去掉差动放大器输入端的导线，V/F表置于20V档。(4)测量应变片电桥的输出电压旋转测微计进行加载，使梁的自由端向下产生位移，每次移动0.5mm(可根据灵敏情况来选择)，直至4mm，记下电压表所显示的数值；然后卸载，每次也移动0.5mm，直至零位；加载与卸载反复进行3次，记录测试数据，并填入表4-1。表4-1位移-电压表位移x/mm0.51.01.52.02.53.03.54.0正行程电压u/v反行程电压u/v(5)重新实验=1\*GB3①断开差动放大器电源，将电压表量程返回到20档，将应变片换成沿应变梁横向安装的补偿片重新进行实验。=2\*GB3②选择半导体应变片，重新进行实验。思考题1)电阻应变片主要应用于哪种物理量的测量，如何测量材料的泊松比？2)与箔式应变片相比，半导体应变片有何特点？注意事项：电容传感器动不能带电拔插；仪器、仪表的正确使用。重点难点突破：充分利用现代化教学手段，针对学生理论基础知识薄弱采用项目驱动法、情景教学法、引导思维法，采用多种教学手段进行形象教学：首先采用引导法，引导学生查手册，确定箔式应变片动的功能及管脚排列，然后采用演示教学法，边讲边演示箔式应变片的功能测试方法和应用电路的测试，最后学生进行操作，教师指导。教学方法建议：项目驱动法、情景教学法、引导思维法，引导学生一步步完成实验操作。在实训的同时,分享创新与科技进步、数字中国、科技报国、新时代工匠精神、辩证唯物主义思想等科技素养及家国情怀。课后作业实验报告课后总结应变式传感器的原理特点及适用场合重庆工业职业技术大学教案课题项目6浓度及其相关参量的检测6.1气敏传感器及其应用6.2湿敏传感器及其应用 课堂思政：爱国主义课时2教学目标和要求1.了解气敏传感器的分类、原理、特点及应用；2.了解湿敏传感器的分类、原理、特点及应用;3.爱党爱国，为社会贡献，实现人生价值;教学重点和难点1.气敏电阻、湿敏电阻原理。2.气敏电阻、湿敏电阻的应用。授课内容与教学过程设计教具及教学手段：多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。教学步骤：1.气敏电阻、湿敏电阻的用途。2.气敏电阻、湿敏电阻的应用。一、任务引入教师提问：请同学们思考交警测量酒驾的方法，提出气敏传感器原理，让学生思考具体使用方法，从而引出本次课题。二、专业知识及教学方法1、湿敏传感器（启发式教学法、情景教学法、引导思维法）教学要点：