传感器及应用技术教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN教案学期：课程名称：传感器及应用授课班级：教研室：自动化教研室任课教师：授课章节绪论授课形式讲授授课时间第 1 周周 5 （ 9 月 4 日）第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解工业检测的定义和内容；2、掌握检测系统的框图的绘制；能力目标：素质目标：教学重点检测系统的框图教学难点检测系统的组成补充内容无教学场地及教具使用多媒体教室教学过程方法手段时间分配导入检测的含义是多少？提问2分钟新课检测的定义：检测（Detection）是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
自动检测技术：能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测技术。
二、工业检测技术的内容本课介绍非电量的检测。
三、自动检测系统的组成（1）系统框图：将系统中的主要功能或电路的名称画在方框内，按信号的流程，将几个方框用箭头联系起来，有时还可以在箭头上方标出信号的名称。
在产品说明书、科技论文中，利用框图可以较简明、清晰地说明系统的构成及工作原理。
对具体的检测系统或传感器而言，必须将框图中的各项内容赋以具体的内容。
PPT与实例相结合85分钟授课章节第三章电感传感器授课形式讲授授课时间第 6 周周 5 （ 10 月 11 日）第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解电感传感器的工作原理；2、掌握电流输出型仪表的概念；能力目标：素质目标：教学重点电流输出型仪表的计算教学难点二线制仪表的原理、应用补充内容无教学场地及教具使用多媒体教室教学过程方法手段时间分配导入除了电阻传感器，还有哪些传感器？提问5分钟新课演示：做以下的实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。
这时毫安表的示值约为几十毫安。
用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。
当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。
图3-1 线圈铁心的气隙与电感量及电流的关系实验1—固定铁心 2—气隙 3—线圈 4—衔铁 5—弹簧 6—磁力线 7—绝缘外壳由电工知识可知，忽略线圈的直流电阻时，流过线圈的交流电流为U U UI=≈=演示、PPT、提问相结合80分钟授课章节第三章电感传感器2授课形式讲授授课时间第 7 周周 5 （ 10月16日）第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解电感传感器的应用；2、掌握电流/电压转换电路及计算；能力目标：素质目标：教学重点应用教学难点设计补充内容无教学场地及教具使用多媒体教室教学过程方法手段时间分配导入电感传感器都在哪些领域有应用？提问3分钟新课一、位移测量测量时红宝石（或钨钢）测端接触被测物，被测物尺寸的微小变化使衔铁在差动线圈中产生位移，造成差动线圈电感量的变化，此电感变化通过电缆接到交流电桥，电桥的输出电压反映了被测体尺寸的变化。
测微仪器的最小量程为 3μm。
二、电感式不圆度计电感测头围绕工件缓慢旋转，也可以是测头固定不动，工件绕轴心旋转。
耐磨测端（多为钨钢或红宝石）与工件接触。
信号经计算机处理后给出图3-13b所示图形。
该图形按一定的比例放大工件的不圆度，以便用户分析测量结果。
PPT、提问、演示和工程设计相结合80分钟新课电容传感器的应用图5-5所示的简单结构就可以用于测量纸张含水量、塑料薄膜的厚度等。
而图5-2b所示的传感器就可以用于测量工件的尺寸，图5-2c可以用于测量机械臂的角位移。
可以利用极距变化的原理，测量振动、压力；利用相对面积变化的原理，可以精确地测量角位移和直线位移，构成电子千分尺；利用介电常数变化的原理，可以测量空气相对湿度、液位、物位等。
分析：电容加速度传感器、湿敏电容。
重点分析：电容式油量表1、当油箱中无油时，电容传感器的电容量C x=C x0，调节匹配电容使C0=C x0，R4=R3；并使调零电位器R P的滑动臂位于0点，即R P的电阻值为0。
此时，电桥满足C x/C0=R4/R3的平衡条件，电桥输出为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角θ=0。
1－油箱 2－圆柱形电容器 3－伺服电动机 4－减速箱 5－油量表知识拓展：无练习或训练讨论：超市防盗检测门的工作过程6分钟课后小结布置作业无新课第二节超声波换能器及耦合技术超声波换能器有时又称超声波探头。
超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。
由于其结构不同，换能器又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、空气传导探头以及其他专用探头等，超声波探头结构示意图如图7-5所示。
图7-5 超声波探头结构示意图a）单晶直探头 b）双晶直探头 c）斜探头1－接插件 2－外壳 3－阻尼吸收块 4－引线 5－压电晶体 6－保护膜7－隔离层 8－延迟块 9－有机玻璃斜楔块 10－试件 11－耦合剂一、以固体为传导介质的超声探头（1）单晶直探头分析发射和接收过程：发射超声波时，将500V以上的高压电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出一束频率落在超声范围内、持续时间很短的超声振动波。
超声波到达被测物底部后，超声波的绝大部分能量被底部界面所反射。
反射波经过一短暂的传播时间回到压电晶片。
利用压电效应，晶片将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电知识拓展：无练习或训练讨论：什么动物用超声波来捕捉食物和指导自己日常行动，简单描述其过程5分钟课后小结此处缺少设备，而生活实例可以补缺，动画也可使学生知晓超声波的相关知识布置作业7.1授课章节第八章霍尔传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第周周（月日）第至节教学目标知识目标：1、了解霍尔集成电路的分类和霍尔传感器的工作原理；2、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性；3、掌握霍尔传感器的应用。
能力目标：素质目标：教学重点霍尔传感器的应用教学难点开关型霍尔集成电路的特性补充内容无教学场地及教具使用各种霍尔元件、霍尔传感器教学过程方法手段时间分配导入霍尔传感器的应用实例都有哪些，请举例提问3分钟新课一、工作原理金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H，这种现象称为霍尔效应（HallEffect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。
用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。
动画演示、PPT、提问、讨论、实物87分钟授课章节第九章热电偶传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 12 周周 2 （11 月17 日）第 5 至 6 节教学目标知识目标：1、了解温标的概念和热电偶冷端温度补偿的方法2、了解热电偶传感器的工作原理；3、掌握热电偶的选用和应用能力目标：素质目标：教学重点热电偶的应用教学难点冷端温度补偿补充内容无教学场地及教具使用各种热电偶教学过程方法手段时间导入测量温度的传感器都有哪些？提问3分钟新课一、热电效应1821年，德国物理学家赛贝克（T⋅J⋅Seebeck）用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转，如图9-1a所示。
如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小。
显然，指南针的偏转说明了回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。
图9-1 热电偶原理图a）热电效应 b）结点产生热电动势示意 c）图形符号1－工作端 2－热电极 3－指南针 4－参考端PPT、图例、提问、讨论80分钟新课由热电偶测温原理可知，热电偶的输出热电势是热电偶两端温度t和t0差值的函数，当冷端温度t0不变时，热电势与工作端温度成单值函数关系。
各种热电偶温度与热电势关系的分度表都是在冷端温度为0℃时作出的，因此用热电偶测量时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足t0=0℃的条件。
但在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0℃，而且也不恒定，因此将产生误差，一般情况下，冷端温度均高于0℃，热电势总是偏小。
消除或补偿这个损失的方法，常用的有以下几种：一、冷端恒温法1）将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0℃不变。
此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0℃而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。
2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40℃）。
3）将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。
应该指出的是，除了冰浴法是使冷端温度保持0℃外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。
图9-9是冷端置于冰瓶中的接法布置图。
知识拓展：无练习或训练讨论：电烤箱中热电偶的工作原理7分钟课后小结应紧密结合工程实例和生活实例进行讲解，这样可以使学生更容易掌握布置作业9.4新课光电传感器的最大特点：非接触式测量。
1）光源本身是被测物，被测物发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图10-22a所示。
典型的例子有光电高温比色温度计、光照度计、照相机曝光量控制等。
2）恒光源发射的光通量穿过被测物，一部分由被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量决定于被测物的某些参数，如图10-22b所示，典型例子如透明度计、浊度计等。
3）恒光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被测物表面反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数，如图10-22c所示。
典型的例子如用反射式光电法测转速、测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。
4）恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸，如图10-22d所示。
典型的例子如振动测量、工件尺寸测量等。
图10-22 光电传感器的几种形式a）被测物是光源 b）被测物吸收光通量c）被测物是有反射能力的表面 d）被测物遮蔽光通量1－被测物 2－光电元件 3－恒光知识拓展：无练习或训练讨论：光电传感器的应用实例讨论5分钟课后小结学生对此传感器较为感兴趣，而且能够举出具体实例，要是能够利用实际应用实例就更好了布置作业10.1授课章节第十一章数字式传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 13 周周 5 （11 月27日）第3 至 4 节教学目标知识目标：1.了解直接测量和间接测量的区别；2．了解绝对式和增量式角编码器的原理；3．掌握角编码器的分辨力、分辨率计算；4、了解光栅的原理和细分计算；5．了解磁栅的原理和计算；6．了解容栅的原理和计算；能力目标：素质目标：教学重点角度分辨力与分辨率教学难点二线制编码与角度的关系补充内容无教学场地及教具使用多媒体教室教学过程方法手导入复习前节内容复习5分钟新课一、绝对式角编码器绝对式角编码器的基础原理——接触式编码器结构图11-2 接触式码盘a）电刷在码盘上的位置 b）4位8421二进制码盘 c）4位格雷码码盘1－码盘 2－转轴 3－导电体 4－绝缘体 5－电刷 6－激励公用轨道（接电源正极）PPT图例85分钟新课一、光栅的类型和结构光栅种类：可分为物理光栅和计量光栅。