传感器与检测技术电子教案

传感器与检测技术电子教案内容摘要：

日 10 月 3 日 10 月 3 日 授课类型 理论 授课时数 2 授课地点 教二 20教一 30教四 10教一 209 教学目标 认识红外传感器 教学重点 掌握红外传感器测量温度的原理，红外传感器的种类； 掌握热释电型热探测器的构成原理 教学难点 红外传感器测温电路 教学资源 PPT 课件 作业 红外探测器的种类及相应测温原理 时间分配 教学内容 教学方法 10 分钟 68 分钟 导入 知识回顾：热电阻传感器测温原理及其测量电路。 新知识讲授 项目 2 温度测量 任务 3 红外传感器测量温度 知识链接 红外技术是在近几十年中发展起来的一门新兴技术，已在科技、国防、医学、建筑、气象、工农业生产等领域获得了广泛的应用。 红外传感器按其应用可分 为以下几个方面： ① 红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量 ② 搜索和跟踪系统用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪 ③ 热成像系统可产生整个目标红外辐射的分布图像，如红外图像仪、多光谱扫描仪等 ④ 红外测距和通信系统 ⑤ 混合系统是指以上各系统中的两个或多个的组合 讨 论法 讲授法 演示法 . . 用红外线作为检测媒介来测量某些非电量，具有以下几方面的优越性： ① 可昼夜测量。 红外线（指中、远红外线）不受周围可见光的影响，所以可在昼夜进行测量 ② 不必设光源。 由于待测对象发射出红外线，所以不必设置光源 ③ 适用于遥感技术。 大气对某些波长的红外线吸收非常少，所以适用于遥感技术 红外辐射 红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。 是位于可见光中红色光线以外的光线，被称为红外线。 波长范围大致为 ～1 000 m，红外线在电磁波谱中的位置如图所示。 工程上把红外线所占据的波段分为近红外、中红外、远红外和极远红外四部分 红外探测器（红外传感器） 热探测器 光子探测器 光子探测器利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中电子的相互作用，改变电子的能量状态，引起各种 电学现象（这一过程也称为光子效应）。 通过测量材料电子性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。 【任务】 在温度实际测量中， 2 000℃以下高温区域一般采用热电偶测量。 钨铼热电偶作为一种超高温热电偶，其测温上限也光子探测器热探测器红外探测器气体型热电偶型热敏电阻型热释电型 . . 10 分钟 2 分钟 只有 2 100℃。 因此，对于 2 000℃以上的高温区域，比如达到5 500℃时，已无法用常规的温度传感器来检测，必须采用一种新型的测量方法来实现高温测量 【实施方案】 任何物体在 0 K 以上都能产生热辐射。 温度较低时，辐射的是不可见的红外光，随着温度的升高，波长短的光开始丰富起来。 温度升高到 500℃时， 开始辐射一部分暗红色的光。 从 500℃～ 1 500℃，辐射光颜色逐渐从红色→橙色→黄色→蓝色→白色。 也就是说，在 1 500℃时的热辐射中已包含了从几十m 至 m 甚至更短波长的连续光谱。 如果温度再升高，比如达到 5 500℃时，辐射光谱的上限已超过蓝色、紫色，进入紫外线区域。 因此测量光的颜色以及辐射强度，可粗略判定物体的温度。 特别是在高温（ 2 000℃以上）区域，高温测量多依靠辐射原理的温度计。 小结 红外辐射及其应用 红外探测器种类及其测温原理 作业布置 红外探测器种类及其测温原理 教学后记 内容较抽象，不太易于学生理解，注意研究该部分内容采用新的教学手段，可尝试使用教学录像片。 . . 课程名称 传感器与检测技术 授课学期 20202020(一 ) 周次 5（ 2） 课题名称 项目 3 压力测量 任务 1 电阻应变式传感器测量压力 授课班级 11 电气 2 班 11 智能电子 2 班 11 电子 2 班 授课日期 10 月 4 日 10 月 5 日 10 月 5 日 授课类型 理论 授课时数 2 授课地点 教二 20教一 30教四 10教一 209 教学目标 能利用电阻应 变式传感器实现压力、物料、液位等信号的检测 教学重点 掌握电阻应变式传感器的结构、测量电路和工作原理 理解应变片的温度补偿原理和措施 教学难点 测量电路和工作原理 教学资源 PPT 课件 作业 3 3 35 时间分配 教学内容 教学方法 5 分钟 73 分钟 导入 温度测量传感器的种类及其相应原理 新课讲授 项目 3 压力测量 任务 1 电阻应变式传感器测量压力 知识链接 电阻式传感器的基本原理 被测量的变化 R 转转 换换 电电 路路 （（ 直直 流流 电电 桥桥 ）） oU 电阻应变片的种类与结构 丝式应变片 箔式应变片 薄膜应变片 电阻的应变效应 应变效应 引导法 讲授法 演示法 xKRR  )(AEFx  AEFKRR llx . . 10 分钟 2 分钟 弹性敏感原件 （ 1）柱式弹性原件 （ 2）薄壁圆筒 （ 3）悬臂梁 测量电路 直流电桥工作原理 小结 电阻应变效应测力原理 电阻应变片测量电路 布置作业 31 教学后记 学生基础掌握不够扎实，直流电桥电路不能独立进行分析 SSS URRRR RRRRRR URRR URUUU ))(( 4321 324143 321 1310  0o3241  URRRR. . 课程名称 传感器与检测技术 授课学期 20202020(一 ) 周次 6（ 1） 课题名称 项目 3 压力测量 任务 1 电阻应变式传感器测量压力 授课班级 11 电气 2 班 11 智能电子 2 班 11 电子 2 班 授课日期 10 月 9 日 10 月 10 日 10 月 10 日 授课类型 理论 授课时数 2 授课地点 教二 20教一 30教四 10教一 209 教学目标 能利用电阻应变式传感器实现压力、物料、液位等信 号的检测 教学重点 掌握电阻应变式传感器的结构、测量电路和工作原理 理解应变片的温度补偿原理和措施 教学难点 测量电路和工作原理 教学资源 PPT 课件 作业 3 3 35 时间分配 教学内容 教学方法 5 分钟 73 分钟 导入 温度测量传感器的种类及其相应原理 新课讲授 项目 3 压力测量 任务 1 电阻应变式传感器测量压力 知识链接 电阻式传感器的基本原理 被测量的变化 R 转转 换换 电电 路路 （（ 直直 流流 电电 桥桥 ）） oU 测量电路 电阻应变片测量电桥 （ 1）应变片单臂工作直流电桥 （ 2）应变片双臂直流电桥（半桥） 结论：相同条件下（供电电源和应变片型号不变）半桥差动输出引导法 讲授法 演示法 平衡4321 RRRR SURRRRR RRRRRU ))(( )( 4321 3241o   RRUURR RRURR SS  422, o有：  KUUKRR S4, o 则由于. . 10 分钟 2 分钟 是单臂输出的 2 倍。 检测的灵敏度提高一倍。 应变片的温度误差及其补偿 温度误差 （ 1）单丝自补偿应变片 （ 2）双丝组合式自补偿应变片 （ 3）桥式电路补偿 电阻应变式传感器的应用 测量较大压力 【 任务】 在生产过程中，需对动力管道设备进出口的气体或液体的压力、发动机内部的压力变化等进行测量，以实现自动控制及自动报警功能。 要求选择器件把压力信号转换为电信号，并完成信号处理，使最终输出的电信号与压力大小呈线性关系 【实施方案】 1．确定弹性元件 确定测量用传感器 测量电路 信号补偿 （ 1）温度引起的误差补偿 （ 2）线路传输引起的误差补偿 压力标定 小结 电阻应变效应测力原理 电阻应变片测量电路 应变片测力的温度补偿 弹性敏感元件种类及应用 采用电阻应变片测力任务实施的一般步骤 布置作业 3 35 教学后记 学生基础掌握不够扎实，直流电桥电路不能独立进行分析 . . 课程名称 传感器与检测技术 授课学期 20202020(一 ) 周次 6（ 2） 课题名称 实验 3 金属箔式应变片 — 单臂电桥搭建 授课班级 11 电气 2 班 11 智能电子 2 班 11 电子 2 班 授课日期 10 月 11 日 10 月 12 日 10 月 12 日 授课类型 实验 授课时数 2 授课地点 传感器实验室 教学目标 掌握金属箔式应变片的应变效应、单臂电桥 工作原理和性能 教学重点 应变片的应变效应测力原理 教学难点 电桥的构建及使用 教学资源 应变传感器实训模块 作业 实验报告 时间分配 教学内容 教学方法 5 分钟 10 分钟 实验目的 掌握金属箔式应变片的应变效应、单臂电桥工作原理和性能 实验原理 如图 1 所示，四个金属应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸或被压 缩。 通过应变片的转换和电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，可采用三种电桥：单臂电桥、双臂电桥、全桥差动。 以下采用单臂电桥完成转换。 如图 2 所示， 765 RRR 、 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 讲授 演示 . . 73 分钟 RRRREUo 2114 式中， E 为电桥电源电压， R 为固定电阻值，上式表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为 %10021  RRL 实验方法及步骤 注意：加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏。 1 所示的应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的 4321 RRRR 、 上，可用万用表测量判别 3504321 RRRR。 V15 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端 iU 短接， 输出端 2oU 接显示电压表（选择 V2 档），调节电位器 4WR ，使电压表显示为 V0。 4WR 的位置确定后不能改动。 关闭主控台电源。 （如 1R ）接入电桥与765 RRR 、 构成一个单臂直流电桥，见图 2，接好电桥调 零电位器 1WR ，使电压表显示为零。 . . 2 分钟 ，调节 3WR。