《傳感器應(yīng)用技術(shù)》教案

第1單元(Unit)第]周(Week)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：課程教育

教學(xué)地點(diǎn)(Place)；

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

1、讓學(xué)生了解什么是傳感器應(yīng)用技術(shù)

2、檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

3、了解本課程的性質(zhì)和課程安排

4、掌握一般的學(xué)習(xí)方法

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

通過(guò)圖片展示傳感器應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用及作用

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、課本、傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一、什么是傳感器應(yīng)用技術(shù)？

定義：檢測(cè)是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各

方面的有關(guān)信息通過(guò)檢查與測(cè)量的方法賦予定性與定量結(jié)果的過(guò)程。

自動(dòng)檢測(cè)的內(nèi)容包括：

?信息提?。ㄌ崛∮杏眯畔ⅲ?/p>

?信息轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換成易于處理的電信號(hào)）

?信息處理（將得到的信息進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、A/D轉(zhuǎn)換等處理）

二、傳感器應(yīng)用技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的地位

1、機(jī)電一體化技術(shù)相關(guān)專業(yè)

機(jī)械技術(shù)

機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。

信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)包括信息的交換存取運(yùn)算判斷和決策。實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是

計(jì)算機(jī)，因此信息處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)是密切相關(guān)的。

自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。

伺服傳動(dòng)技術(shù)

伺服傳動(dòng)技術(shù)就是在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件按照指

令要求運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)功能。

接口

接口的作用是將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個(gè)有機(jī)整體，使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有目的協(xié)調(diào)

一致運(yùn)動(dòng)，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。

傳感檢測(cè)技術(shù)

傳感檢測(cè)裝置是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺(jué)器官,它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)

節(jié)，其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越高。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成

被控的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

3、機(jī)電一體化系統(tǒng)典型例子——機(jī)器人

4、為什么要學(xué)習(xí)傳感器應(yīng)用技術(shù)？

回答：綜上所述，可以看出如果沒(méi)有傳感器應(yīng)用技術(shù)（傳感器），機(jī)電一體化產(chǎn)品猶如聾子、

瞎子，不能自動(dòng)的完成預(yù)定工作任務(wù)。檢測(cè)技術(shù)水平提高是自動(dòng)化水平提高的基礎(chǔ)。所以，

傳感器應(yīng)用技術(shù)在機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）中占據(jù)重要地位。

三、傳感器應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1、家用電器2、醫(yī)療設(shè)備

3、工業(yè)控制4、交通運(yùn)輸

5、機(jī)器人智能控制6、軍事及航天技術(shù)

7、儀器儀表

四、能力目標(biāo)

1、通過(guò)學(xué)習(xí)我們具備了什么能力？

能夠熟練掌握傳感器的基本組成和一般特性。

?能夠了解各種物理量的基本特點(diǎn)及正確運(yùn)用檢測(cè)方法。

能夠掌握各種常用傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)，能夠正確的選用和使用各種傳感器。

?能夠靈活運(yùn)用傳感器實(shí)現(xiàn)各種實(shí)際的控制要求。

?能夠正確理解傳感器與控制器的連接，如何達(dá)到控制目的。

2、通過(guò)學(xué)習(xí)我們應(yīng)具備什么職業(yè)素質(zhì)？

?提高自學(xué)能力、敏銳的洞察力和產(chǎn)品市場(chǎng)分析能力。

?具有基本的職業(yè)道德和專業(yè)敏感性，面對(duì)一項(xiàng)任務(wù)能夠迅速制訂合理方案，合理分

配人力資源。

?具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，肯吃苦，肯鉆研，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能想方設(shè)法解決問(wèn)題，堅(jiān)持不懈。

?創(chuàng)新精神。當(dāng)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，所謂不進(jìn)則退，在保證功能、質(zhì)量前提下，不便捷

時(shí)尚則淘汰、不方便人的生活則淘汰。故培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)尤為重要。

五、學(xué)習(xí)方法

,課前：預(yù)習(xí)

?課中：聽仔細(xì)、勤練習(xí)、記數(shù)據(jù)、細(xì)分析

?課后：認(rèn)真完成任務(wù)書，多總結(jié)，勤思考

六、設(shè)備介紹

實(shí)訓(xùn)裝置主要由實(shí)訓(xùn)臺(tái)、三源板、傳感器和變送模塊組成。

1.實(shí)訓(xùn)臺(tái)部分

lk~10kHz音頻信號(hào)發(fā)生器、1?30Hz低頻信號(hào)發(fā)生器、四組直流穩(wěn)壓電源：±15V、

+5V、±2~±10V,2-24V可調(diào)、數(shù)字式電壓表、頻率/轉(zhuǎn)速表、定時(shí)器以及高精度溫度調(diào)

節(jié)儀組成。

2.三源板部分

熱源：0~220V交流電源加熱，溫度可控制在室溫~120℃,控制精度±1°C。

轉(zhuǎn)動(dòng)源：2~24V直流電源驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)在0~4500rpm。

振動(dòng)源：振動(dòng)頻率1Hz—30Hz（可調(diào)）。

3.傳感器及變送模塊部分

小結(jié)：

1、讓學(xué)生了解什么是傳感器應(yīng)用技術(shù)

2、檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

3、了解本課程的性質(zhì)和課程安排

4、掌握一般的學(xué)習(xí)方法

作業(yè)：預(yù)習(xí)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

第2單元(Unit)第1~2周(Week)4學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

提高學(xué)生自學(xué)理解能力

掌握傳感器的組成、分類及基本特性

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

舉例、圖片、對(duì)比、講授

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、課本

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)，練習(xí)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一、傳感器是干什么的？

傳感器相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，控制器相當(dāng)于人的大腦，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于肌肉和

關(guān)節(jié)，接口及通信系統(tǒng)相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)。要使機(jī)電一體化有效地發(fā)揮作用，必須首先借

助傳感器獲取外部環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部各種各樣的信息。

?傳感器的定義

傳感器是一種以測(cè)量為目的、以一定的精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于處

理的另一種物理量的測(cè)量器件。傳感器的輸出信號(hào)多為易處理的電量，如電壓、電流、頻率

等。傳感器由敏感元件、傳感元件及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成。

標(biāo)準(zhǔn)定義：傳感器是能夠感受被測(cè)量，并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為便于處理和傳輸?shù)钠?/p>

件或裝置。

?傳感器的組成

非馨非電工

敏感元件=傳咸而性一■二測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

（被測(cè)量）

?傳感器分類

（1）按被測(cè)量分類

位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

（2）按測(cè)量原理分類

電阻、電容、電感、光柵、熱電偶、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。

很多情況下，傳感器的命名是將被測(cè)量和被測(cè)原理相結(jié)合的，如電容式加速度傳感

器，表示該傳感器的測(cè)量對(duì)象是加速度，測(cè)量原理是電容的變化值。

?傳感器的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域

由于半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)入超大集成化階段，制造工藝和材料性能的研究不斷提高，為傳感

器發(fā)展提供了有利條件，從發(fā)展前景看，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

傳感器固態(tài)化固態(tài)傳感器又稱物理性傳感器，它包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)和強(qiáng)磁體三類。目前,

在一塊芯片上可以集成差壓、靜壓、溫度三個(gè)傳感器。

傳感器的集成化和多功能化借助半導(dǎo)體的技術(shù)不斷成熟和更新使傳感器從單一元件、單一

功能向集成化和多功能化方向發(fā)展。所謂集成化，就是將敏感元件、信息處理或轉(zhuǎn)換元件、

電源等利用半導(dǎo)體技術(shù)制作在同一個(gè)芯片上，如集成溫度傳感器等。

傳感器的圖象化傳感器的應(yīng)用不僅僅限于一點(diǎn)測(cè)量，已開始研究一維二維、三維空間的測(cè)

量。例如：攝象機(jī)

傳感器的智能化智能化傳感器是一種帶有微型計(jì)算機(jī)兼有檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。

例如：機(jī)器人

傳感器廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，家用電器、交通、安全防衛(wèi)、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)、航空

航天等各個(gè)領(lǐng)域。

二、測(cè)量方法

1、直接測(cè)量：儀表讀數(shù)，不需要任何運(yùn)算直接表示測(cè)量結(jié)果。（例如：尺子量長(zhǎng)度、體溫

計(jì)等）

2、間接測(cè)量：測(cè)量結(jié)果需要通過(guò)運(yùn)算才能夠得出。（例如：電阻值R、曹沖稱象等）

目前，工業(yè)自動(dòng)化中常用偏差法進(jìn)行測(cè)量被測(cè)量。

偏差法：將被測(cè)量與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，利用偏差進(jìn)行測(cè)量和控制。特點(diǎn)：反應(yīng)快、

精度高。

(舉例：速度反饋框圖)

三、測(cè)量誤差

?誤差的概念及表達(dá)式

1、絕對(duì)誤差(△x)：示值與被測(cè)量真值之間的差值。

表達(dá)式：Ax—X—L

2、相對(duì)誤差(8)：用于衡量測(cè)量的準(zhǔn)確程度。

表達(dá)式：8=(Ax/x)X100%

3、引用誤差(?m)：評(píng)定儀表的精度等級(jí)。

表達(dá)式：=(△xmax/A)X100%A——儀表量程

舉例：精度為1.0級(jí)的儀表，引用誤差不超過(guò)±1.0%,若儀表量程為1Omv,則最

大絕對(duì)誤差為10X1.0%=0.1mv

?誤差的分類

1、系統(tǒng)誤差：有規(guī)律、可避免、可消除的誤差。主要產(chǎn)生原因儀表安裝使用方法不正確等,

可以修正和補(bǔ)償.

2、隨機(jī)誤差：無(wú)規(guī)律，不可避免，無(wú)法預(yù)知的誤差。主要和環(huán)境等外部因素相關(guān)，無(wú)法修

正，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)規(guī)律處理。

3、粗大誤差：與實(shí)際顯然不符合的誤差。產(chǎn)生原因包括人為的、設(shè)備、理論、環(huán)境等。應(yīng)

徹底消除。

四、傳感器的基本特性

1、精確度

精密度：傳感器輸出值的分散程度。它是隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志。

準(zhǔn)確度：傳感器輸出值與真值的偏離程度。它是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志。

精確度：是精密度和準(zhǔn)確度的綜合。

2、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性包括：穩(wěn)定度、環(huán)境影響量。

穩(wěn)定度：儀表在給定條件不變的情況下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能維持其示值不變的能力。

例如，1.2mV/(8h)表示儀表輸出電壓值在8h內(nèi)的最大變化量為1.2mV。

環(huán)境影響量：外界環(huán)境變化而引起的示值變化量，主要有：零漂和靈敏度漂移。

3、傳感器輸出一輸入靜態(tài)特性

靜態(tài)特性是指輸入量不隨時(shí)間而變化，或隨時(shí)間變化很緩慢時(shí)(穩(wěn)態(tài))，傳感器輸出與輸

入之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即y=f(x)。

靜態(tài)特性參數(shù)包括：

?靈敏度(Sensitivity)

靈敏度是穩(wěn)態(tài)下輸出變化量與輸入變化量之比，用K來(lái)表示，即

K盤

dx

對(duì)線性系統(tǒng)輸出而言，靈敏度即為輸出/輸入的斜率(不隨輸入量的變化而變化，K

為定值。

對(duì)于非線性系統(tǒng)而言，靈敏度為刻度特性的導(dǎo)數(shù)，隨輸入量變化而變化，K是變化的。

靈敏度是個(gè)有單位的量。例如：一個(gè)溫度傳感器輸出為電壓值，則該溫度傳感器的溫度

靈敏度為mv/℃,表示一攝氏度引起多少電壓輸出。

傳感器或傳感檢測(cè)系統(tǒng)的總靈敏度=該系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)靈敏度的乘積

?線性度(Linearity)

線性度又稱非線性誤差。是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線與擬合曲線之間的最大偏差與傳

感器滿量程輸出范圍的百分比。

.maxxlOO%

丫max-Nmin

擬合直線的獲得有：

端基線性度

最小二乘法線性度

見例題

?靈敏度閾或分辨力

靈敏度閾或分辨力是傳感器能測(cè)出被測(cè)信號(hào)的最小變化量，是有量綱的數(shù)。當(dāng)被測(cè)量

的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)。對(duì)數(shù)字儀表而言，如果沒(méi)有其他

附加的說(shuō)明，一般可以認(rèn)為該表的最后一位所表示的數(shù)值就是它的分辨力。

需要指出的是，不能把儀表的分辨力當(dāng)作儀表的最大絕對(duì)誤差。例如，某數(shù)字式溫度計(jì)

的分辨力為0.1。。，精確度為1.0級(jí)，量程為100則該儀表的最大絕對(duì)誤差為±1.0。

C,比分辨力大得多。

分辨率:將分辨力除以儀表的滿量程就是儀表的分辨率（％）。

?遲滯

遲滯是指?jìng)鞲衅髡蛱匦院头聪蛱匦缘牟灰恢鲁潭取?/p>

?重復(fù)性

傳感器的輸入在按同一方向變化時(shí)，在全量程內(nèi)連續(xù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)試時(shí)所得到的各特性曲

線的重復(fù)程度。

五、傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)及接線方法

DDZH型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào):O~5v（電壓）

（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）0~10mA（電流）

DDZHI型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào):l~5v（電壓）

（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）4~20mA（電流）

六、傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)

標(biāo)定：利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具產(chǎn)生已知的標(biāo)準(zhǔn)非電量輸入，確定傳感器輸出與輸入之間的關(guān)

系的過(guò)程。（國(guó)家規(guī)定部門完成）

校準(zhǔn)：對(duì)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用或從未使用的傳感器，在使用前對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或調(diào)整

修正，以確保其精度的過(guò)程。（自己可以完成）

標(biāo)定系統(tǒng)的組成：被測(cè)非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器、帶標(biāo)定的傳感器、所配接的調(diào)節(jié)、顯示、

記錄的儀表。

標(biāo)定的方法：靜態(tài)標(biāo)定法

比較法

小結(jié)：

本次課主要，對(duì)檢測(cè)與傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了解，誤差的基本概念，包括傳感器應(yīng)用

技術(shù)的重要地位、傳感器的組成、分類、發(fā)展方向、儀表標(biāo)定、連接等問(wèn)題，以及測(cè)量誤差

的基本概念。

作業(yè)：預(yù)習(xí)應(yīng)變式傳感器

第3單元(Unit)第3-周(Week)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：電阻式傳感器

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

提高學(xué)生自學(xué)理解能力

掌握應(yīng)變式傳感器的組成、分類及測(cè)量電路

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

舉例、圖片、對(duì)比、講授

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、課本、應(yīng)變式傳感器模塊

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一、壓力的基礎(chǔ)知識(shí)

檢測(cè)學(xué)中，壓力即為物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”

二、應(yīng)變式傳感器

1、工作原理

（1）金屬（導(dǎo)體）的電阻應(yīng)變效應(yīng)

金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí).，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形（伸長(zhǎng)或縮短）

的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

即=嬰=（］+加+姬

E￡

dR/R=

K0稱為金屬絲的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起的電阻相對(duì)變化。

通常金屬電阻絲的K0=1.7?4.6。

（2）應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理

/稱為柵長(zhǎng)（標(biāo)距），b稱為柵寬

（基寬），bXl稱為應(yīng)變片的使

用面積。應(yīng)變片的規(guī)格一般以

使用面積和電阻值表示，如3

X20mm2,120Q。

測(cè)量原理

應(yīng)變式傳感器是將應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)試件上。彈

性體或試件的變形通過(guò)基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電

路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，即可測(cè)量應(yīng)變。若通過(guò)彈性體或試件把位移、力、力矩、加速

度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，則可測(cè)量上述各量，而做成各種應(yīng)變式傳感器。

電橋平衡條件：

R1/R2=R4/R3

調(diào)節(jié)RP,最終可以使R17/?2，=R4/R3（RI'.R2'是Rl、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電

橋趨于平衡，U。被預(yù)調(diào)到零位，這一過(guò)程稱為調(diào)零。圖中的R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限

流電阻。

2、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用舉例(見課件圖例)

(2)壓阻式傳感器

基本工作原理：半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為

壓阻效應(yīng)。實(shí)際上，任何材料都不同程度地呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。

小結(jié)：了解應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路等。

第3單元(Unit)第3?4周(Week)4學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

提高學(xué)生自學(xué)能力。

了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，掌握單臂、雙臂、

全橋電橋的接線方法和用途。

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

演示、操作

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書、應(yīng)變式傳感器模塊、傳感器

實(shí)訓(xùn)臺(tái)、硅碼、托盤、萬(wàn)用表

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋搭建

圖1-1應(yīng)變傳感器安裝圖

接主控箱接數(shù)顯表

電H源輸出rV小i地

應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?15VGND-15V

圖1-2單臂電橋接線圖

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟

1.應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的RI、R2、R3、R4上,

可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，Rl=R2=R3=R4=350Q。

2.差動(dòng)放大器調(diào)零。從實(shí)訓(xùn)臺(tái)接入±15V電源，檢查無(wú)誤后，合上實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源開關(guān)，

將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端UO2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電

位器Rw3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉

實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）

3.按圖1-2連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、

R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。

4.加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui,檢查接線無(wú)誤后，合上

主控臺(tái)電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rwl使電壓表顯示為零。

5.在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只祛碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛碼和讀取相應(yīng)的

數(shù)顯表值，直到200g祛碼加完，計(jì)下數(shù)顯表值，填入下表1-1,關(guān)閉電源。

表1—1

重量(g)

電壓(mV)

數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表1—1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=△U/△W(AU輸出電壓變化量，△W重量變化量)和

非線性誤差6n=Am/yF..sXI00%,式中Am為輸出值(多次測(cè)量時(shí)為平均值)與擬合直線

的最大偏差；yF.s為滿量程(200g)輸出平均值。

注意事項(xiàng)

加在應(yīng)變傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！

二金屬箔式應(yīng)變片一一半橋搭建

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟

1.應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。

2.差動(dòng)放大器調(diào)零，參考實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一步驟2。

3.按圖2-1接線，將受力相反(一片受拉，一片受壓)的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊。

4.加托盤后電橋調(diào)零，參考實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一步驟4。

5.在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只祛碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加硅碼和讀取相應(yīng)的

數(shù)顯表值，直到200g祛碼加完，計(jì)下數(shù)顯表值，填入下表，關(guān)閉電源。

表2-1

重量(g)

電壓(mV)

數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表2-1的數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=AU/AW,非線性誤差6f2

接主控箱接數(shù)顯表

電源輸出Vi地

IIIII--

RqIRQ2RO3RQ4

b應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K

ss&E+15VGND-15V

-S

0i0O---佯Rl!R13Of。

圖2-1雙臂電橋接線圖

三金屬箔式應(yīng)變片一一全橋搭建

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟

1.應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。

2.差動(dòng)放大器調(diào)零,參考實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一步驟2。

3.按圖3-1接線，一接主控箱接主控箱接數(shù)顯表

_電源輸出電源輸出U,地

將受力相反(一片受拉，

一片受壓)的兩對(duì)應(yīng)變R2應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K

+15VGND-15V

片分別接入電橋的鄰邊。O￡O

加托盤后電橋調(diào)

4.+4V--S<5^s

R16

零，參考實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一步驟R18

IC4

R3<R4+

5.在應(yīng)變傳感器托

盤上放置一只祛碼，讀取R19

+E卻

數(shù)顯表數(shù)值，依次增加祛

碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值G

6O,RW3

，直到200g祛碼加完,ORW,ORW2RW4

計(jì)下數(shù)顯表值，填入下表3-1,關(guān)閉電源。圖3-1全橋電路接線圖

表3-1

重量(g)

電壓(mV)

數(shù)據(jù)分析

根據(jù)記錄表3-1的數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=AU/AW,非線性誤差3f3

作業(yè)：完成該項(xiàng)目的學(xué)生工作頁(yè)

第4單元(Unit)第6~7周(Week)4學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：電感式傳感器

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

提高學(xué)生自學(xué)能力。

了解電感傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)及性能

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

演示、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、電感傳感器、電感傳感器模塊、測(cè)微頭、示波

器、直流穩(wěn)壓電源、USB信號(hào)線

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它是把被測(cè)量如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一

種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動(dòng)

變壓器式）兩種。

（-）自感式位移傳感器

原理：將位移量轉(zhuǎn)換為線圈自感系數(shù)L的變化，通過(guò)測(cè)量電路將L變成電壓或電流等

電信號(hào)。

結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉€圈結(jié)構(gòu)

因?yàn)镽m=Rc+R§

又因?yàn)镽c<<R6

所以Rm=R6=28/PS

又因?yàn)長(zhǎng)=V/Rm=N2uS/28

u一一空氣隙導(dǎo)磁率

S——空氣隙導(dǎo)磁截面積

故，L隨S和3的改變而變化

①變間隙式自感傳感器

靈敏度K=dL/d8=N2nS/282=L/6

可見，6越小，靈敏度越高，為了減小非線性誤差，

在實(shí)際應(yīng)用中，一般取A5/50<0.1o這種傳感器

適用于較小位移的測(cè)量，一般約為0.001-1mm。

②變截面積式自感傳感器

靈敏度K=dL/dS=N2u/262=常數(shù)

可見，$不影響靈敏度K,故銜鐵可有較大位移，但

靈敏度較低，示值范圍較大，自由行程大。

③螺管式自感傳感器

單螺管線圈型，當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改變磁

阻，使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移（數(shù)毫米）

測(cè)量。

可變磁阻式佞感器

為了減小測(cè)量誤差，在實(shí)際應(yīng)用中常采用差動(dòng)修普線因

式自感傳感器

差動(dòng)型，當(dāng)銜鐵有位移時(shí)，可以使兩個(gè)線圈的

間隙按訪+A3,為一A3變化。一個(gè)線圈自感增

加，另一個(gè)線圈自感減小。將兩線圈接于電橋的相

鄰橋臂時(shí)，其輸出靈敏度可提高一倍，并改善了線

性特性。

句變磁阻式餞感謂

測(cè)量電路：一般交流電橋只能指示位移的大小差動(dòng)型

并且還有零位電壓，為了能夠知道位移的大小和方向并消除零位電壓所以選用帶相敏整流的

交流電橋。

（二）互感型傳感器

互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感

的變化。由于常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。

差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)

鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性；同時(shí)，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，

使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。因此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用

既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。

差動(dòng)變壓器與一般變壓器的異同點(diǎn)：

相同點(diǎn)：工作原理相同（電磁感應(yīng)）

不同點(diǎn)：1、一般變壓器是閉合磁路，原副邊的互感系數(shù)是常數(shù)

2、差動(dòng)變壓器是開磁路，原副邊互感系數(shù)隨著銜鐵移動(dòng)而變化（差動(dòng)變壓器

就是工作在互感系數(shù)的基礎(chǔ)上的）

差動(dòng)變壓器的勵(lì)磁頻率一般在50Hz——10KHZ為宜，f太低，靈敏度下降

f太高，鐵損耗對(duì)測(cè)量結(jié)果影響太大。

小結(jié)：了解電感傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)及性能

第4單元(Unit)第2周(\￥661<)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：電感式傳感器的應(yīng)用(實(shí)操訓(xùn)練)

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

1、能使用虛擬示波器觀察和調(diào)節(jié)波形

2、能正確連接檢測(cè)電路，得到合理的測(cè)量數(shù)據(jù)

3、能進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析，得到傳感器的靈敏度和線性度

教學(xué)方法(TeachingApproaches):

演示、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、電感傳感器、電感傳感器模塊、測(cè)微頭、示波

器、直流穩(wěn)壓電源、USB信號(hào)線

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

—■、布置任務(wù)：

完成差動(dòng)變壓器位移檢測(cè)的性能測(cè)試。

二、知識(shí)點(diǎn)回顧：

差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖所示。

三、虛擬示波器的使用

1、什么是示波器？

示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見

的圖象，便于人們研究各種電信號(hào)的變化過(guò)程。

虛擬示波器是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)示波器基本功能的軟件。

2、虛擬示波器軟件的使用

四、實(shí)操訓(xùn)練

1、虛擬示波器的使用練習(xí)

要求利用通道1(CH1)在虛擬示波器上顯示頻率為4~5KHz,幅度為Vp-p=2V的波形，改

變相應(yīng)通道的波形顯示參數(shù)，觀察波形的變化情況。

2、差動(dòng)變壓器位移檢測(cè)的性能測(cè)試

（1）線路連接（見本項(xiàng)目的仿真軟件）

O

接

振

蕩

器

小

出

音

頻

輸

~

4

5KHzV

VP-P=2

2O

接線圖

（2）用示波器觀測(cè)U。的輸出，旋動(dòng)測(cè)微頭，使示波器上觀測(cè)到的波形峰一峰值Vp-p為最

小，這時(shí)可以左右位移，假設(shè)右移為正位移，左移稱為負(fù)，從Vp-p最小開始旋動(dòng)測(cè)微頭，

每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表1,再?gòu)腣p-p最小處反向位動(dòng)測(cè)微

頭。記錄數(shù)據(jù)填表1。

表1差動(dòng)變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表，（量程為±1所）。

-I.OP-0.8^-0.6P-0.2^0-0.2P0.4P06、0.8P1.0^

V(mV>AQpA0

（3）數(shù)據(jù)分析，求出靈敏度和線性度，完成工作頁(yè)。

注意：

（1）整個(gè)操作過(guò)程斷電接線，確認(rèn)線路無(wú)誤后方可通電運(yùn)行。

（2）所有元器件輕拿輕放，保障器件的使用壽命。

（3）操作期間，自覺(jué)遵守實(shí)訓(xùn)室秩序，沉著冷靜，勤思考，保證實(shí)訓(xùn)效果。

五、檢查與考核

檢查并驗(yàn)收每組同學(xué)完成情況，針對(duì)考核項(xiàng)目，對(duì)整個(gè)操作過(guò)程進(jìn)行記錄。

本項(xiàng)目成績(jī)分為過(guò)程表現(xiàn)和工作頁(yè)完成情況兩部分。

六、小結(jié)

通過(guò)本次課的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠掌握虛擬示波器的使用方法，能夠根據(jù)線路圖正確的

完成接線，學(xué)會(huì)調(diào)試檢測(cè)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的記錄。能夠根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到該差動(dòng)變

壓器的靈敏度和線性度。

七、作業(yè)

1、根據(jù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)，選做差動(dòng)變壓器零點(diǎn)電壓的補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。

2、完成本項(xiàng)目的學(xué)生工作頁(yè)。

第5單元(Unit)第10周(Week)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：電容式傳感器

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

提高學(xué)生自學(xué)能力。

了解電容式傳感器的工作原理、分類、測(cè)量電路及特

點(diǎn)

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

講授、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、電容式傳感器

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

電容式傳感器是將被測(cè)量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。

工作原理及類型

由物理學(xué)可知，在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量為

C_s

15

式中

-12

旬一真空的介電常數(shù)，854X10F/m；

e一極板間介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)，在空氣中，，=1;

A極板的遮蓋面積（mb；

6一兩平行極板間的距離（m）o

上式表明，當(dāng)被測(cè)量鼠$或e發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩

個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化，再通過(guò)

配套的測(cè)量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳

感器可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應(yīng)用

較廣。

1.極距變化型電容式傳感器

A5?30。一般取極距變化范圍為A3?3Q?0,1o此時(shí)，傳感器的靈敏度近似

為常數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條

件（如電源電壓、環(huán)境溫度等）的變化對(duì)測(cè)量精度的影響，常常采用差動(dòng)型電容式

傳感器。

2.面積變化型電容式傳感器

面積變化型電容傳感器的工作原理是在被測(cè)參數(shù)的作用下來(lái)變化極板的有效面積，常

用的有角位移型和線位移型兩種。

由于平板型傳感器的可動(dòng)極板稍有極距方向移動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度，因此，一般情況下,

變截面積型電容式傳感器常做成圓柱形，當(dāng)覆蓋長(zhǎng)度x變化時(shí)，電容量變化，其靈敏度為

dC玄

K__2EEQ常數(shù)

dx

結(jié)論：上述可知，面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極板變

化型相比，靈敏度較低，適用于較大角位移及直線位移的測(cè)量。

3.介電常數(shù)變化型電容傳感器

大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度、位移、液位，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕

度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量等。

電容傳感器特點(diǎn)與應(yīng)用

主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)輸人能量小而靈敏度高。

(2)電參量相對(duì)變化大。

(3)動(dòng)態(tài)特性好。

(4)能量損耗小。

(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好。

主要缺點(diǎn)：

(1)非線性大。

解決辦法：利用測(cè)量電路。常用的電橋電路如下：電容傳感器的電橋電路

(2)電纜分布電容影響大。

小結(jié)：掌握電容式傳感器的工作原理、組成及類型。

第6單元(Unit)第11周(Week)4學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：熱電偶溫度傳感器

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

1、掌握熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

2、了解熱電偶溫度傳感器的四大定律

3、掌握熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)姆椒皽y(cè)量電路

教學(xué)方法(TeachingApproaches):

演示、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、熱電偶溫度傳感器、傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

熱電偶溫度傳感器

一種將溫度直接轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)的裝置。

工作原理：（熱電效應(yīng)）

結(jié)構(gòu):

四個(gè)基本定律：

1、均質(zhì)導(dǎo)體定律：

檢驗(yàn)?zāi)硟煞N材料化學(xué)成分是否相同。

檢驗(yàn)?zāi)撤N材料均勻性是否好。

2、中間導(dǎo)體定律：

使熱電偶可以通過(guò)第三種導(dǎo)線連接儀表，總熱電勢(shì)不變。

3、中間溫度定律：為補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

4、標(biāo)準(zhǔn)電極定律：大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。

補(bǔ)償導(dǎo)線：一對(duì)化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在0~100℃范圍內(nèi)，與配接的熱電極有相同的熱

電特性，但價(jià)格相對(duì)便宜的。

冷端補(bǔ)償問(wèn)題

1、冰浴法

2、機(jī)械調(diào)零法

3、電橋補(bǔ)償法

4、計(jì)算修正法

工業(yè)用裝配式熱電偶作為測(cè)量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)

器配套使用。它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中從0℃?1800C范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介

質(zhì)以及固體的表面溫度。

標(biāo)準(zhǔn)熱電偶

熱電偶類別代號(hào)分度號(hào)測(cè)量范圍℃允許偏差A(yù)t，C

鉗銬-鉗銬WRRB0-1800±L5C或土

0.25%t

粕錯(cuò)—鉗WRPS0-1600±1.5C或土

0.25%t

銀銘-銀硅WRNK0-1300±2.5c或土

0.75%t

銀格-銅銀WREE0-800±2.5℃或土

0.75%t

幾種常見的熱電偶

?心網(wǎng)定代wt式熱電供

a出3出WF?WM胡格MM

6?Lmm電兀

*WK

，：?jiǎn)幔篧RN-130o-eoolOishhvn

0-1000T?W

“士|?1”'，2WRN,-1MICrg&WO

tKV.'S.

斗1,WRE130

--------------------------------------------Eo-eoo

vtviwre,-iM

?內(nèi)定螺紋式熱心偶

出電網(wǎng)類動(dòng)產(chǎn)同型號(hào)分安號(hào)**1?

■深/

形式

不

iCriBNign

不達(dá)例=

1Cr25Zi2O防水式

不傷啊

lCr18Ni9n

雙支長(zhǎng)佛-倒俠

WRE,-23OZOOO

防水式2360取

壓簧固定式熱電偶：是一種裸露式熱電偶，適用于測(cè)量0?400°C溫度范圍內(nèi)各種不需

要保護(hù)管的場(chǎng)合。該熱電偶無(wú)接線盒，不帶固定裝置，所以安裝非常方便。

熱電偶的特點(diǎn)：

,熱電偶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，可以測(cè)小空間的溫度；測(cè)溫可達(dá)2000℃的高溫；

0多動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，電動(dòng)勢(shì)信號(hào)便于傳送；在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用；

◎熱電偶屬于自發(fā)電式溫度傳感器，不需外部電源供電，也屬于有源傳感器（應(yīng)用時(shí)注意冷

端溫度補(bǔ)償問(wèn)題）；

◎目前測(cè)溫范圍是：-200℃-2000℃

集成溫度傳感器

將溫度敏感元件和放大、運(yùn)算及補(bǔ)償電路采用微電子技術(shù)和集成工藝集成在一片芯片上,

從而構(gòu)成集測(cè)量、放大、電源供電回路于一體的高性能集成溫度傳感器，又稱溫度IC。

模擬型集成溫度傳感器——AD590

電流輸出型溫度傳感器能產(chǎn)生一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電

12V

流作為輸出，AD590是電流輸出型溫度傳感器的典型產(chǎn)品。

電壓輸出型集成溫度傳感器一LM35/45

W

|4-30V

L電源正極(V+)

2-輜由(V&)

LM35D--口

3-地(GMD)

—r---IVo=T*10mV/℃

LM35DZ封裝情況示意圖

/不銹鋼管①6mm*30mm

小結(jié)：i、熱電偶溫度傳感器的工作原理

2、熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)

3、四大基本定律

4、冷端補(bǔ)償問(wèn)題

5、了解多種結(jié)構(gòu)形式的熱電偶傳感器

6、掌握溫度IC的種類及用途

作業(yè)：預(yù)習(xí)光電傳感器

第6單元(Unit)第12周(Week)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：溫度檢測(cè)

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

1、掌握熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

2、了解熱電偶溫度傳感器的四大定律

3、掌握熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)姆椒皽y(cè)量電路

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

演示、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、熱電偶溫度傳感器、傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一、實(shí)訓(xùn)目的：

掌握E型熱電偶溫度測(cè)量方法

二、實(shí)訓(xùn)儀器：

實(shí)訓(xùn)臺(tái)、溫度源、PT100、E型熱電偶、溫度傳感器模塊。

三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟

1.選擇智能調(diào)節(jié)儀“控制對(duì)象”為溫度，并將溫度設(shè)定值設(shè)定在120℃,在溫度源內(nèi)

插入測(cè)溫Pt,并接入智能調(diào)節(jié)儀，在另一個(gè)溫度傳感器插孔中插入E型熱電偶溫度傳感器。

2.將士15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2

接實(shí)訓(xùn)臺(tái)直流電壓表。

3.將溫度傳感器模

塊上差動(dòng)放大器的輸入

端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3

到最大位置，再調(diào)節(jié)電

位器Rw4使直流電壓

表顯示為零。

4.拿掉短路線，按

圖31-3接線，并將E型

熱電偶的兩根引線，熱

端（紅色）接a,冷端

（綠色）接b；記下模塊Uo2的電壓值。圖31-3

5.改變溫度源的溫度每隔5℃記下Uo2的輸出值。直到溫度升至120℃。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)

果填入下表

T(℃)

Uo2(V)

表31-1

小結(jié)：

根據(jù)表31-1的數(shù)據(jù)，作出U02-T曲線，分析E型熱電偶的溫度特性曲線，計(jì)算其非線

性誤差。

作業(yè)：完成該項(xiàng)目工作頁(yè)。

第7單元(Unit)第13周(Week)2學(xué)時(shí)(Periods)

單元標(biāo)題(Title)：光電式傳感器

教學(xué)地點(diǎn)(Place)：

教學(xué)目標(biāo)(TeachingTarget)：

1、了解光電元件的分類以及工作原理；

2、掌握光電元件的應(yīng)用電路；

3、了解光電池的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路及計(jì)算；

4、掌握光電傳感器的應(yīng)用。

教學(xué)方法(TeachingApproaches)：

演示、練習(xí)

教學(xué)材料及工具(TeachingMaterials&Aids)：

多媒體課件、光電式傳感器、傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)、虛擬示波器

考核與評(píng)價(jià)方式(Testing&EvaluatingMode)：

提問(wèn)、工作頁(yè)

主要教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程

MainTeachingContents&Procedures

一、光電效應(yīng)及光電元件

光電效應(yīng)：用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為好的光子的轟擊，組

成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)

分為三類：

（1）外光電效應(yīng)：在光線的作用下能使電子逸出物體表面的光電效應(yīng)。

基于外光電效應(yīng)的光電元件：光電管、光電倍增管、光電攝像管等（玻璃真空管元件）。

（2）內(nèi)光電效應(yīng)：在光線的作用下能使物體的電阻率改變的光電效應(yīng)

基于內(nèi)光電效應(yīng)光電元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管及光敏晶閘管等。

（3）光生伏特效應(yīng)：在光線的作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光電效應(yīng)。

基于光生伏特效應(yīng)的光電元件：光電池等。

簡(jiǎn)單介紹光電管（掌握應(yīng)用領(lǐng)域）

由于材料的逸出功不同，所以不同材料的光電陰極對(duì)不同頻率的入射光有不同的靈敏

度，人們可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象是可見光或紫外光而選擇不同陰極材料的光電管。光電管的圖形

符號(hào)及測(cè)量電路如圖1所示。目前紫外光電管在工業(yè)檢測(cè)中多用于紫外線測(cè)量、火焰監(jiān)測(cè)等,

可見光較難引起光電子的發(fā)射。

基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件

（一）光敏電阻（掌握特性參數(shù)和應(yīng)用）

1.工作原理

圖1

光照愈強(qiáng)，光生電子-空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。

2.光敏電阻的特性和參數(shù)

（1）暗電阻置于室溫、全暗條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，通常大于1M。。

光敏電阻受溫度影響甚大，溫度上升，暗電阻減小，暗電流增大，靈敏度下降，這是光敏電

阻的一大缺點(diǎn)。

（2）光電特性在光敏電阻兩極電壓固定不變時(shí)，光照度與電阻及電流間的關(guān)系稱為

光電特性。某型號(hào)光敏電阻的光電特性如圖2所示。

從圖中可以得出的結(jié)論：

當(dāng)光照大于1001X時(shí)，它的光電特性非線性就十分嚴(yán)重了。

照度定義：E=d0/（i4,所以1lx=lIm/n?。

照度是光源照射在被照物體單位面積上的光通量。

光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量總和。

光通量單位：流明（1m）

照度單位：勒克斯（lx）

提問(wèn)：

光敏電阻光電特性為線性？非線性？能否用于光的精密測(cè)量？（只能用于定性地判斷

有無(wú)光照）。價(jià)廉，雖然準(zhǔn)確度不高，但可用于照相機(jī)的測(cè)光以及控制閃光燈。

圖2某型號(hào)光敏電阻的光電特性

a）光照/電阻特性b）光照/電流特性

（3）響應(yīng)時(shí)間

光敏電阻的時(shí)延特性，上升響應(yīng)時(shí)間和下降響應(yīng)時(shí)間：ICT??10-3s,