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《传感器及应用》教案doc

发布日期:2020-09-07 23:12

  教案 章节 课题 章节 课题 项目一 传感器的基本知识 模块一 传感器的定义与作用 模块二 传感器的组成与分类 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施投影仪、课件 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1.掌握传感器的定义、作用 2.让学生理解传感器的组成与分类 能力 培养点 能力 培养点 培养学生理论联系实际、分析思考理解物理现象的能力。 德育 渗透点 德育 渗透点 学好专业知识,为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 传感器的定义、作用 难点 传感器的应用领域 学法引导 讲授法、讨论法、提问法、举例法 ...

  教案 章节 课题 章节 课题 项目一 传感器的基本知识 模块一 传感器的定义与作用 模块二 传感器的组成与分类 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施投影仪、课件 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1.掌握传感器的定义、作用 2.让学生理解传感器的组成与分类 能力 培养点 能力 培养点 培养学生理论联系实际、分析思考理解物理现象的能力。 德育 渗透点 德育 渗透点 学好专业知识,为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 传感器的定义、作用 难点 传感器的应用领域 学法引导 讲授法、讨论法、提问法、举例法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 传感器在现实生活中的应用、以及传感器所涉及的一些物理量的知识 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.说明开设本课程的目的和意义。 3.介绍本课程的学时安排。 4.说明本课程的考核方法。 二、自主、合作、探究 模块一 传感器的定义与作用 任务一 传感器的定义 模块一 传感器的定义与作用 任务一 传感器的定义 传感器:利用物理、化学及生物效应,把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。 任务二 传感器的作用和应用领域 1.通过把计算机比作人的大脑,把传感器比作人的感觉器官,执行器比作人的四肢,就可以制造出工业机器人。2.用途:信息收集、信息数据的交换、控制信息采集的功能 3.传感器的应用范围: (1)在制造业中 (2)在汽车中 (3)在智能楼宇中 (4)在家用电器中 (5)在安全防范中 (6)在机器人中 (7)在人体医学上 (8)在环境保护中 (9)在航空航天中 (10)在摇感技术中 (11)在军事上的应用 任务三 传感器在国民经济中的地位 传感器在现代科学技术、农业及工业自动化的发展起到基础和支柱作用,在世界各国也成为一种重要产业。 模块二 传感器的组成与分类 任务一 传感器的组成 模块二 传感器的组成与分类 任务一 传感器的组成 常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。 敏感元件:能直接感受被测量的部分。 转换元件:将收到的非电量转换成电量的器件。 转换电路:将无源型传感器输出的电参数量转换成电能 让学生讨论后从生活中举例说明传感器的应用 学生在老师讲解的基础上学生归纳( 教 师 补充) 2 分 13 25分 35 量。 任务二 传感器的分类 1、按输入量分 物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。 2、按物换原理分 结构型、物性型、复合型。 3、按输出信号形式分 开关式、模拟式、数字式。 4、按输入和输出特性分 线、按转能量转换的方式分 有源型、无源型。 三、课堂热身 这堂课学习了传感器的基本知识、组成与分类等知识,要求掌握并理解传感器的涵义、作用。 四、拓展延伸 1.作业布置: 课后习题 1-1、1-3 试述生活中哪些家用电器使用了传感器。 2.预习传感器的基本特性。 学生回忆并理解,完成课后习题 13 2 教案 章节 课题 章节 课题 模块三 传感器的基本特性 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 传感器静态特性与动态特性 能力 培养点 能力 培养点 培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力 德育 渗透点 德育 渗透点 好好学习做有用之才 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 传感器的静态特性 难点 传感器静态特性的理解 学法引导 1、讲授法 2、举例法 3、讨论法 4、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 自动控制原理的传递函数知识 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)什么是传感器? (2)传感器的作用和应用领域有哪些? (3)传感器的组成?分类? 3.概述内容:传感器的静态特性与动态特性 二、自主、合作、探究 模块三 传感器的基本特性 任务一 传感器的静态特性模块三 传感器的基本特性 任务一 传感器的静态特性 传感器在被测量每个量值处于稳定状态下输出与输入的关系。有 1、灵敏度 用 k 表示,是输出量 y 和输入量 x 之比,或看成两者的增益之比。 2、分辨力 规定范围内能够检测出被测量的最小变化量(M)。 通常 ( 1 5)CNM Ck= = ? ;N 为噪声电平,C 为常数。 3、测量范围和量程 在允许误差范围内,传感器能测量的下限值(miny )到上限值(maxy )之间称为测量范围min maxy y ? 两者之差就叫量程,max min F Sy y y= 。 4、误差特性 (1)线性度 指校准曲线与理论拟合曲线之间的最大偏差(maxL ) 与 满 量 程 值 (F Sy) 的 百 分 比 , 表 示 为max100%LF SLy= × 。 学 生 起 来回答 学生思考,老师讲解、引导。 2分 13分 30 1)端基拟合直线 由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程平均值连成的一直线)独立拟合直线方程 用最小二乘法求得 (2)迟滞 传感器在正、反行程期间,输入、输出曲线不重合的现象。数值是百分比,用H 表示。 (3)重复性 传感器输入量按同一方向作多次测量时,输出特性不一致的程度。属于随机误差,记作K , 为标准误差,im 为最大误差 (2 3)100%KF Sy= ×?;211nimin== (4)零漂和温漂 任务二 传感器的动态特性 当输入量(X)随时间变化时(如加速度、振动),讨论传感器的动态特性,输入输出关系称动态特性。 三、课堂热身 这堂课学习了传感器的基本特性的知识,要求重点掌握并理解传感器的静态特性。 四、拓展延伸 1.作业布置: 课后习题 1-5 2.预习传感器的测量误差与准确度及传感器中的敏感元件。 学 生 认 真听 讲 并 做好笔记 学 生 在 教师 的 引 导下回顾 30 13 2 教案 章节 课题 章节 课题 模块四 传感器的测量误差与准确度 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1、掌握测量误差的含义及分类 2、掌握准确度的计算并学会应用 能力 培养点 能力 培养点 培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 德育 渗透点 德育 渗透点 努力上进,探索求新 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 传感器测量误差与准确度的含义及用法 难点 传感器测量误差与准确度的含义及用法 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)传感器的静态特性有哪些? (2)传感器的误差特性有哪些? 3.概述内容:测量误差的类型 测量误差的表示方法 准确度 二、自主、合作、探究 模块四 传感器的测量误差与准确度 任务一 误差的类型 模块四 传感器的测量误差与准确度 任务一 误差的类型 1. 按误差的性质分类 (1) 系统误差 (2) 随机误差 (3) 粗大误差 2. 按被测量与时间的关系分类 (1) 静态误差 (2) 动态误差 任务二 基本测量知识 1、误差表示方法 (1)绝对误差 指示值与线 xA A = 若设一修正值 C,0 xA A C = + 。 (2)相对误差 实际误差 0100%AA= × ;标称相对误差100%xxA= × ;引用相对误差 100%nF SA= × 1-9 有一台测温 学生回顾并回答问题 为本次课作好准备 学生在老师讲解基础上思考并理解 2 分 13 25 分 任务三 准确度(S) 传感器和测量仪表的误差是以准确度表示的。 %nmS = ,nm 为最大引用相对误差; max100F SSA= × 。 例 1:有一台测温仪表,测量范围为-200~+800℃ 准确度为 0.5 级。现用它测量 500℃的温度,求仪表引起的绝对误差和相对误差。 解:由准确度公式max100F SSA= × 得 max = 100F SA S×= 0.5 1000100×= 5 100%nF SA= × = 51000100% × = 0.5% 三、课堂热身 四、拓展延伸 1.作业布置: 课后习题 1-10、1-11 2.复习本节所学知识,预习传感器的敏感元件。 学生认真听讲并做好笔记 学生先总结归纳,教师补充 35 分 10 分 教案 章节 课题 章节 课题 模块五 传感器中的敏感元件 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1、掌握应力及应变的含义及用法 2、弹性敏感元件的特性 能力 培养点 能力 培养点 培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 德育 渗透点 德育 渗透点 努力上进,探索求新 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 掌握应力与应变的含义及用法 难点 掌握应力与应变的含义及用法 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)什么是线)传感器的误差按性质分有哪些?按被测量与时间关系分呢? (3)误差的表示方法有哪些? (4)准确度的公式? 3.概述内容:传感器中的弹性敏感元件 二、自主、合作、探究 模块五 传感器中的弹性敏感元件 任务一 应力与应变的概念 1、应力 物体在单位面积上引起的内力称应力。FS = 拉伸状态时为正值,压缩时为负值。 物体一端固定,另一端受平行于端面的力作用时,内部任意截面上产生大小相等、方向相反的应力,称为切向应力。 2、应变 应变是物体受外力作用时的形变。纵向应变lll= ;横向应变r lrr = = , 为泊松比。切应变xtgL = 。 3、胡克定律与弹性模量 胡克定律:当应力未超过某一限值时,应力与应变成正比。 , E = 剪切应力 G = 。E 为弹性模量, 学生回顾并回答问题 为本次课作好准备 学生在老师讲解基础上思考并理解 学生认线 分 G 为剪切模量。 任务二 弹性敏感元件的特性 1、刚度 外力作用下变形大小的量度。FKx= 2、灵敏度 xkF= 3、固有振动频率0( ) f 固有角频率0K m = 。 任务三 弹性敏感元件的材料性能 1、弹性元件的类型 (1)变换力的弹性敏感元件 (2)变换压力的弹性元件 三、课堂热身 四、365bet拓展延伸 1.作业布置: 课后习题 1-12、1-13 3. 复习项目一所学知识,为习题课做好准备。 学生先总结归纳,教师补充 10 分 教案 章节 课题 习题课 章节 课题 习题课 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1、传感器的定义作用、组成及特性 2、传感器测量误差与准确度及传感器的弹性敏感元件 能力 培养点 能力 培养点 培养学生理论联系实际,用理论知识解决实际问题。 德育 渗透点 德育 渗透点 好好学习,为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 传感器的定义及测量误差与准确度的理解与应用 难点 对传感器的特性的理解 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)传感器的误差类型有哪些? (2)误差的表示方法有哪些? (3)什么是应力?什么是应变? (4)弹性敏感元件的特性有哪些? 二、自主、合作、探究 P11:1-10、1-11、1-12、1-13 三、课堂热身 四、拓展延伸 1、作业布置:随堂 2、预习:电阻式位移传感器 全体学生共同思考,两位起来回答。 教师讲解 学 生 回 顾 归 纳(教师补充)教师提示、引导 2 分 8 30 分 35 12 3 教案 章节 课题 章节 课题 项目二 线性位移传感器及应用 模块一 电阻式位移传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 1、应变式电阻式位移传感器的原理及转换电路 2、电位器式位移传感器的原理 能力 培养点 能力 培养点 会用理论知识解决相关问题 德育 渗透点 德育 渗透点 好好学习早日为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 应变式电阻式位移传感器的工作原理 难点 应变式电阻式位移传感器的转换桥路 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 有关桥式电路和二极管的知识 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.概述内容:应变电阻式位移传感器 电位器式位移传感器 二、自主、合作、探究 模块一 电阻式位移传感器 任务一 应变电阻式位移传感器 模块一 电阻式位移传感器 任务一 应变电阻式位移传感器 依据应变原理,通过应变片或弹性元件将机械构件的应变或应力转换为 电阻变化再进行电量测量的装置。 1.应变电阻式位移传感器的组成 由弹性敏感元件、电阻应变片和转换电桥组成。2.电阻应变片 (1)灵敏度 1)金属导体的电阻应变灵敏度 导体的电阻定律 lRs = 导体或半导体在外界力的作用下产生机械形变时,其阻值也随之发生变化的现象。 经证明得:RKR= ;K 为应变灵敏度系数,金属电阻应变片 K2。 2)半导体的压阻效应与压阻系数 半导体应变片 ( )60 70.L LK E = ? 、E 分别为压阻系数和弹性模量 。 (2)电阻应变片的结构类型 结构由引线、覆盖层、敏感栅、基底组成。 金属电阻应变片 有丝式、箔式、薄膜式。 半导体应变片 有体型、薄膜型、扩散型。 3.转换桥路 可用直流电桥或交流电桥作为转换电桥。 全体同学思考,两位同学起来回答 学生在教师讲解的基础上理解、思考 2 分 8 30 分 (1)电阻电桥的输出电压 电桥的平衡条件是对边臂电阻乘积相等。 直流电桥都设置1RP 和5R 组成的调零电路 当四个桥臂初始电阻都发生变化时称全桥工作方式。3 1 2 41 2 3 4( )4iOU R R R RUR R R R + (2)转换电桥的工作方式 1)半桥单臂工作方式:114iOU RUR (2)半桥单臂工作方式 1 21 2( )4iOU R RUR R (3)差动电桥 相邻桥臂传感器变化相反,相对桥臂传感器变化相同。若桥臂传感器变化量相等,可称为对称电桥。 半桥双臂 112iOU RUR ;全对称桥11O iRU UR 任务二 电位器式位移传感器 将非电量转换成电阻值的变化 电位器的转换原理 电阻长度为 l,阻值为 R,输入电压为iU ,x 是位移量,;ioUU xl= ; 三、课堂热身 本次课学习了应变电阻式位移传感器及电位器式位移传感器的工作原理及转换电路,重点掌握它们的工作原理,熟悉应变电阻式位移传感器的转换桥路。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-2、2-7、2-8 2.预习电容式位移传感器 教师归纳、总结 教师讲解,学生回忆、思考 30 20 分 教案 章节 课题 章节 课题 模块二 电容式位移传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 掌握电容式位移传感器的类型及转换电路 能力 培养点 能力 培养点 培养学生分析问题解决问题的能力 德育 渗透点 德育 渗透点 好好学习,为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 电容式传感器的类型 难点 电容式传感器的转换电路 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)电阻应变片的灵敏度有哪些,怎样计算? (2)应变式电阻传感器差动工作方式的转换电桥的输出电压怎么算? 3.概述内容:电容式传感器的类型 电容式位移传感器的转换电路 二、自主、合作、探究 模块二 电容式传感器的类型 任务一 电容式传感器的类型 模块二 电容式传感器的类型 任务一 电容式传感器的类型 电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量。还逐渐扩大应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。 两个彼此绝缘且靠得很近的导体可看作是一电容器,电容量为 4Q SCU kd= = 9 2 2 29 10 k N m C × 。该式是电容式传感器的理论依据。 1.变极距型平板电容式位移传感器 d 很小时近似线性( d d C C = ) 接入差动式结构后,可提高灵敏度,减小非线.改变极板间有效面积的电容式传感器 有平板式、扇形平板式、柱面板式、圆筒面式。其特性为线 圆筒式电容值为 ( ) ( )0.55ln lnr rABK l l l lCD Dd d = = l 为筒高,d 为 A 的外径,D 为 B 的内径,当 d 接近D 时,K=0.55。 3.改变极板间介质的电容式传感器 全体同学思考,几位同学起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并掌握 2 分 13 30 靠改变介质高度来改变电容值。见图 2-8,介质、空气的相对介电常数分别为1 0,r r ,d 为内筒的外径,D 为外筒的内径,h 为介质高,H 为传感器高,其电容值为 1 0 00 0( ),ln lnr r rK K HC C h CD Dd d = + = 为初始电容值。 任务二 电容式位移传感器的转换电路 1.桥式电路 单臂接法:xC 是电容传感器 差动接法:双 T 形电桥 当xC =C 时,负载LR 上流过的平均电流为零。当xC 变化时,负载LR 上得到与电容变化成比例的信号电压。 2.差动脉冲调宽电路 输出电压经低通滤波后的平均值正比于输入的非电量。变极距差动电容传感器为: UddU av0= 变面积式差动电容传感器为: USSU av0= 3.电容式传感器的应用 ⑴电容式差压传感器 ⑵电容测厚仪 ⑶电容式传感器使用注意事项 击穿电压、极片材料受温度的影响、连接线的问题 任务三 电容式位移传感器的实用结构 三、课堂热身 本次课介绍电容式传感器的类型及转换电路,要求学生重点掌握电容式传感器的类型。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-4 2.预习电感式位移传感器 教师讲解,学生思考后,教师总结 学生在教师的引导下总结并做习题 35 10 教案 章节 课题 章节 课题 模块三 电感式位移传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 掌握自感式及互感式位移传感器的工作原理 并了解其转换电路 能力 培养点 能力 培养点 培养学生理论联系实际、分析思考理解物理现象的能力。 德育 渗透点 德育 渗透点 学好专业知识,为社会服务 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 自感式及互感式位移传感器的工作原理 难点 自感式及互感式位移传感器的工作原理 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)电容式位移传感器的类型有哪些?各有什么特点? (2)电容式位移传感器的转换电路有哪些? 3.概述内容:自感式位移传感器 差动变压器 二、自主、合作、探究 模块 3 电感式位移传感器 利用线圈的自感或互感的变化实现非电量电测的一种装置。据结构分为闭磁路(变气隙)型、开磁路(螺管)型 。 任务一 自感式传感器 1.变气隙式自感传感器 可分长度式和截面式 0l 、0S 、0 分别为空气隙的长度、等效截面积、导磁率,则20 002N SLl (1) 变气隙长度自感式位移传感器 (2) 变气隙截面自感式位移传感器 2.螺管式自感式传感器 采用差动式,结构简单但灵敏度低。 3.电感式传感器的转换电路 常用交流阻抗电桥和谐振电路实现信号信号转换。见图 2-15 电感电桥 变压器电桥 任务二 差动变压器 属于互感式位移传感器。 学生起来回答 学生在教师的讲解的基础上思考并总结 2 分 10 分 33 分 1.结构与原理 多采用螺管式。在差动螺管自感式位移传感器中间增加一个线圈作为一次侧绕组,原来两个线圈作为二次侧,就构成差动变压器。 两个二次绕组反极性串联,因此电动势 2 21 22e e e = 即2 1 2( ) e k M M = k M = 2.差动变压器的特性 (1)主要技术指标:见表 2-2 (2)输出特性曲线:在线性范围内输出电动势随衔铁正、负位移而线)零点残余电压:当位移为零时输出电动势 e不等于零,这个不为零的输出电动势称为零点残余电压。见图 2-17b。 (4)灵敏度与激励电源的关系 (5)灵敏度与差动变压器绕组匝数的关系 3.差动变压器的差动整流电路 见图 2-18 三、课堂热身 本次课介绍电感式传感器的工作原理及转换电路,要求学生重点掌握电感式传感器的工作原理。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-5 2.预习电涡流式位移传感器 学生听讲并做好笔记 学生归纳,教师补充 35 分 10 分 教案 章节 课题 章节 课题 模块四 电涡流式传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 电涡流式传感器的工作原理、结构、转换电路及应用 能力 培养点 能力 培养点 逻辑推理能力 德育 渗透点 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 电涡流式传感器的工作原理 难点 电涡流式传感器的转换电路 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问 (1)电感式位移传感器的类型有哪些?各有什么特点? (2)电感式位移传感器的转换电路有哪些? 3.概述内容:电涡流式传感器的工作原理 电涡流式传感器的结构 电涡流式传感器的转换电路 电涡流式传感器的使用注意事项二、自主、合作、探究 模块四 电涡流式传感器 任务一 电涡流式传感器工作原理 二、自主、合作、探究 模块四 电涡流式传感器 任务一 电涡流式传感器工作原理 金属置于变化的磁场中,或再磁场中运动,再金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流,称为电涡流。由电涡流引起的能量损耗将使线圈电阻有功分量增加,由电涡流产生反磁场的去磁作用将使线圈电感量减小,从而引起线圈等效阻抗及等效品质因数的变化。凡是能引起电涡流变化的非电量,均可通过测量线圈的等效电阻、等效电感、等效阻抗及等效品质因数来测量。这便是电涡流式传感器的工作原理。 任务二 电涡流式传感器的结构 主要是由一个绕制在框架上的线圈构成。 任务三 电涡流式传感器的转换电路 (1)由电感和电容可构成谐振电路,因此电感式、电容式和电涡流式传感器都可以用谐振电路来实现转换。 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 2 分 8 分 35 分 (2)谐振电路原理 调频、调幅、调相及鉴频、幅值检波及鉴相。电涡流传感器的测量电路框图,见图 2-21。 任务四 电涡流式传感器使用注意事项 任务四 电涡流式传感器使用注意事项 (1)电涡流轴向贯穿深度的影响 (2)电涡流的径向形成范围 (3)电涡流强度与距离的关系 (4)非被测金属物的影响 任务五 电涡流式传感器测位移 电涡流式传感器可以测量各种形状事件的位移量。测量位移范围是 0~1mm 或 0~30mm。 电涡流式传感器除了测位移之外,还可以测振幅、测转速、测厚度、探伤等。 三、课堂热身: 本次课学习电涡流式传感器的工作原理、结构、转换电路及应用的相关知识。要求大家掌握电涡流式传感器的工作原理。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-6 2.预习压电式传感器及超声波传感器。 学生听讲并做好笔记 学生先总结,教师再补充 35 分 10 分 教案 章节 课题 章节 课题 模块五 压电式传感器 模块六 超声波传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 压电式传感器及超声波传感器的工作原理及转换电路 能力 培养点 能力 培养点 逻辑推理能力。 德育 渗透点 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 压电式传感器及超声波传感器的工作原理 难点 压电式传感器及超声波传感器的转换电路 学法引导 讲授法、提问法、举例法、讨论法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间学生活动内容 时间一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.复习提问 (1)电涡流式位移传感器的类型有哪些?各有什么特点? (2)电涡流式位移传感器的转换电路有哪些? 3.概述内容:压电式传感器 二、自主、合作、探究 模块五 压电式传感器 压电式传感器是一种有源传感器,利用压电效应把非电量转换为电量。 任务一 压电效应与压电材料 当某些电介质受到一定方向外力作用而变形时,其内部会产生极化现象,在它们的上、下表面会产生符号相反的等量电荷;当外力的方向改变时,其表面产生的电荷极性也随之改变;当外力消失后又恢复不带电状态,这种现象称为压电效应。有压电效应的物质称为压电材料。 1.石英晶体的压电效应 优点是温度稳定性好、机械强度高、动态性能好。 纵向轴称为光轴(z),垂直于光轴的称为电轴(x),与光轴、电轴同时垂直的称为机械轴(y)。 按照与 z 轴的不同夹角,切片长边平行于 y 轴的称为 x 切族;切片长边平行于 x 轴的称为 y 切族。 (1)纵向压电效应:对 x 切族的晶体切片,当沿电轴方向有作用力时,在与电轴垂直的平面上产生电荷。 11 xx xQ d F = 11d 是纵向压电系数。方向见图 2-24。 (2)横向压电效应:沿机械轴施力时,产生的电荷出现在电轴垂直的平面上。 12 xy ylQ d F= 12 11d d = 为横向压电系数。方向见图 2-24。 2.压电陶瓷的压电效应 由无数细微的电畴组成。只有在一定的温度下(100~170℃),对两个极化面加高压电场进行人工极化后,陶瓷体内部保留有很强的剩余极化强度。 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 2 分 8 分 35分 33Q d F = 33d 称为纵向压电系数。 3.高分子压电材料的压电效应 在医学领域中有着广泛的应用。 任务二 压电元件及电荷放大器 1.压电元件的等效电路和电路符号 压电元件可等效为一个电荷源 Q 和一个电容aC 的并联电路;也可等效为一个电压源aU 和一个电容aC 的串联电路。 2.电荷放大器 有电压放大器和电荷放大器两种形式。电荷放大器是一个电容深度负反馈的高增益运算放大器,其原理电路如图 2-27 所示。三、课堂热身 本次课学习了压电式传感器的工作原理及转换电路的有关知识。要求大家掌握压电式传感器的工作原理。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-10、2-11、2-12 2.预习超声波传感器 学生听讲并做好笔记 学生先总结,教师再补充。 35分 10分 教案 章节 课题 章节 课题 模块六 超声波传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具电教设施 课时 2 教具学具电教设施 教学目标 知识 教学点 教学目标 知识 教学点 超声波传感器的工作原理及转换电路 能力 培养点 能力 培养点 逻辑推理能力。 德育 渗透点 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点 难点 重点 教学重点 难点 重点 超声波传感器的工作原理 难点 超声波传感器的转换电路 学法引导 讲授法、提问法、举例法、讨论法 教学内容 更新、补 充、删节 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间学生活动内容 时间一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.复习提问 (1)压电式位移传感器的类型有哪些?各有什么特点? (2)压电式位移传感器的转换电路有哪些? 3.概述内容: 超声波传感器 二、自主、合作、探究 模块六 超声波传感器 任务一 超声波的传输特性 模块六 超声波传感器 任务一 超声波的传输特性 频率高于 20KHz,人耳听不到的机械波,称为超声波。可分为纵波、横波和表面波等。超声波的传播规律如下: 1.传播速度:与波长及频率成正比 2.衰减:在介质中传播时,由于声波的扩散、散射及吸收,能量按指数规律衰减 3.反射与折射:入射波与反射波速度之比等于入射角的正弦与反射角的正弦比 4.波形转换:若纵波全反射,那么折射波中只有横波出现;如果横波全反射,那么在工件表面上只有表面波存在 任务二 超声波换能器 1.直探头 2.斜探头 3.双探头 任务三 超声波传感器的应用 1. 探伤 2. 测厚 3. 测量流速和流量 三、课堂热身 本次课学习了超声波传感器的工作原理及转换电路的有关知识。要求大家掌握超声波传感器的工作原理。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-10、2-11、2-12 2.预习磁敏传感器 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 学生听讲并做好笔记 学生先总结,教师再补充。 2 分 8 分 35分 35分 10分 教 案 章 节 课 题 模块七 磁敏传感器 课 型 专业课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 磁敏传感器的工作原理及转换电路 能力 培养点 逻辑推理能力 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点难点 重点 磁敏传感器的工作原理 难点 磁敏传感器的转换电路 学法引导 讲授法、提问法、讨论法、举例法 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.复习提问 (1)压电效应的类型有哪些? (2)压电式传感器的转换电路有哪些? (3)超声波传感器的工作原理是怎样的?它的转换电路有哪些? 二、自主、合作、探究 磁敏传感器是利用导体或半导体的磁电转换原理,将磁场信息变换成相应的电信息的元器件。目前应用最广泛的是半导体磁敏元器件,包括霍尔元件、磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管及磁敏集成电路等。 任务一 霍尔式传感器 1.霍尔效应与霍尔元件 (1)霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中,当有电流流过薄片时,电子受到洛仑兹力F L 的作用而向一侧偏移,形成电子堆积,从而在薄片的 cd 方向产生电场,这就是霍尔电动势。 IB K EH H= (2)霍尔元件 采用半导体制作。 2.集成霍尔传感器 按输出信号的形式可分为线性型和开关型两类。 线性集成霍尔传感器分单端输出和双端输出两种。 常用的霍尔集成电路有:SL-N3000 系列(中)、SH100、300 系列(中)、DN830、6830 系列(日)、SAS200 系列开关、UGN3000 系列(美)等线 系列(德)开关型等。 3.霍尔传感器的应用领域 1)维持激励电流不变,可构成磁场强度计、 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 10 分 35 分 角位移测量仪、磁性产品计数器、霍尔式角编码器以及基于测量微小位移的霍尔式加速度计、微压力计等。 2)当 I、B 都为变量时,可构成模拟乘法器、功率计等。保持 B 恒定,可做成过电流装置等。 1.位移测量 Kx E H = 2.接近开关 3.转速测量 任务二 集成磁敏电阻传感器 1.磁阻传感器的工作原理 在外磁场的作用下,电阻阻值增加的现象称为电阻的磁敏效应,利用这种效应制成的元件称为磁敏电阻。 电路结构是由 4 个磁阻组成了双臂电桥。 OUT bRU UR = 2.HMC1001/HMC1002 型一维/两维磁阻传感器微集成电路 三、课堂热身: 本次课学习了磁敏传感器的有关知识。要求掌握磁敏传感器的工作原理及转换电路。 四、拓展延伸 1.作业布置:2-13、2-14 2.预习光电式传感器 学生听讲 并做好笔记 学生先总结,教师补充 35 分 10 分 3 教案 章 节 课 题 模块八 光电式传感器 课 型 专业课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 掌握光的基础知识、光电效应及各种光电元件的工作原理。 能力 培养点 逻辑推理能力 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点难点 重点 掌握光电效应及各种光电元件的工作原理 难点 各种光电元件的工作原理 学法引导 提问、举例、自主探究 教学内容 更新、补 充、删节 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社 《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.复习提问 (1)压电效应的类型有哪些? (2)压电式传感器的转换电路有哪些? (3)超声波传感器的工作原理是怎样的?它的转换电路有哪些? 二、自主、合作、探究 任务一 光的知识 光电传感器把光信号转换为电信号,不尽可以测光的各种参量,而且可以把其它非电量变换为光信号以实现检测与控制。光电元件的理论基础是光电效应。 光的定义 1.光的电磁说 光是一种电磁波。 2.光的量子说 光是一种带有能量的粒子即光子形成的粒子流。光能量为 h 物体受光照后,物质的电子吸收了光子的能量所产生的电现象称为光电效应。是光电元件的理论基础。 任务二 光电效应 当光照射到物体上,物体吸收了光子的能量而产生的电效应,称为光电效应。光电效应又可分为外光电效应和内光电效应。 1.外光电效应 外光电效应即光电子发射效应,在光的作用下使电子逸出物体表面。基于外光电效应的光电元件有光电二极管和光电倍增管及紫外线.内光电效应 内光电效应有光电导效应、光电动势效应、光的热电效应。 任务三 光电元件 1. 光电倍增管 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 10 分 35 分 2. 紫外线.光敏晶体管 7. 光敏晶闸管 8. 红外光传感器 9. CCD 图像传感器 10.光电位置探测器 任务四 光电传感器的类型 1.光电检测的组合形式 按输出信号有开关型和模拟型;按照光源、被测物和光电元件三者的关系,可以分为四种类型:被测物发光、被测物反光、被测物透光、被测物遮光。 2.光电耦合器件 (1)光耦合器 (2)光断续器 3.ULN3330 集成光电传感器 三、课堂热身 本次课学习了光的基础知识、光电效应及各种光电元件的工作原理。要求大家了解光电传感器的类型,掌握光电效应和光电元件的工作原理。 四、拓展延伸 1.布置作业:2-15、2-16、2-17 2.预习光纤与激光传感器 学生听讲 并做好笔记 学生先总结,教师再补充。 35 分 10 分 教案 章 节 课 题 模块九 光纤与激光传感器 课 型 专业课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 所有课本中涉及到的知识点 能力 培养点 逻辑推理能力 德育 渗透点 理论联系实际 教学重点难点 重点 所有知识点 难点 计算题的解题方法 学法引导 提问、举例、自主探究 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 《传感器原理及应用》,唐贤远 编著,成都电子科技大学出版社《自动检测技术》,吴训一 编著,机械工业出版社 《传感器技术手册》,袁希光主编,国防工业出版社出版 《测试技术及应用》,王启广,中国矿业大学出版 课后体会 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境,激趣导入 1.点名,稳定学生情绪 2.复习提问 (1)光的电磁说是怎样的?光的量子说是怎样的? (2)什么是光电效应? (3)常用的光电元件有哪些?它们的工作原理是怎样的? 二、自主、合作、探究 任务一 光纤传感器 光纤即光导纤维,是传输光的导线.光导纤维及其导光原理 (1)光纤的构造 纤芯:石英玻璃等材料制成的导光纤维细丝。 包层:折射率低于纤芯材料。 最外层:起保护和屏蔽作用的尼龙套管。 (2)光在光纤中的传输原理 根据斯乃尔定理:当光由光密物质(折射率大)射入光疏物质(折射率小)时,折射角大于入射角。 光能在界面全反射、不再逸出心体的条件是 2221sin n n NAim = = NA 称为光纤数值孔径。 (3)光纤模式 2.光纤传感器的类型 光纤传感器由发送器敏感元件、光接收器、信号处理系统及光纤构成。 按照光纤在传感器中的作用,可以分为功能型、非功能型和拾光型。 3.光纤位移传感器的原理与特性 (1)功能型(FF 型) (2)天线型(拾光型) 任务二 激光传感器 激光传感器是以激光为光源,由光源与光电元件组成 学生起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并归纳 10 分 35 分 的。 1.激光的形成 (1)激光的原理 在外界光子作用下,物质原子获得一定能量后,从相应的低能级迁到高能级的过程叫受激吸收。 而处在高能态的原子,在外来光子的诱发下跃迁到低能态而发光,这现象叫受激辐射。 后者强于前者则产生激光。 (2)激光谐振腔 由全反射镜和部分反射镜组成。 高能态原子在不断反射的反复运动中产生受激辐射,不断循环,当光子积累到足够数量时,从部分反射镜输出一部分光,即激光。 谐振腔是形成激光的必要装置。 2.激光器 必须具备:工作物质、激励能源和谐振腔三部分。 按工作物质分 (1)固体激光器 (2)气体激光器 (3)液体激光器 (4)半导体激光器 三、课堂热身: 本次课学习了光纤式传感器和激光传感器的有关知识。要求大家了解它们的类型,掌握它们的工作原理、导光原理和形成等。了解常用的光纤式传感器和激光传感器。 四、拓展延伸 1.作业布置: (1)光在光纤中的传输原理是怎样的? (2)激光是怎样形成的? 2.复习本章内容。 学生听讲 并做好笔记 学生先总结,教师再补充 35 分 10 分 教案 章 节 课 题 习题课 课 型 专业课 课...

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