传感器技术及应用教学大纲.doc

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传感器及应用教学大纲

一、课程说明

课程性质：

专业核心课

课程描述：

“传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课，是必修课。

通过本课程的学习，学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。

其作用是通过本课程的学习，培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力，为工业测控系统的设计与开发奠定基础。

知识目标：

掌握主要传感器的原理、特性，各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。

技能目标：

独立分析、解决传感器方面问题的能力；利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。

素质目标：

具有较强的专业素质，不断进行创新。

教学重点与难点：

课程重点：

电阻式、电感式传感器的原理与应用，霍尔式传感器，电流、电压传感器。

课程难点：

各种传感器的温度误差与补偿，电容式传感器的屏蔽技术，光纤传感器的原理。

适用专业：

机电一体化、电气自动化专业

学时数：

80学时

二、教学目的与内容

1 传感器技术基础  （2学时）

教学目的与要求：

明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位，课程的性质、任务和大体内容，传感器在现代生产、生活中的作用。

了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类，了解传感器的静、动态特性，掌握传感器常用的技术指标。

教学重点与难点：

教学重点：

传感器的定义、组成和作用

教学难点：

传感器的技术指标

教学内容：

1） 传感器简介 

（1）传感器的定义

（2）传感器的组成与作用

2） 传感器的分类

（1）按工作原理分

（2）按被测量分

（3）按输出信号性质分

3） 传感器的特性及主要技术指标

（1）静态特性和动态特性

（2）主要技术指标

2 电阻式传感器  （6学时）

教学目的与要求：

理解电阻式传感器的组成和基本原理，了解电阻式传感器的常用类型。

掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。

教学重点与难点：

教学重点：

电阻式传感器的组成和基本原理

教学难点：

电阻应变片的工作原理

教学内容：

1） 电位器式传感器 （2学时） 

（1）电位器式传感器的基本工作原理

（2）电位器式传感器的输出特性

（3）电位器式传感器的特性

（4）电位器式位移传感器

2） 应变式传感器  （2学时）

（1）电阻应变片的结构和工作原理

（2）电阻应变片的特性

（3）测量电路

（4）温度误差与补偿

3） 压阻式传感器  （2学时）

（1）压阻效应

（2）结构与特性

（3）固态压阻传感器测量电路

（4）温度补偿

3 变磁阻式传感器  （4学时）

教学目的与要求：

掌握三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理，了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程，了解三种变磁阻式传感器的特点、应用范围和应用情况。

教学重点与难点：

教学重点：

三种变磁阻式传感器（电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器）的基本结构和工作原理。

教学难点：

电涡流式传感器

教学内容：

自感式传感器 （1学时） 

自感式传感器的工作原理

自感式传感器的测量电路

差分变压器式传感器  （1.5学时）

差分变压器式传感器工作原理

测量电路

电涡流式传感器  （1.5学时）

（1）电涡流式传感器的工作原理

（2）电涡流式传感器的结构

（3）电涡流式传感器的测量电路

4）电涡流式传感器应用举例

4电容式传感器  （4学时）

教学目的与要求：

　掌握电容式传感器的组成和工作原理，了解电容传感器的测量电路和基本使用方法。

教学重点与难点：

教学重点：

电容式传感器的组成和工作原理

教学难点：

保持电容传感器特性稳定的方法

教学内容：

1） 电容式传感器的结构、工作原理和特性（1学时） 

（1）变面积型电容式传感器

（2）变极距型电容式传感器

（3）变介电常数型电容式传感器

2）测量电路  （2学时）

（1）变压器电桥电路

（2）差分脉冲调宽电路

（3）运算放大器电路

3）保持电容传感器特性稳定的方法  （1学时）

（1）减小边缘效应的影响

（2）减小寄生电容的影响

5 霍尔式传感器  （4学时）

教学目的与要求：

　掌握霍尔式传感器的工作原理，了解霍尔元件、霍尔效应和主要特性，掌握其测量电路，了解霍尔传感器的误差与补偿方法和应用。

教学重点与难点：

教学重点：

霍尔式传感器的工作原理及测量电路。

教学难点：

霍尔传感器的误差与补偿方法和应用。

教学内容：

1） 霍2） 尔传感器的工作原理（1学时） 

（1）霍尔元件和霍尔效应

（2）霍尔元件的主要特性

3） 霍4） 尔传感器的基本测量电路  （2学时）

将被测量量转换为磁感应强度B

将被测量量转换为控制电流I

将被测量量转换为B与I的乘积

5） 霍6） 尔传感器的误差与补偿  （1学时）

零位误差与补偿

温度误差与补偿

6 压电式传感器  （6学时）

教学目的与要求：

　理解压电式传感器的工作原理，从物理和数学概念上了解石英晶体和压电陶瓷两种压电材料将非电信号转换成电信号的过程，学会分析压电式传感器在测量过程中的等效电路。

教学重点与难点：

教学重点：

压电式传感器的工作原理，压电效应。

教学难点：

压电效应。

教学内容：

 压电效应与压电材料（1学时） 

（1）压电效应

（2）压电材料

 压电式传感器的工作原理  （2学时）

压电元件的结构形式

压电式加速度传感器

压电式压力传感器

 压电式传感器的等效电路和测量电路 （2学时）

（1）压电式传感器的等效电路

（2）压电式传感器的测量电路

 压电式传感器的应用  （1学时）

（1）压电式金属加工切削力测量

（2）压电式玻璃破碎报警器

7 热电式传感器  （4学时）

教学目的与要求：

　了解热电偶、热电阻的原理、结构与应用；掌握半导体热敏电阻的原理与应用特点。

了解热电式传感器的测量原理和方法。

教学重点与难点：

教学重点：

热电式传感器的原理及应用

教学难点：

热电偶的冷端温度补偿

教学内容：

1） 热电偶传感器（1.5学时） 

（1）热电偶材料与常用热电偶

（2）热电偶的工作原理

（3）热电偶冷端温度补偿

2） 金属热电阻传感器  （1.5学时）

（1）金属热电阻测温原理

（2）金属热电阻的材料

（3）金属热电阻的结构与应用

3） 热敏电阻  （1学时）

（1）热敏电阻的工作原理

（2）热敏电阻的主要特性与参数

8 光电式传感器  （4学时）

教学目的与要求：

理解光电传感器利用的各种效应的机理；明确各种光电式传感器的特点和应用范围。

教学重点与难点：

教学重点：

光电式传感器的原理及应用

教学难点：

红外光传感器

教学内容：

1） 光电效应（1学时） 

2） 光电器件  （2学时）

（1）光敏电阻

（2）光电二极管和光电晶体管

（3）光电池

（4）光电耦合器

3） 红外光传感器 （1学时）

（1）红外光传感器的原理和类型

（2）红外探测器

9 光纤传感器  （6学时）

教学目的与要求：

　掌握光纤的基本知识和传光原理，掌握各种功能型和非功能型光纤传感器的基本原理，了解光纤传感器的特点和应用范围。

教学重点与难点：

教学重点：

光纤的基本知识和传光原理，功能型和非功能型光纤传感器的基本原理

教学难点：

功能型光纤传感器的基本原理

教学内容：

1） 光纤传感器基础（2学时） 

（1）光纤的结构和种类

（2）光调制与解调技术

（3）光纤传感器的分类

2） 功能型光纤传感器（2学时）

（1）相位调制型光纤传感器

（2）光强调制型光纤传感器

3） 非功能型光纤传感器 （1学时）

（1）传输光强调制型光纤传感器

（2）反射光强调制型光纤传感器

4） 光纤传感器的应用  （1学时）

（1）光纤加速度传感器

（2）光纤磁场传感器

10 测量技术基础知识  （2学时）

教学目的与要求：

掌握测量的基本概念和基本测量方法，掌握测量精度的概念和计算，了解测量误差的分类和测量误差的估计以及校正方法。

教学重点与难点：

教学重点：

测量的基本概念和基本测量方法，测量精度的概念和计算

教学难点：

测量误差的分类和测量误差的估计以及校正方法

教学内容：

1） 测量基础知识（0.5学时）

（1）测量的基本概念

（2）测量方法

（3）测量系统 

2） 测量误差  （1.5学时）

（1）测量误差的表示方法

（2）测量误差的分类

（3）测量精度与分辨率

（4）测量误差的估计和校正

11  温度与压力测量系统  （4学时）

教学目的与要求：

掌握测温系统的定义和工作原理，掌握热电阻、热电偶和辐射式测温原理，了解光导纤维测温系统的测温原理。

教学重点与难点：

教学重点：

测温系统的定义和工作原理，热电阻、热电偶、辐射式测温原理

教学难点：

光导纤维测温系统的测温原理

教学内容：

1） 温度测量系统（2学时）

（1）金属热电阻传感器测温

（2）热敏电阻传感器测温与温度控制

（3）热电偶测温系统

（4）辐射式测温系统

2） 压力测量系统 （2学时）

（1）应变片式力值测量

（2）压电式压力测量

（3）电阻应变片压力传感器

（4）电容式差压压力变送器

（5）霍尔式压力测量

12 位移与速度测量系统  （4学时）

教学目的与要求：

掌握位移测量系统和速度测量系统的测量原理，了解加速度测量系统的结构和组成。

教学重点与难点：

教学重点：

位移测量系统和速度测量系统的测量原理

教学难点：

测速发电机和电磁脉冲式转速计的原理

教学内容：

1） 位移测量系统（2学时）

（1）电感式位移测量

（2）电容式位移测量

（3）霍尔式位移测量和接近开关

（4）电涡流式位移测量

2） 速度测量系统 （2学时）

（1）磁电感应式速度测量

（2）光电式转速计

（3）测速发电机

（4）电磁脉冲式转速计

（5）应变片式加速度计

（6）压电式加速度计

（7）电容式加速度计

13  物位与流量测量系统  （4学时）

教学目的与要求：

掌握物位和流量测量的基本方法，了解常用物位与流量测量仪器的构成原理和使用方法。

教学重点与难点：

教学重点：

物位和流量测量的基本方法

教学难点：

流量测量仪器的原理与使用

教学内容：

1） 物位测量系统（2学时）

（1）浮力式液位计

（2）静压式物位测量

（3）电容式物位测量

（4）超声式物位测量

2） 流量测量系统 （2学时）

（1）流量概述和测量方法

（2）差压式流量计

（3）容积式流量计

（4）速度式流量计

（5）振动式流量计

（6）电磁流量计

（7）质量流量计

（8）光纤传感器测量流量

三、教学建议

建议课时安排：

理论+实验（学时）

1 传感器技术基础 2+ 0    

2 电阻式传感器 6+ 0    

3 变磁阻式传感器 4 +2    

4 电容式传感器 4+ 2    

5 霍尔式传感器 4+ 2    

6 压电式传感器 6+ 2    

7 热电式传感器 4 +