自动检测技术及应用教案2.docx

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自动检测技术及应用教案2

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第5次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第二章电阻式传感器

第一节电阻应变式传感器

目的要求：

1.理解电阻应变效应。

2.了解电阻应变式传感器的测量电路。

3.了解电阻应变式传感器的应用。

知识要点：

1.电阻应变效应。

2.电阻应变式传感器的测量电路。

技能要点：

1.了解应变片的粘贴技术。

教学步骤：

1.首先提出电阻应变效应的概念，搞清楚电阻应变效应怎样用运于传感器中。

2.分析传感器的测量电路。

3.介绍电阻应变式传感器的应用。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题1、2、4。

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

2.1电阻应变片式传感器

导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相

应发生变化的物理现象称为电阻应变效应。

金属电阻应变片：

丝式、箔式、薄膜式。

半导体应变片：

体型、薄膜型、扩散型。

工艺步骤：

1）应变片的检查与选择；2）试件的表面处理；3）底层处理；4）贴片；5）固化；6）粘贴质量检查；7）引线焊接与组桥连线。

1．不平衡电桥的工作原理

教学内容

板书或旁注

2．电桥的非线性误差及排除方法

电阻应变式传感器的应用

1．应变式测力与荷重传感器

2．应变式压力传感器

3．应变式加速度传感器

4．应变式位移传感器

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第6次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第二章电阻式传感器

2.2电位器式传感器2.3测温热电阻式传感器

目的要求：

1.了解电位器式传感器的工作原理。

2.了解测温热电阻式传感器的工作原理。

知识要点：

1.电位器式传感器的结构及测量转换电路

2.热电阻材料及结构。

3.热电阻应用。

技能要点：

教学步骤：

1.电位器式传感器工作原理介绍。

2.分析电位器式传感器及测温热电阻式传感器结构和测量电路。

3.介绍热电阻材料及应用。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题6

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

2.2电位器式传感器

电位器是一种将机械位移（线位移或角位移）转换为与其成一定

函数关系的电阻或电压的机电传感元器件。

2.2.1工作原理及特点

原理（图2-12）

特点：

电位器结构简单、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。

缺点：

要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。

电位器电阻元件通常有绕线电阻、薄膜电阻、导电塑料等。

2.2.2结构及测量转换电路

2.2.3电位器式电阻传感器应用

2.3测温热电阻式传感器

一．热电阻

热电阻是利用导体的电阻率随温度而变化这一物理现象来测量

温度的。

作为测温用的热电阻应该具有的特性：

1）电阻值与温度变化具有良好的线性关系。

2）电阻温度系数大，便于精确测量。

3）电阻率高，热容量小，反应速度快。

4）在测温范围内具有稳定的物理性质和化学性质。

5）材料质量要纯，容易加工复制，价格便宜。

常用的：

（一）铂电阻

（二）铜电阻

低温测量中用：

铟、锰及碳等材料制成热电阻。

教学内容

板书或旁注

二．常用的热电阻

1．铂热电阻

铂材料优点：

物理、化学性能极为稳定，尤其是耐氧能力很强，并且在很宽的温度范围内（1200°C以下）均可保持上述特性；易于提纯，复制性好，有良好的工艺，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔；电阻率较高。

缺点：

电阻温度系数较小；在还原介质中工作时易被沾污变脆；价格较高。

2．铜热电阻

特点：

（1）在上述使用温度范围内，阻值与温度的关系几乎呈线性关系，即可近似表示为：

（2）电阻温度系数比铂高，而电阻率则比铂低。

（3）容易提纯，加工性能好，可拉成细丝，价格便宜。

（4）易氧化，不易在腐蚀性介质或高温下工作。

三．热电阻式传感器的应用

（一）热电阻温度计

（二）热电阻式流量计

（三）热敏电阻的应用

1．半导体点温计2.热敏电阻用于热保护

3．液面位置传感器4.热敏电阻湿度传感器

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第7次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第二章电阻式传感器

2.4其他电阻式传感器

目的要求：

1.了解热敏电阻式传感器的工作原理。

2.了解气敏电阻、湿敏电阻。

知识要点：

1.热敏电阻。

2.热敏电阻的应用。

3.气敏电阻、湿敏电阻。

技能要点：

教学步骤：

1.热敏电阻的用途。

2.热敏电阻用于温度补偿。

3.气敏电阻、湿敏电阻。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题11

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

2.4其他电阻式传感器

热敏电阻是一种利用半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。

热敏电阻因其电阻温度系数大，灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，寿命长，易于实现远距离测量等特点得到广泛的应用。

缺点是互换性差，同一型号的产品特性参数有较大差别。

阻值与温度之间的关系：

温度特性：

正温度系数、负温度系数、临界热敏电阻。

结构：

柱状、片状、珠状、薄膜状。

热敏电阻的应用

1.热敏电阻测温

2.热敏电阻用于温度补偿

3.过热保护

湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

几种有代表性的湿敏电阻：

一．半导体陶瓷湿敏元件

二．氯化锂湿敏电阻

有机高分子膜湿敏电阻

教学内容

板书或旁注

2.4.3气敏电阻式传感器

一．气敏电阻的工作原理及特性

气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导

体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。

人们发现某些氧化物半导体材料如等都具有气敏效应。

二．常用的气敏电阻

（二）氧化锡系气敏电阻

（三）氧化锌系气敏电阻

（四）氧化铁系气敏电阻

三．气敏电阻的应用

1.还原性气体传感器

2.二氧化钛气敏传感器

3.气体报警器

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第8次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第三章电感式传感器

3.1自感式电感传感器

目的要求：

1.了解自感式电感传感器的工作原理。

2.了解自感式电感传感器的测量电路。

知识要点：

1.电感传感器的工作原理。

技能要点：

教学步骤：

1.自感式电感传感器的工作原理。

2.自感式电感传感器的测量电路。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

一．自感式电感传感器的工作原理

（一）变间隙型电感传感器

（二）变面积型电感传感器

（三）螺管型电感式传感器

（四）差动电感传感器

差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度变化、电源频率变化等影响，也可以进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。

二．自感式电感传感器的测量电路

交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电

感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。

因而转换电路有调幅、调频、调相电路。

自感式传感器中，用得较多的是调幅电路，调频、调相电路用的较少。

1.调幅电路

教学内容

板书或旁注

2.调频电路

3.调相电路

三．应用

1.电动测微仪的电感式传感器的应用与配用电路

它是用于测量微小位移变化的仪器，其主要优点为：

重复性好、精度高、灵敏度高以及输出信号便于处理等。

组成：

传感器、测量电路

2.测压力的电感传感器的应用

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第9次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第三章电感式传感器

3.2差动变压器

目的要求：

1.了解差动变压器的工作原理

2.了解差动整流电路

知识要点：

1.差动整流电路

技能要点：

教学步骤：

1.先了解差动变压器的工作原理及减小零点残余电动势的方法。

2.差动变压器的工作原理。

3.差动变压器式电感传感器的应用。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题1、2

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

一．差动变压器的工作原理

差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。

这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。

一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感器随被测位移改变而变化。

由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。

为了减小零点残余电动势可采取以下方法：

1．尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。

2．选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路，既可判别衔铁移动方向又可改善输出特性，减小零点残余电动势。

3．采用补偿线路减小零点残余电动势。

二．主要性能

1.灵敏度

衔铁移动单位位移时所产生的输出电压的变换，即输出电压与输入位移变化量之比，

2.线性度

三．差动变压器的测量电路

（一）差动相敏检波电路

相敏检波电路要求比较电压与差动变压器二次侧输出电压的频率相同，相位相同或相反。

（二）差动整流电路

四．电感式传感器的应用

（一）位移测量

（二）力和压力的测量

（三）振动和加速度的测量

（四）液位测量

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第10次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第三章电感式传感器

3.3电涡流式传感器

目的要求：

1.了解电涡流式传感器的工作原理及类型。

2.了解电涡流式传感器的应用。

知识要点：

1.电涡流式传感器的工作原理。

2.电涡流式传感器的类型。

技能要点：

教学步骤：

1.电涡流式传感器的工作原理。

2.电涡流式传感器的测量电路。

3.电涡流式传感器的应用。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题3、4

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。

电涡流式传感器可以对表面为金属导体的物体实现多种物理量的非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等。

这种传感器也可用于无损探伤。

一．电涡流式传感器的工作原理

当通过金属体的磁通发生变化时，就会在导体中产生感生电流，

这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。

电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。

二．高频反射式电涡流传感器

三．低频投射式电涡流传感器

四．测量电路

（一）电桥电路

电桥法是将传感器线圈的阻抗变化转换为电压或电流的变化。

电

桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传感器。

（二）谐振法

这种方法是将传感器线圈的等效电感的变化转换为电压或电流的

变化。

传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振电路。

谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种基本形式。

调幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调频式结构简单，便于遥测和数字显示。

（三）调频电路

调频与调幅电路不同：

调幅电路的供电电源频率是固定的，谐振回路里的振荡是强迫振荡，输出的是电压幅值；调频电路的振荡是自由振荡，频率随被测参数变化而变化，输出的是电压频率。

五．电涡流传感器的应用

（一）测量位移

（二）测量振动

（三）测量转速

（四）测量厚度

（五）温度测量

（六）其他用途

电涡流传感器还可用于作接近开关、计数、尺寸检测以及探伤用。

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第11次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第四章电容式传感器

4.1电容式传感器的工作原理及其结构形式

目的要求：

1.理解电容式传感器的工作原理。

2.了解电容式传感器的类型及特性。

知识要点：

1.电容式传感器的工作原理。

2.电容式传感器的类型及特性。

技能要点：

教学步骤：

1.电容式传感器的工作原理。

2.电容式传感器的类型及特性。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题1、2

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

4.1电容式传感器的工作原理及结构形式

4.2电容式传感器的类型及特性

一．变面积式

1．直线位移型

2．角位移型

3．齿形板

二．变间隙式电容传感器

三．变介电常数式

四．差动电容传感器

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

自动检测技术2008年至2009年第1学期第12次课

班级：

07发电厂1、2编制日期：

2008年7月6日

教学单元（章节）：

第四章电容式传感器

4.2电容式传感器的测量转换电路4.3电容式传感器的应用

目的要求：

1.理解电容式传感器的测量转换电路。

2.了解电容式传感器的应用。

知识要点：

1.电容式传感器的测量转换电路。

技能要点：

教学步骤：

1.电容式传感器的测量电路。

2.电容式传感器的应用。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学结合黑板板书；讲述、举例、分析、提问。

作业布置情况：

课后习题3、4

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

20年月日

教学内容

板书或旁注

4.3电容式传感器的测量电路

4.3.1电桥电路

将电容传感器接入交流电桥的一个或两个相邻臂，另外两臂可以是电阻、电容或电感，也可以是变压器的两个次级线圈。

4.3.2调频电路

将电容传感器接入高频振荡器的LC谐振回路中，作为回路的一部分，或作为晶体振荡器的石英晶体的负载电容，当被测量变化使传感器的电容改变时，振荡器的振荡频率随之改变，即振荡器频率受传感器电容所调制。

4.3.3差动脉冲调宽电路

差动脉冲调宽电路也称为脉冲宽度调制电路，利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随电容传感器的电容量变换而变化，通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号。

4.3.4运算放大器式电路

教学内容

板书或旁注

4.3.5双T电桥电路

双T电桥电路具有以下特点：

1）信号源、负载、传感器电容和平衡电容有一个公共的接地点。

2）二极管工作在伏安特性的线性段。

3）输出电压较高。

4）电路的灵敏度与电源频率有关，因此电源频率需要稳定。

5）可以用作动态测量。

4.3.6使用转换电路的注意事项

4.4电容式传感器的应用

优点：

1.结构简单，适应性强，能在恶劣的环境条件下工作

2.本身发热影响小，温度稳定性好

3.需要的作用能量小

4.可获得较大的相对变化量

5.动态响应快

6.可以实现非接触测量，具有平均效应

缺点：

1.输出阻抗高，负载能力差

2.输出特性非线性

3.寄生电容的影响

应用实例：

1.电容式位移传感器

2.电容式压力传感器

3.电容式加速度传感器

4.电容式液位传感器

5.电容式荷重传感器

6.电容式测厚仪