《自动检测技术及应用》教案3.docx
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《自动检测技术及应用》教案3
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13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）：
第五章热电偶传感器及其应用
5.1热电偶传感器的工作原理5.2热电偶的材料、结构及种类
目的要求：
1.理解热电偶传感器的工作原理。
2.了解热电偶的材料、结构及种类。
知识要点：
1.热电效应、接触电动势、温差电动势；
2.中间导体定律、标准电极定律、中间温度定律；
3.热电偶材料、结构。
技能要点：
教学步骤：
1.热电偶工作原理。
2.热电偶的基本定律。
3.热电偶材料、结构及种类。
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
5.1热电偶传感器的工作原理
5.1.1工作原理
1．热电效应
将两种不同成分的导体组成一个闭合回路。
当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电动势。
该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。
这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。
热电动势：
接触电动势；温差电动势。
2．接触电动势
当A、B材料不同时，两者单位体积内部的自由电子密度不同，相互扩散，从而产生电位差，称为接触电动势。
3．温差电动势
温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度。
4．热电偶回路的总电动势
5.1.2热电偶的基本定律
1．均质导体定律
如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势均为零。
2．中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。
教学内容
板书或旁注
3．标准电极定律（参考电极定律）
4．中间温度定律
5.2热电偶的材料、结构及种类
一．热电偶材料
作热电极材料应具备的条件：
（1）温度测量范围广
（2）性能稳定
（3）物理化学性能好
二．热电偶结构
1．普通工业热电偶的结构
1）热电极2）绝缘管3）保护套管4）接线盒
2．铠装热电偶的结构
1）露端型2）接壳型3）绝缘型
4）圆变截面5）扁变截面
三．热电偶种类
1．标准型热电偶
2．非标准型热电偶
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14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）：
第五章热电偶传感器及其应用
5.3热电偶的冷端补偿和测温线路5.4热电偶的应用及配套仪表
目的要求：
1.了解热电偶的冷端补偿
2.了解热电偶测温线路
知识要点：
热电偶冷端补偿的原理
技能要点：
教学步骤：
1.热电偶冷端补偿法
2.热电偶测温线路
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：
课后习题4、5、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
5.3热电偶的冷端补偿
一．冷端恒温法
1．0oC恒温器
将热电偶的冷端置于温度为0oC的恒温器内（如冰水混合物），使冷端温度处于0oC。
这种装置通常用于实验室或精密的温度测量。
2．其他恒温器
将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定，避免由于环境温度的波动而引入误差。
二．补偿导线法
所谓补偿导线，实际上是一对化学成分不同的导线，在0～150oC温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。
我们利用补偿导线，将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所，其实质是相当于将热电极延长。
根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的。
三．冷端温度校正法
修正公式如下：
四．电桥补偿法
利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。
教学内容
板书或旁注
五．采用PN结温度传感器作冷端补偿
5.4热电偶测温线路
一．测量某一点的温度
二．测量两点之间的温度差
三．热电偶并联线路
四．热电偶串联线路
1.基本测温电路
2.实际测温电路
5.5热电偶的应用及其配套仪表
5.5.1伺服式温度表
5.5.2动圈仪表
5.5.3数字式温度表
5.5.4热电偶用于金属表面温度的测量
5.5.5热电偶用于管道内温度的测量
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15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）：
第六章光电传感器
6.1光电效应与光电器件
目的要求：
1.理解光电效应的产生、原理。
2.了解光电器件的种类。
知识要点：
1.光电效应
2.光电管、光电倍增管
3.光敏电阻、光敏晶体管、光电池
技能要点：
教学步骤：
1.介绍什么是光电效应。
2.各种光电器件的介绍及器件的各种特性。
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
光电元件分类：
真空光电元件；半导体光电元件。
它们的工作原理都基于不同形式的光电效应。
根据光的波粒二象性，可以认为光是一种以光速运动的粒子流，这种粒子称为光子。
每个光子具有的能量为
由此可见，对不同频率的光，其光子能量是不同的，光波频率越高，光子能量越大。
用光照射某一物体，可以看做是一连串能量为hv的光子轰击在这个物体上，此时光子能量救传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，这种物理现象称为光电效应。
光电效应分为三类：
外光电效应，内光电效应，光生伏特效应。
一．光电管、光电倍增管
光电管和光电倍增管是利用外光电效应制成的光电元件。
（一）光电管
（二）光电倍增管
特性和参数：
（1）光电特性：
指当阳极电压一定时，光电流与光电阴极接收到的光通量之间的关系。
（2）光谱特性：
指由于不同材料的光电阴极对不同波长的入射光有不同的灵敏度。
（3）伏安特性：
指当入射光的频谱及光通量一定时，光电流与阳极电压之间的关系。
二．光敏电阻
（一）工作原理
光敏电阻是采用半导体材料制做，利用内光电效应工作的光电元件。
在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
（二）基本特性和参数
1．暗电阻、亮电阻
光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻，此时流过的电流称为亮电流。
教学内容
板书或旁注
亮电流与暗电流之差称为光电流。
2．伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。
3．光电特性
光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。
4．光谱特性5.频率特性6.温度特性
三．光敏晶体管
（一）工作原理
（二）基本特性
1．光谱特性
在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管只对一定波长范围的入射光敏感。
2．伏安特性
光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就像普通三极管在不同基极电流下的输出特性一样。
3．光电特性
它指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流和光照度的关系。
4．温度特性5.频率特性
四．光电池
光电池是一种自发式的光电元件，它受到光照射时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。
（一）工作原理
（二）基本特性
1．光谱特性
2．光电特性
3．温度特性
光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的情况。
4．频率特性
光电池的频率特性是指输出电流与入射光调制频率的关系。
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16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）：
第六章光电传感器
6.2光电开关及光电断续器6.3电荷藕合器件（CCD）
目的要求：
1.了解光电开关和光电断续器的工作原理
2.了解CCD的工作原理
知识要点：
1.光电开关、光电断续器
2.CCD
技能要点：
教学步骤：
1.光电开关和光电断续器的工作原理及用途介绍
2.CCD的感光原理及电荷传输原理介绍
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4、5
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
6.2光电开关及光电断续器
光电开关和光电断续器是开关式光电传感器的常用器件，主要用来检测物体的靠近、通过等状态。
6.2.1光电开关
根据光线的走向，光电开关分为两类：
直射型和反射型。
反射型又可分为：
反射镜反射和被测物漫反射。
光电开关中的红外光发射器一般采用功率较大的红外发光二极管（红外LED），而接收器可采用光敏三极管或光电池。
6.2.2光电断续器
光电断续器可分为：
直射型和反射型两种。
6.3电荷耦合器件（CCD）
CCD是利用内光电效应的原理集成的一种光敏元件。
它具有电荷存储、移位和输出等功能。
CCD有一维的和二维的之分，前者用于位移、尺寸的检测，后者主要作为固态摄像器件用于图形、文字的传递。
6.3.1CCD工作原理
CCD是利用光敏单元的光电转换特性将投射到光敏单元上的光信号转换成电信号记录并存储下来，然后再将信息传递出去的。
6.3.1.1感光原理
当器件受到光照时，光子的能量被半导体吸收，产生光生电子—空穴对，这时光生电子被吸引并存储在势阱中，光越强，势阱中收集到的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的多少，实现了光和电的转换。
6.3.1.2电荷传输原理
组成一帧图像的像素总数很多，且只能用串行方式依次传送，在光导摄像管里是靠电子束扫描的方法工作的，而CCD器件只需在固态光敏单元上施加多相脉冲电压就能扫描各像素，从而实现信息（电荷）的串行传送。
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17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）：
第六章光电传感器
6.4光电式传感器的应用6.5热释电元件及红外人体检测
目的要求：
1.了解光电传感器的应用。
2.了解热释电元件及红外人体检测。
知识要点：
1.光电传感器的分类。
2.热释电效应及传感器结构。
技能要点：
教学步骤：
1.介绍光电传感器的分类及应用。
2.介绍热释电效应及人体探测应用。
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7
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
光电传感器的组成：
光源、光学通路、光电元件
一．光电传感器的类型
按照光电传感器中光电元件输出电信号的形式分：
模拟式和脉冲式。
（一）模拟式光电传感器
这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，因此，输出的光电流也是连续变化的，并与被测量呈确定的函数关系。
有以下四种形式。
1）被测量是光源
2）被测量吸收光通量
3）被测量是有反射能力的表面
4）被测量遮蔽光通量
（二）脉冲式光电传感器
这种传感器，光电元件接受的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
二．光电传感器的常用光源
（一）发光二极管
（二）钨丝灯泡
（三）激光
三．光电转换电路
测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成所需要的电压或电流。
四．光电检测实例
（一）WDS型光电比色高温计
光电比色高温计是一种非接触式高温测量仪表，它是根据辐射体在两个不同波长上的辐射能量之比来测量温度的。
（二）光电比色计
（三）光电式带材跑偏检测仪
（四）光电式转速仪
（五）光电传感器和光电检测的其他应用
a）光电传感器用于宽度及下重量的检测
b）光电传感器用于防止行车相撞
c）光电传感器用于检测传送带上的空箱
d）长距离光电传感器用于检测金属板传送带
教学内容
板书或旁注
光导纤维能够大容量、高效率地传输光信号，实现了以光代电传输信息。
自问世以来，主要应用于通信领域，由此形成的光纤通信带来了通信方式革命性的变化。
在自动检测领域中将光导纤维的应用与传统的光电检测技术相结合就产生了一种新传感器——光导纤维传感器。
一．光纤传感器的工作原理和特点
光纤传感器的组成：
光导纤维、光源和光探测器。
半导体光源：
半导体发光二极管、半导体激光二极管
光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种煤质。
根据光纤在传感器中的作用可分：
传光型和功能型。
在传光型光纤传感器中，光纤仅起传输光信号的光学通路的作用，被测参数均在光纤之外，由外置敏感元件调制到光信号中去。
在功能型光纤传感器中，光纤在被测物理量的作用下，光纤本身及其传输光信号的某些特性发生变化，从而对被测参数进行转换和检测。
光纤传感器的优点：
1）光纤绝缘性能好、耐腐蚀，传输光信号不受电磁干扰影响，因此光纤传感器环境适应性强。
2）光纤传感器检测灵敏度高、精度高，便于利用光通信技术进行远距离测量。
3）光纤细、可挠曲，因此能够深入设备内部或人体弯曲的内脏进行测量，使光信号沿需要的路径传输，使用更加方便、灵活。
二．光纤传感器的应用
1．光纤位移传感器
2．光纤压力传感器
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