高中通用技术选修《电子控制技术：传感器》教学建议教案设计.doc

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传感器

一、内容结构图:

常见传感器的种类、型号

常见传感器的电路图形符号

认识传感器

传感器

常见传感器的检测

常见传感器的作用

传感器应用

常见传感器典型应用

二、知识点列表

学习结果（知识点）

指标（当学生获得这种学习结果时，他们能够：

）

表现水平

常见传感器的种类、型号

·能从外形和标识上识别光敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、力敏传感器、气敏传感器等常见传感器

Ⅱ

常见传感器的电路图形

·熟悉光敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、力敏传感器、气敏传感器等常见传感器的电路图形符号

Ⅰ

常见传感器的检测

·能用多用电表检测光敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、力敏传感器等常见传感器的特性并判断好坏

Ⅱ

常见传感器的作用

·知道光敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、力敏传感器、气敏传感器等常见传感器的物理信息采集和电信号转换原理和作用

Ⅰ

常见传感器典型应用

·举例说明光敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、力敏传感器、气敏传感器等常见传感器在自动控制系统中的应用

Ⅰ

三、重难点分析

（一）重点分析

1、常见传感器的作用

传感器象人体的感觉器官一样能感受到外界物理信息的变化，它能将非电量的物理信息转换成与之有确定关系的电信号，输送给控制电路进行处理。

在电子控制系统中，传感器是能够采集外界物理信息的唯一元器件，是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器种类繁多，常见的电阻式传感器是将被测量，如光、温度、湿度、力、气体浓度等物理量转换式成电阻值（间接转换成电流、电压信号）这样的一种器件。

主要有光敏、热敏、湿敏、压敏、气敏等电阻式传感器件。

光敏二极管和光敏三极管对红外线敏感，可在红外遥控电子控制系统中应用。

2、常见传感器的应用

技术课程的学习要从学生的生活经验出发，了解传感器在日常生活、生产、军事、环境监测方面的应用，可以培养学生学习电子控制技术的兴趣，可以引导学生对电子控制技术的人文因素的感悟和理解。

（二）难点分析

1、从外形和标识上认识传感器

从外形和标识上区别不同的常见传感器是其应用的基础，而传感器种类繁多、外形各异，认识它们，对初学者有较大难度。

2、常见传感器的检测

通过用多用电表检测常见传感器的电气特性，使学生加深对传感器原理的感性认识，激发探究欲望，能比较、判断传感器的好坏及引脚极性，正确使用传感器，这是一个是试验、探究的过程，是理论和实践的结合，是学生技术素养的一个观察点。

常见传感器的检测涉及到对常见传感器结构、原理、特性的了解和有关电子测量仪器的使用，而且不同的传感器有不同的检测方法，所以是传感器教学中的一个难点。

四、教学建议

教师在教学中不要介绍传感器的工作原理，重点要放在如何让学生定性了解传感器上。

因此，教学中穿插学生动手实验和教师课堂实物演示就显的特别重要。

如何上好这部分教学内容，建议把握好以下4个教学内容。

1、了解常见传感器的型号命名方法：

（1）对于敏感型电阻式传感器，其型号一般由四部分组成，第一部分是字母“M”表示敏感型元件，第二部分字母表示敏感类别（都是拼音的第一个字母），如：

“Z”表示正温度系数热敏电阻、“F”表示负温度系数热敏电阻、“Y”表示压敏电阻、“S”表示湿敏电阻、“Q”表示湿敏电阻、“G”表示光敏电阻、“C”表示磁敏电阻、“L”表示力敏电阻，后面两个部分表示用途和序号。

例如：

MF41是普通旁热式负温度系数热敏电阻，MG42是可见光敏电阻，MSC-1是陶瓷湿敏电阻,等等。

（2）对于非电阻式传感器，就要查阅有关手册，如光敏二极管常用型号是2CUXX,管壳上有一个光照窗口、一个正极性标志点，使用时注意两个电极的正负极；光敏三极管常用型号是3DUXX，使用时要注意集电极C和发射极E的区别。

2、定性认识常见传感器

教师可以先介绍一两个常见传感器将不同的物理信息转换成电信号的最简单原理和外形结构，教学中重点是定性介绍常见的传感器如光敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器、声敏传感器、气敏传感器等的功能作用。

比如，教师可以先介绍电阻型敏感器，其物理信息直接转换的电信号是电阻值的变化；如热敏电阻，正温度系数热敏电阻是以钛酸钡为主和微量锶、钛、铝等化合物配制成电阻体材料，其电阻值随温度的升高而升高；负温度系数热敏电阻是以锰、镍、铜等的化合物为原料，按一定比例混合用陶瓷工艺制成，其电阻值随温度的升高而降低。

对于非电阻型敏感器，如光敏二极管由硅材料构成PN结，具有单向导电性，工作在反向电压下，管芯受到光照时，半导体材料原子结构中最外层的电子被激发出来，形成反向电流，且随光强度增大而增大，所以光敏二极管是将光信息直接转换为电流信号。

例：

认识常见传感器件

老师：

给学生看光敏传感器、热敏传感器、声敏传感器、气敏传感器的实物，同时也展示磁敏传感器、力传感器和位移传感器的照片，并介绍各个传感器的名称。

老师举实物自问自答：

为什么称光敏传感器。

因为它能收集光的信息，并把它转变为电信号。

老师举实物问：

为什么称热敏传感器。

学生回答：

因为它能收集热信息，并把它转变为电信号。

老师：

它能收集温度信息，并把它转变为电信号。

温度是反映物体热度的物理量。

学生：

老师为什么气敏传感器引脚这么多，而热敏传感只有两个引脚。

老师：

目前对天然气（液化气）敏感的传感器，技术上还需要4个引脚其中两个引脚需要外接辅助电源。

这样气敏传感器才能收集液化气的信息并把它转变为电信号。

随着技术的发展，会有一天气敏传感器的引脚与光敏传感器的引脚一样只有两个引脚。

3、使学生直观认识传感器的作用

传感器获得外界的输入信息并通过它将非电量信息转换成电信号输出，其内部工作原理是复杂的。

课标只要求学生知道传感器的作用及其应用。

因此教学设计要精选简单易行的实物演示实验，让学生直观地认识传感器的作用。

通过二三个不同传感器的演示实验引出一个结论----各种传感器的作用都是一样的，将非电量信息转换成电信号输出，不同的是它们敏感的非电量信息不同，有的是光、有的是声、有的是温度……。

例：

传感器的作用

老师实验前准备：

光敏电阻一只、热敏传感器一只、电吹风一把、指针式万用表一架、电池组、电阻一个.

老师上课演示，同学观察。

置万用表于R×1K档,表笔分别接入光敏电阻的两个引脚，察万用表指示的电阻值约为1千欧；用手遮盖光敏电阻的受光表面，观察万用表指示的电阻值为30千欧，即光敏电阻无光照时电阻值增大，有光照时电阻值减小。

用电吹风对光敏电阻加热，对着光敏电阻叫喊，光敏电阻的电阻值都不发生变化，说明光敏电阻仅拾取光信息。

置万用表于R×1K档，表笔分别接入热敏电阻的两个引脚，观察万用表指示的电阻值为2千欧姆，用电吹风产生热风吹热敏电阻，热敏电阻温度上升的同时观察万用表指示的电阻值渐渐增大，即热敏电阻随着温度的升高，电阻值增大，用手遮盖热敏电阻，使它不受光，观察万用表热敏电阻的电阻值不发生变化，说明热敏电阻仅拾取温度的信息。

如检测光敏二极管可用光照法，多用电表选R×1K电阻档，用黑表笔（表内电池正极）接光敏二极管负极，红表笔接正极，用手遮住光敏二极管光照窗口，此时电阻接近无穷大；然后，让光线照射光敏二极管，电阻会大幅度减小，可以直观光敏二极管的特性、可以判断光敏二极管的敏感性和好坏。

光敏二极管还和普通二极管一样具有单向导电作用，其正向电阻为8～9KΩ，反向电阻大于5MΩ。

老师做实验小结：

不同的传感器可以用来收集不同的信息，将信息变化转换为电阻值变化的信号的这类传感器称为电阻类传感器。

还有许多传感器也是电阻类传感器，如：

湿敏传感器、力敏传感器、声敏传感器、磁敏传感器。

对于阻类传感器，在要求不高的场合，它们的好坏可以用多用表测量，它的电阻值随外界信息变化而变化的情况来判断，若它们的阻值随外界信息变化而变化，则是好的，否则为不良的。

不良的传感器是不能用的。

老师：

如何将电阻类传感器电阻随外界信息变化而变化变换为输出电信号随外界信息变化而变化呢？

观察一个实验如图9.1所示。

它由一个电阻R、一个光敏电阻RG和一个3伏电池组组成。

V是电压表用来测量输出电压。

图9.1电阻性传感器检测电路

用手遮盖光敏传感器输出电压随光敏传感器受光面的光强度而变化。

老师：

这个实验电路告诉我们一个事实，电阻性传感器在应用时要并接由E（电源）和R（电阻）相串联组成的转换电路。

该转换电路能使电阻类传感器电阻随外界信息变化而变化，变换为传感器输出电信号随外界信息变化而变化。

这样光敏传感器经转换电路变换后就能将光信息变换为电信号。

经过后续章节的学习可以了解到如何对该电信号进行处理，然后输出执行电路。

如用光敏电阻实现对街上路灯的自动控制。

它的控制过程为：

天暗了，光敏传感器将光信息变换为电信号，送处理电路处理后，输出控制电压送执行电路。

执行电路接通路灯开关，路灯点亮，反之，路灯电源被切断。

4、学生动手实验，加深对传感器的应用了解。

为了使学生能定性认识传感器的功能和作用，加深学生对传感器的了解，在教学设计中，可考虑安排学生一次动手实验，学生可以几个人一组。

实验的目的是认识常见的传感器，能用多用表检测传感器，知道传感器的作用及其应用。

教师在选择实验电路时要尽可能考虑电路简单、操作容易、突出学生对传感器在应用性方面的认识，使学生知道传感器的作用在与收集信息；知道不同类别的传感器能够把不同类别的信号转变为电信号；知道生活中常见的自动控制系统需使用什么类别的传感器。

例：

老师：

实验教学资源准备。

（微调电位器、光敏传感器、湿敏传感器、三极管、发光二极管电阻、多用表、电池组、调光台灯、喷雾器、照度计、湿度计、声强仪等）

实验电路：

图９.2传感器试验电路

老师：

图９.2是一个信号处理电路（控制器）和执行器组成的一个报警实验电路，报警时，发光二极管V1亮，图中V2主要功能是信号处理，V1是执行器（执行器也可以是继电器或蜂鸣器等），R1是限流电阻，限制V1亮时的最大电流，通常R取200Ω，V1亮时的流过V1的电流约为10mA。

R2也为限流电阻，防止因传感器接错，电源直接烧毁三极管的BE结。

图中，a、b两点用于连接传感器。

当a、b两点接热敏电阻时，该电路的功能为湿度报警器，a、b两点接光敏传感电阻时，该电路的功能为照度报警器；当a、b两点接声传感器时，该电路的功能为噪声报警器……。

下面以a、b两点接光敏传感器为例介绍照度报警器电路工作原理。

光照强度大时，光敏传感器的电阻小，根据分压原理，电源E在RP的上的分压值大，适当调整RP的电阻值，使在b、G两点间的电压为0.7V。

三极管V2因Vbe=0.7V饱和而导通。

电源经电阻R1，发光二极管V1、三极管V2的C、E极构成了回路，电流流过发光二极管V1，发光二极管被点亮——照度报警，说明当前照度太强了。

老师：

当光照度弱时，光敏传感器的等效电阻值变得很大（几十千欧或上百千欧），电源E在RP上几乎没有什么分压值，三极管V2的Vbe值几乎为