《傳感器原理與應(yīng)用教案章序142電阻式傳感器63電容式傳感器44電感式傳感器656合計(jì)口22課時(shí)(90min)(1)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作風(fēng)。(3)踐行服從紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器課前任務(wù)→考勤(2min)→新課預(yù)熱(8min)→任務(wù)導(dǎo)入(5min)→傳授新知(40min)→實(shí)操練習(xí)(30min)→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖使學(xué)生了解所學(xué)加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣織紀(jì)律性，掌握學(xué)熟悉，并讓學(xué)生了解這門(mén)課的大致要求的方法，引導(dǎo)學(xué)生的大門(mén)時(shí)，大門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)你進(jìn)入大廳之后，大門(mén)又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。生活中還有很多類(lèi)似裝置，如樓梯走廊的聲控?zé)?、手機(jī)的觸摸屏、紅外測(cè)溫儀等。這些裝置能夠根據(jù)現(xiàn)的功能，是因?yàn)檫@些裝置中裝有傳感器，傳感器能夠感受信號(hào)并將信號(hào)傳遞出去。隨著科技的發(fā)展，生活中傳感器的身影越來(lái)越常見(jiàn)。信號(hào)可以是電信號(hào)、光信號(hào)、聲信號(hào)，目前主要是電信號(hào)。的器件。(1)傳感器是檢測(cè)裝置，能完成某種檢測(cè)任務(wù)。學(xué)生了解傳感器的定義34(2)它的輸入量(被測(cè)量)可以是物理量、化學(xué)量、生物量等。(3)它的輸出信號(hào)主要是電信號(hào)。(4)輸出量與輸入量有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且具有一定的精度。期信號(hào)傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及信號(hào)調(diào)理電路組成，有時(shí)還包括輔助電源。傳感器的組成框圖如圖1-1所示。其中敏感元件和轉(zhuǎn)換元件為傳感器的基本組成部分，分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。但只由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成的傳感器，其輸出信號(hào)通常較弱，這就需要信號(hào)調(diào)理電路將輸出信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成易于期信號(hào)基本部分帽號(hào)，敏感元件轉(zhuǎn)換元件帽號(hào)，輔助電源(1)敏感元件：傳感器中能直接感受(或響應(yīng))被測(cè)量的部分，(2)轉(zhuǎn)換元件：傳感器中能將敏感元件感受(或響應(yīng))的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。這種電信號(hào)通常較(3)信號(hào)調(diào)理電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的弱電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換和處理，如放大、濾波、線性化、補(bǔ)償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)傳感器的敏感元件與轉(zhuǎn)換元件之間并無(wú)嚴(yán)格的界限。例如在熱電偶傳感器中，熱電偶既是敏感元件，又是轉(zhuǎn)換元件。而有些傳感器不止一個(gè)轉(zhuǎn)換元件，要經(jīng)過(guò)多次信號(hào)轉(zhuǎn)換才能通過(guò)教師的講學(xué)生了解傳感器的組成5將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器用途廣泛，種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也很多。如圖1-2所示PPT動(dòng)畫(huà)展示傳感器的分類(lèi)方速度傳感壓力傳感模擬式傳感數(shù)字式傳感聲波式和保式傳感物現(xiàn)傳感基本效應(yīng)能量控制型(參量型、無(wú)源型)傳感化學(xué)傳感所蘊(yùn)含的技術(shù)特征能量變化關(guān)系尺寸大小工作原理存在形式1.按照傳感器感知外界信息所依據(jù)的基本效應(yīng)分類(lèi)按照傳感器感知外界信息所依據(jù)基本效應(yīng)的不同，傳感器可分2.按照傳感器的工作原理分類(lèi)63.按照傳感器的被測(cè)參數(shù)分類(lèi)4.按照傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行分類(lèi)講解傳感器的分類(lèi)類(lèi)#課堂討論#想一想日常生活中常用的傳感器有哪些?傳感器所測(cè)量基本上可分為靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量?jī)煞N。靜態(tài)量是指不隨時(shí)間變化的信號(hào)或變化極其緩慢的信號(hào)(準(zhǔn)靜態(tài));動(dòng)態(tài)量通常是指周期信號(hào)、瞬變信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。1)線性度傳感器的線性度(又稱(chēng)非線性誤差)是指?jìng)鞲蠵PT結(jié)合板書(shū)講解傳感器的靜動(dòng)，活躍課堂氣PPT結(jié)合板書(shū)講解傳感器的線式中：y——輸出量；a?！斎肓縳為0時(shí)的輸出量；對(duì)誤差Y表示，即頭PPT結(jié)合板書(shū)PPT結(jié)合板書(shū)講解傳感器的線2)靈敏度靈敏度S是指?jìng)鞲衅髟陟o態(tài)下輸出量的增量△y與引起該增量的它表征傳感器對(duì)單位輸入量變化的反應(yīng)能力。靈敏度S值越對(duì)于輸入輸出關(guān)系為線性關(guān)系的傳感器，靈敏度就是其輸入輸而對(duì)于輸入輸出關(guān)系為非線性關(guān)系的傳感器，其靈敏度為一變量，它實(shí)際上是工作點(diǎn)處的切線斜率，即傳感器的靈敏度如圖1-4所示。教師講解傳感助于學(xué)生的理解和學(xué)習(xí)3)遲滯性傳感器在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到小(反行式中：滯后、運(yùn)動(dòng)部件摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動(dòng)4)重復(fù)性教師引入真實(shí)中要注意理論與AR-AR-ARo了解傳感器重復(fù)性的特點(diǎn)5)漂移傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器的輸出量隨著時(shí)間或溫度變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生漂移的原因主要有兩個(gè)方面：一是傳感器自身敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生老化，這種漂移稱(chēng)為時(shí)間漂移；二是測(cè)試過(guò)程中周?chē)h(huán)境(如溫度、濕度等)發(fā)生變化，最6)精度精度又稱(chēng)靜態(tài)誤差，是傳感器在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值相對(duì)被測(cè)量理論值的偏離程度，是反映系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合誤差2.傳感器的動(dòng)態(tài)特性利于提高學(xué)生學(xué)學(xué)生掌握傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指利于提高學(xué)生學(xué)學(xué)生掌握即輸出量與輸入量具有相同的時(shí)間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外，輸出量與輸入量并不具有完全相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是從測(cè)量誤差的角度分析產(chǎn)生動(dòng)態(tài)或或隨著5G、人工智能等新技術(shù)的不斷成熟，傳感器市場(chǎng)的潛力已經(jīng)得到了巨大的提升。在未來(lái)，各種基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步將進(jìn)一步推動(dòng)傳感器技術(shù)的快速發(fā)展。傳感器將變得更加小型化、人性化，變得更準(zhǔn)確、更靈活、更節(jié)能、更環(huán)保，人機(jī)交互更加友好，能夠收集更多類(lèi)型的數(shù)據(jù)，集成越來(lái)越多的新技術(shù)。隨著傳感器更加深入地融入我們的日常生活，以及與AI等新技術(shù)的融合，在未來(lái)的互聯(lián)、(1)更靈活、更柔性。柔性光傳感器、PH傳感器、離子傳感器和生物傳感器等仍處在早期開(kāi)發(fā)階段。在未來(lái)，這些柔性傳感器將擁有更多創(chuàng)新應(yīng)用，如人造皮膚、可穿戴傳感器和微動(dòng)傳感。通過(guò)微線技術(shù)和磁場(chǎng)，傳感器可以像頭發(fā)絲一樣纖細(xì)，而又具有彈性，可以無(wú)接觸地測(cè)量溫度、壓力、拉力、應(yīng)力，扭精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。更準(zhǔn)確、更可靠和可復(fù)制的傳感器將在醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域擁有更多的應(yīng)用場(chǎng)景，其實(shí)現(xiàn)的功能也更(3)更高的復(fù)雜性和更好的兼容性。用也將使傳感器變得更加多樣化。例如，通傳感器可以通過(guò)物質(zhì)獨(dú)特的光譜識(shí)別出物質(zhì)組成；由晶體、(4)更節(jié)能、更環(huán)保。未來(lái)，傳感器將變得更智能，并由特定條件驅(qū)動(dòng)，只時(shí)，幾乎沒(méi)有功耗。此外，傳感器還可以從周?chē)h(huán)境中獲取能量，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)久的運(yùn)行。例如運(yùn)動(dòng)、壓力、光線，或患者身體與周?chē)諝獾臒崃坎町惖榷伎梢猿蔀閭鞲衅鞯哪芰縼?lái)源。在未來(lái)，環(huán)境友好型和可生物降解的傳感器將日益受到歡迎。例如，傳感器可以采用由細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的可降解的紙基電池，此類(lèi)傳感器可用于農(nóng)田管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品流通監(jiān)測(cè)或醫(yī)療檢測(cè)等領(lǐng)域，而不會(huì)污染環(huán)境。實(shí)操練習(xí)(1)理解傳感器的基本概念。(3)掌握傳感器的分類(lèi)方法。(1)將學(xué)生以5～6人為一組進(jìn)行分組，并選出組(2)組長(zhǎng)組織組內(nèi)學(xué)生繪制傳感器“家譜”進(jìn)行總結(jié)。長(zhǎng)序號(hào)1正確認(rèn)識(shí)傳感器2法34總分人總結(jié)練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)固學(xué)生對(duì)傳感器復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)2課時(shí)(90min)(1)理解傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本類(lèi)(2)了解傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景。(1)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作風(fēng)。(3)踐行服從紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器課前任務(wù)→考勤(2min)→任務(wù)導(dǎo)入(10min)→傳授新知(33min)→實(shí)操練習(xí)(40min)→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣主動(dòng)思考,激發(fā)學(xué)傳感器通常不能單獨(dú)使用，需要輔以數(shù)據(jù)處理、裝置才能實(shí)現(xiàn)完整的檢測(cè)功能。因此，在實(shí)際應(yīng)成傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)或多項(xiàng)檢測(cè)功能。傳感器檢測(cè)系統(tǒng)通常由傳感器、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)、機(jī)整體。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-8所示。構(gòu)被胞對(duì)象被里傳感器勤粥處理環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)星示際節(jié)檢測(cè)結(jié)星(1)傳感器用于采集檢測(cè)過(guò)程中的信息。k為各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)，輸入輸出關(guān)系表示如下：誤差等于各環(huán)節(jié)相對(duì)誤差之和，即式中：用檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及輸入輸出關(guān)系開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但各環(huán)節(jié)特性的變化都會(huì)造成開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但各環(huán)節(jié)特性的變化都會(huì)造成檢測(cè)誤差，因此，開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)一般用于對(duì)精度要求不高的檢測(cè)?！觥窘處煛坑胮pt+板書(shū)，與開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)比講授閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，2)閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)由正向通道和反饋通道組成，如圖1-10所示。丙k圖1-10中，△x為正向通道的輸入量，β為反饋環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)。正向通道的總傳遞系數(shù)k=k?k?k,,k、k?、.….k為各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)。則有當(dāng)k》1時(shí)，則系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系為由式1-12可知，如果正向通道的傳遞系數(shù)足夠大，檢測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系主要由反饋環(huán)節(jié)的特性決定，正向通道中的放大器等環(huán)節(jié)特性的變化造成的誤差很小。因此，在構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)巧妙地組合應(yīng)用，以獲得高精度和高靈敏度的與開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)做對(duì)比理解掌握容易理解掌握講解根據(jù)檢測(cè)條件分類(lèi)的檢測(cè)方法講解根據(jù)被測(cè)量的變化以及根據(jù)檢測(cè)敏感元件是否與被測(cè)介質(zhì)接2地做出診斷。隨著醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展和突破，它的作用日益顯著,并普及。傳感器在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中已無(wú)所不在?；藱z測(cè)方法。得到越來(lái)越多的應(yīng)用。生對(duì)傳感器知識(shí)的求知欲學(xué)習(xí)生互創(chuàng)新激發(fā)學(xué)生的興趣，與學(xué)激發(fā)學(xué)生的精神轉(zhuǎn)型升級(jí)與高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)與重要引擎。2力于芯，智傳未來(lái)”第二屆中國(guó)智能傳感大會(huì)在嘉定舉行。背景下，對(duì)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇與新趨勢(shì)的探討，以及如何推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的跨越式進(jìn)步、智能化產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展貢獻(xiàn)力量，并尋求具體的解決之道。與會(huì)嘉賓一致認(rèn)為，傳感器數(shù)字化、智能化、微型化已成趨勢(shì)，傳感器產(chǎn)業(yè)擁抱全球化并開(kāi)展合作依舊是產(chǎn)業(yè)主流。在傳感器產(chǎn)業(yè)全球“盛宴”開(kāi)啟之際，智能傳感器國(guó)產(chǎn)化道路任重而道遠(yuǎn)，不僅需要企業(yè)加強(qiáng)自身實(shí)力，還要隨著國(guó)內(nèi)勢(shì)，抓住國(guó)產(chǎn)化發(fā)展機(jī)遇。邁入新階段，傳感器產(chǎn)業(yè)將為構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)新發(fā)展格局提供有效支持，為智能時(shí)代未來(lái)之路筑基。實(shí)操練習(xí)(1)每組學(xué)生認(rèn)真觀察測(cè)溫槍?zhuān)鐖D1-7所示，指出圖1-7激發(fā)學(xué)生的求職、長(zhǎng)②③④⑤②③④⑤①-SCANC=095金回⑥⑨(A)測(cè)溫槍示意圖(B)測(cè)溫槍顯示屏幕圖1-7測(cè)溫槍結(jié)構(gòu)圖A1B2C3D4E5F6G7H8一一9(2)拆開(kāi)測(cè)溫槍?zhuān)^察測(cè)溫槍的工作電路，指出傳感器、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)，并據(jù)此繪制電路簡(jiǎn)圖。2.測(cè)溫槍測(cè)溫(1)每組派一名學(xué)生用測(cè)溫槍對(duì)另一位學(xué)生測(cè)溫，對(duì)額頭和手腕分別進(jìn)行10次溫度測(cè)量，一位學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，并算出兩組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。比較利用測(cè)溫槍對(duì)額頭測(cè)量的溫度與對(duì)手腕測(cè)量的溫(2)每組學(xué)生思考：用測(cè)溫槍測(cè)量溫度的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生哪些誤差?每組派代表回答可能產(chǎn)生的誤差，并結(jié)合自己的理解談?wù)務(wù)堉笇?dǎo)老師按照學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果填入表1-3中。學(xué)生結(jié)合自身表現(xiàn)和指導(dǎo)老師的評(píng)價(jià)，對(duì)本次實(shí)訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。表1-3任務(wù)評(píng)價(jià)表滿分老師儲(chǔ)備與技能操作正確認(rèn)識(shí)測(cè)溫槍的結(jié)構(gòu)正確分析檢測(cè)數(shù)據(jù)2參與善于發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和責(zé)任意總分總結(jié)固學(xué)生對(duì)傳感器【教師】布置課后作業(yè)復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)氣氛。2課時(shí)(90min)(1)掌握應(yīng)變式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)掌握應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路。(1)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)變式傳感器敏感元件的工作原理電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣圖2-1所示。盡管它們的用途不同，但工作原理基本一致。(a)家用體重計(jì)(b)多功能電子臺(tái)秤(c)精密電子秤1.結(jié)構(gòu) 念2(1)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片主要由基底(基片)、敏感柵、覆蓋層(蓋片)、引線等部分組成，如圖2-4所示。敏感柵是由電阻絲(箔)以柵形黏貼在絕緣基底上形成的，兩端通過(guò)引線引出。敏感柵上面粘貼有(“基片”改為“基底”,電阻絲式敏感柵中“電阻絲式”刪除)敏感柵敏感柵通過(guò)黏合劑粘貼在基底和覆蓋層之間，其主要作用是實(shí)現(xiàn)由應(yīng)變變化到電阻變化的轉(zhuǎn)換，是金屬電阻應(yīng)變片的核基底和覆蓋層基底的主要作用是固定敏感柵，并使敏感柵與彈性元件相互絕緣。覆蓋層的主要作用是保護(hù)敏感柵，使其避免受到機(jī)械損傷，并引線是焊接在敏感柵兩端，用來(lái)連接敏感柵和測(cè)量電路的絲狀或帶狀金屬導(dǎo)線。目前，引線材料主要為性能穩(wěn)定且電阻率較低的當(dāng)金屬電阻應(yīng)變片工作時(shí)，基底會(huì)將彈性元件的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵。為此，基底必須很薄，一般為0.02～0.04mm。常用的基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布等。覆蓋層使用的材料與基底相同。結(jié)合降級(jí)為金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)燥的理論知識(shí)轉(zhuǎn)生學(xué)習(xí)積極性(2)金屬電阻應(yīng)變片的類(lèi)型根據(jù)敏感柵加工工藝的不同，金屬電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片的敏感柵通常由直徑為0.01～0.05mm的金多種形狀，如圖2-5所示。其制作方法簡(jiǎn)單，但靈敏度不高。箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片的敏感柵一般由厚度為0.003～0.01mm的金屬箔片通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成。同時(shí)，由于敏感柵可以制成各種圖形，所以也稱(chēng)其為應(yīng)變花，如圖2-6所示。箔絲的材料多選擇電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。另外，由于箔式應(yīng)變片與基底的接薄膜式應(yīng)變片薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸鍍或真空沉積等方法，在基底上形與箔式應(yīng)變片相比，它的電阻率更高、尺寸更小、散熱更好且工作范圍更廣。特別是近年來(lái)，由于激光技術(shù)的發(fā)展，電阻器的制造精度大大提高。因此，薄膜式應(yīng)變片已成為目前最具發(fā)展前景的金屬試講，教師總結(jié)，學(xué)生掌握金屬電阻應(yīng)變片的類(lèi)型以及不同類(lèi)型應(yīng)變片的性能特點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果較好(3)金屬電阻應(yīng)變片的性能參數(shù)變，則各直線段的電阻將增加，但在半圓弧段則受到從+μ&x到通過(guò)教師的講學(xué)生了解金屬電阻應(yīng)變片的性能PPT結(jié)合板書(shū)講解傳感器的命名3件不同時(shí)，由于橫向效應(yīng)的影響，實(shí)際值可能發(fā)生改變，從而會(huì)造成較大誤差，因此需要對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行必要的修正。標(biāo)準(zhǔn)電阻金屬應(yīng)變片在無(wú)應(yīng)變的情況下的電阻稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)電阻(Ro)。常用的標(biāo)準(zhǔn)電阻等級(jí)有60Ω、120Ω、250Ω、350Ω、1000Ω等，其中以120Ω最為常用。絕緣電阻絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的敏感柵及引出線與被測(cè)試件之間的電阻。絕緣電阻越大越好，通常要求絕緣電阻在50～120MΩ以上。絕緣電阻下降會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度降低，使金屬電阻應(yīng)變應(yīng)變極限當(dāng)溫度一定時(shí)，應(yīng)變片的指示應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變的相對(duì)誤差不超過(guò)10%,金屬應(yīng)變片所能達(dá)到的最大應(yīng)變稱(chēng)為應(yīng)變極限。金屬電阻應(yīng)變片的粘貼工藝。金屬電阻應(yīng)變片的粘貼工藝。(1)檢查金屬電阻應(yīng)變片的外觀是否平整，是否有破損，是否存在短路、斷路、金屬絲折斷等情況。(2)清除被測(cè)試件表面的污物、氧化層等，使其保持平整、光滑。(3)確定貼片位置，并標(biāo)出金屬電阻應(yīng)變片中心線和貼片位置中心線。(4)粘貼時(shí)，首先用清潔溶劑擦洗貼片位置，然后在金屬電阻應(yīng)變片的粘貼面涂上一層薄薄的膠水，再將金屬電阻應(yīng)變片的中心線對(duì)準(zhǔn)被測(cè)試件上的中心線貼牢，最后在金屬電阻應(yīng)變片上蓋上一層蠟紙，并擠出接觸面中多余的膠水和記憶性的基礎(chǔ)學(xué)效果良好(5)根據(jù)所選膠水類(lèi)型和要求，將粘貼好的金屬電阻應(yīng)變片固化。(5)根據(jù)所選膠水類(lèi)型和要求，將粘貼好的金屬電阻應(yīng)變片固化。(6)檢查粘貼效果，包括：金屬電阻應(yīng)變片和貼片位置中心線是否重合，粘貼面是否有氣泡，是否存在斷路、短路等。2.工作原理當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力的作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器就是基于金屬導(dǎo)彈性元件在被測(cè)物理量(如力、力矩、壓力等)作用下發(fā)生形變，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，然后傳遞給與彈性元件相連的金屬電阻應(yīng)變片，引起金屬電阻應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，最后通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換在金屬電阻應(yīng)變片的彈性形變范圍內(nèi)，其電阻的相對(duì)變化量與其軸向應(yīng)變成正比，即式中：R——金屬電阻應(yīng)變片的電阻；△R——電阻的相對(duì)變化量；K——金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)；E——金屬電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的軸向應(yīng)變。物體在外力作用下會(huì)發(fā)生一定的形變，形變的程度稱(chēng)為應(yīng)變。若金屬導(dǎo)體材料為圓截面，則其在直徑方向產(chǎn)生的應(yīng)變稱(chēng)為徑向應(yīng)變(或橫向應(yīng)變),在軸向上產(chǎn)生的應(yīng)變稱(chēng)為軸向應(yīng)變。電阻應(yīng)變式傳感器輸出電阻的變化非常小，一般為5×10??~0.1Ω。因此，為了精確測(cè)量出這些電阻的微小變化，常用橋式電PPT結(jié)合板書(shū)講解工作原理1.直流電橋1)直流電橋的平衡條件當(dāng)負(fù)載電阻R趨近于無(wú)窮大時(shí)(即相當(dāng)于開(kāi)路),直流電橋的動(dòng)畫(huà)講解直流電師生共同推導(dǎo)PPT展示3種電師生共同推導(dǎo)養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題圖2-93種電橋2)電壓靈敏度的△R?/R可忽略，并結(jié)合電橋平衡條件R?/R?=R?/R?,則式(2-5)可簡(jiǎn)化為由式(2-7)可以看出：在討論電橋的輸出特性時(shí)，用了△在討論電橋的輸出特性時(shí)，用了△R=R近似條件，才得出了輸出電壓與電阻的相對(duì)變化量呈線性關(guān)系。但實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)△R過(guò)大而不能忽略時(shí)，電橋輸出電壓的非線性誤差就會(huì)比較大。師生共同推導(dǎo)養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力的邏輯思維能力在U確定的情況下，令dKu/dn=0,則有靈敏度最高，即因此，當(dāng)電源電壓U和電阻相對(duì)變化量/R?一定時(shí)，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，并且與各橋臂電阻值大小無(wú)關(guān)。#頭腦風(fēng)暴#請(qǐng)根據(jù)單臂電橋電壓靈敏度的推導(dǎo)過(guò)程，試推導(dǎo)差動(dòng)半橋和雙差動(dòng)全橋的電壓靈敏度?3)溫度誤差與溫度補(bǔ)償人們?cè)诶脩?yīng)變式傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，總希望金屬電阻應(yīng)變片的電阻只與應(yīng)變線性相關(guān)，而不受其他因素的影響。但實(shí)際上，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，金屬電阻應(yīng)變片的電阻也會(huì)發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的誤差稱(chēng)為溫度誤差。(1)溫度誤差產(chǎn)生的原因。①敏感柵具有一定的溫度系數(shù)，在沒(méi)有外力的作用時(shí)，敏感柵②由于被測(cè)試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使得金屬電阻應(yīng)變片產(chǎn)生了附加應(yīng)變，從而造成測(cè)量誤差。除了以上兩個(gè)原因，黏合劑傳遞形變的能力等因素也會(huì)造成測(cè)量誤差。但在常溫下，溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)是造成測(cè)量誤差的主要因素。溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖潜M可能消除溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，目前主要采用自補(bǔ)償法和電橋補(bǔ)償法。①自補(bǔ)償法是將溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片粘貼在被測(cè)部位上，當(dāng)溫度變化時(shí)，溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的附加應(yīng)變相互當(dāng)電橋平衡時(shí)，R?R?=R?R?。其中R?、R?為常數(shù)，當(dāng)電阻R?變，使電橋保持平衡，從而消除溫度誤差。根據(jù)直流電橋分析可知，由于電橋輸出電壓很小，一般要加放大器，而直流放大器易產(chǎn)生零漂，因此電橋多采用交流電橋。如圖啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、善解決問(wèn)題的能力動(dòng)畫(huà)展示，直觀易懂，有利于學(xué)生的理解掌握(a)基本形式(b)常用形式由于電源為交流電源，電容器C?、C?使得兩個(gè)橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性，每個(gè)橋臂上的復(fù)阻抗分別為生學(xué)習(xí)掌握于學(xué)生理解記憶交流電橋的開(kāi)路輸出電壓為當(dāng)電橋平衡時(shí)，u。=0,有整理為實(shí)部和虛部分別相等，交流電橋的平衡條件為■【教師】提問(wèn)：根據(jù)推導(dǎo)結(jié)果，如何進(jìn)行交流電橋平衡調(diào)節(jié)?由式(2-15)可知，交流電橋既要滿足電阻平衡條件，又要滿足電容平衡條件。因此，對(duì)電橋進(jìn)行初始平衡調(diào)節(jié)時(shí)，既要對(duì)電阻器預(yù)調(diào)平衡，又要對(duì)電容器預(yù)調(diào)平衡。常用的交流電橋平衡調(diào)節(jié)方法如圖2-12所示。1.應(yīng)變式重力傳感器的柱面展開(kāi)圖及其電橋的連接如圖2-13(c)和2-13(d)所示。R?和R?串接，R?和R?串接，并置于電橋相對(duì)的彎矩影響；橫向貼片R?和R,串接，R?和R?串接，作溫度補(bǔ)償用，圖片、動(dòng)畫(huà)展示更為直觀，學(xué)生容易理解觀，學(xué)生容易理提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性一一(a)柱式(b)筒式(c)柱面展開(kāi)圖(d)電橋連接圖2-13應(yīng)變式重力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器主要用于測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)(如液體、氣體)的圖2-14所示為膜片式壓力傳感器，彈性元件為周邊固定的圓薄膜向應(yīng)變和切向應(yīng)變。一般在膜片圓心處切向粘貼R?、R?兩個(gè)金屬沿徑向粘貼R?、R?兩個(gè)金屬電阻應(yīng)變片，感受徑向應(yīng)變，4個(gè)電阻連接成全橋測(cè)量電路。hRB只滬B應(yīng)變式加速度傳感器用于測(cè)量物體的加速度。由于加速度是運(yùn)動(dòng)參數(shù)，因此需要先經(jīng)過(guò)質(zhì)量慣性系統(tǒng)將加速度轉(zhuǎn)換成力，再作用于彈性元件上來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。如圖2-15所示為應(yīng)變式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，其中懸臂梁的一端固定在殼體上，自由端安裝有質(zhì)量塊，懸臂梁上粘貼4個(gè)金屬電阻應(yīng)變片。等強(qiáng)度梁等強(qiáng)度梁3殼體4電阻應(yīng)變敏感元件等強(qiáng)度梁改為懸臂梁，1.2、3去掉，4電阻應(yīng)變敏感元件改為金屬電阻應(yīng)變片)2質(zhì)量塊為了調(diào)節(jié)振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，通常在殼體內(nèi)充滿硅油。測(cè)量時(shí)，將傳感器殼體與被測(cè)對(duì)象剛性連接，當(dāng)被測(cè)對(duì)象以加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁發(fā)生變形從而產(chǎn)生應(yīng)變，傳遞給與其相連的金屬電阻應(yīng)變片，金屬電阻應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，引起測(cè)量電橋不平衡而輸出電壓，即可思政講堂——精耕焊接的“軍工繡娘”手握一把焊槍?zhuān)谟矌糯笮〉碾娐钒迳?，把一個(gè)手握一把焊槍?zhuān)谟矌糯笮〉碾娐钒迳?，把一個(gè)個(gè)微小的元器件、一根根導(dǎo)線用比芝麻粒小得多的焊點(diǎn)相連，制成傳感器，這就是中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第48研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)電科48所)軍用特種傳感器生產(chǎn)線線長(zhǎng)、高級(jí)技工馮玉昭的日常工作。近三十年來(lái)，經(jīng)她手工制作的傳感器超過(guò)10萬(wàn)只，遍布在載人飛船、衛(wèi)星、戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和戰(zhàn)車(chē)、坦克等多種裝備中。圖片展示更為直觀，學(xué)生容易理解，與學(xué)生互動(dòng)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性匠精神1993年，19歲的馮玉昭進(jìn)入中國(guó)電科48所，走上工作崗位不久她便選擇到傳感器電子裝聯(lián)專(zhuān)業(yè)崗位。軍用特種傳感器是實(shí)現(xiàn)宇航服內(nèi)外溫度、壓力采集等功能的核心器件，堪稱(chēng)宇航員的“生命保障線”。但這些特種傳感器電路板器易產(chǎn)生橋聯(lián)隱患，稍有不慎就會(huì)造成“保障失靈”。馮玉昭憑著知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，一點(diǎn)點(diǎn)鉆研，一步步試驗(yàn)，最終摸索出了一套屬于自己的焊接方法，克服了多個(gè)技術(shù)障礙，圓滿完成了軍用特種傳感器的生產(chǎn)任務(wù)。能得到了航天器件領(lǐng)域?qū)＜业母叨日J(rèn)可，她手工制作的10萬(wàn)只傳感器中，沒(méi)有一只出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，這有力保證了神舟飛船、天宮和戰(zhàn)斗機(jī)等多型航天航空重點(diǎn)設(shè)備的質(zhì)量要求。馮玉昭堅(jiān)守?zé)釔?ài)軍用特種傳感器電裝事業(yè)的初心，把產(chǎn)品質(zhì)量天器的“電五官”,在平凡的崗位上做出了不平凡的業(yè)績(jī)。實(shí)操練習(xí)(2)理解應(yīng)變式傳感器的工作原理。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考長(zhǎng)2.粘貼金屬電阻應(yīng)變片(1)在小刀刀片正反兩面的指定位置畫(huà)出金屬電阻應(yīng)變片的貼片位置，并用細(xì)砂布打磨，打磨后用酒精棉球擦洗干凈。(2)在金屬電阻應(yīng)變片的基底底面涂上502膠水，并立即將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在貼片位置，使金屬電阻應(yīng)變片基準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)定位線，再將一小片薄膜蓋在金屬電阻應(yīng)變片上，用手指輕輕擠壓掉多余的膠水，待金屬電阻應(yīng)變片與刀片完全黏合后松開(kāi)手指，并從金屬電阻應(yīng)變片無(wú)引線的一端揭掉薄膜(3)在金屬電阻應(yīng)變片的引線附近粘貼好接線端子，同時(shí)在引線下面粘貼一層絕緣膠布，在引線焊接端去除絕緣層并涂上焊錫，將引線與敏感柵焊接牢固。焊接好引線后應(yīng)立即在金屬電阻應(yīng)變片的焊接端子處涂一層防護(hù)層，對(duì)其進(jìn)行防潮、防老化處理。(4)將粘貼后的金屬電阻應(yīng)變片在室溫下自然干燥15～24h。(5)待自然干燥完成后，利用萬(wàn)用表檢測(cè)金屬電阻應(yīng)變片敏感柵是否有短路或斷路現(xiàn)象。3.連接電路按照如圖2-3所示的電路圖連接電路，并將金屬電阻應(yīng)變片的引線和連接電路的導(dǎo)線焊接在焊片上。將小刀刀把固定于桌子邊沿，刀片懸空，用細(xì)線吊著塑料托盤(pán)掛于刀片上，可用膠布在刀片上固定好細(xì)線。2JJb4.平衡電橋接通電源，調(diào)節(jié)零點(diǎn)電位器Rp使微安表讀數(shù)為0,即電橋平衡。5.模擬電子稱(chēng)重取一個(gè)20g砝碼放在托盤(pán)里，記錄微安表的讀數(shù)。若讀數(shù)不為整數(shù)，則微調(diào)Rp,使讀數(shù)為整數(shù)值。依次增加砝碼數(shù)量，記錄微_評(píng)價(jià)項(xiàng)目復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)案例對(duì)比的方式講解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。42課時(shí)(90min)(1)掌握壓阻式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)掌握壓阻式傳感器的測(cè)量電路。(1)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)：使用壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器課前任務(wù)→考勤(2min)→任務(wù)導(dǎo)入(10min)→傳授新知(33min)→實(shí)操練習(xí)(40min)→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖阻式傳感器的工作原理趣我們能否使用壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力?壓阻式傳感器是利用半導(dǎo)體應(yīng)變片將應(yīng)變變化的傳感器。半導(dǎo)體應(yīng)變片是一種利用半導(dǎo)體單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的一種敏感元件。體應(yīng)變片主要有體型、薄膜型和擴(kuò)散型等結(jié)構(gòu)形式，如圖2-18所示。體型應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體材料的體電阻器制成的粘貼式應(yīng)變片；緣層的基底上而制成；擴(kuò)散型應(yīng)變片是在半導(dǎo)體材料的基片上利用擴(kuò)散電阻器。引線引線引線引線(a)體型(b)薄膜型(c)擴(kuò)散型價(jià)元素，改變硅片電阻率所形成的電阻器。如在(含磷雜質(zhì))n型襯底的硅片上，注入硼離子，形成p型擴(kuò)散電阻件結(jié)合講解半導(dǎo)體頻，提高學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到外力的作用時(shí)，其電阻率隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，其電阻也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓阻效應(yīng)。壓阻式傳感器就是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)工作的。半導(dǎo)體材料電阻的變化，主要是由電阻率變化引起的，此時(shí)機(jī)即理解掌握式中：π——壓阻系數(shù)；E——彈性模量；——應(yīng)變；K——靈敏度系數(shù)。對(duì)于半導(dǎo)體應(yīng)變片，其靈敏度系數(shù)為二、測(cè)量電路壓阻式傳感器的輸出方式是將集成硅片上的4個(gè)等值電阻連成平衡電橋，當(dāng)被測(cè)量作用于集成硅片上時(shí)，電阻發(fā)生變化，電橋失去平衡，對(duì)外輸出電壓。由于溫度影響等原因，電橋存在失調(diào)、零點(diǎn)溫漂、靈敏度漂移和非線性等問(wèn)題，影響傳感器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因此必須采取有效措施，減少或補(bǔ)償溫度變化造成的誤差，提高傳壓阻式傳感器的測(cè)量電路一般采用四臂差動(dòng)等應(yīng)變式全橋電路，電橋根據(jù)電源的不同可分為恒壓源式和恒流源式兩種形式，如圖2-19所示。BuRDRr教師在講授過(guò)程整教學(xué)進(jìn)程學(xué)生掌握壓阻式1)恒壓源式電橋2)恒流源式電橋阻系數(shù)隨溫度的變化而變化。效地解決零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移問(wèn)題。圖2-20零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移補(bǔ)償電路(Vr改為VD)如圖2-20所示電路中，串聯(lián)電阻器R、R?用于抑制零點(diǎn)溫漂，壓阻式壓力傳感器等。如圖2-21所示為壓阻式加速度傳感器，其懸臂梁用單晶硅制學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力解生變化，打破電橋平衡，從而輸出與外界加速度成正比的電感器的彈性元件，在彈性元件上面直接蒸鍍半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄傳感器的硅膜片兩面有兩個(gè)壓力腔，硅膜片的一面是與被測(cè)壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。動(dòng)式講解，直觀易懂，有利于學(xué)生的理解掌握動(dòng)式講解，直觀易懂，有利于學(xué)生的理解掌握過(guò)王冰的事跡，啟圖2-22壓阻式加速度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖在檢測(cè)時(shí)，被測(cè)壓力引入高壓腔，壓力膜片兩面存在壓力膜片會(huì)產(chǎn)生形變，膜片上的各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，4個(gè)電阻器在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)的電度高、頻率響應(yīng)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但其檢測(cè)精度受到非線性和溫度的影響。項(xiàng)，入選“國(guó)家百千萬(wàn)人才”工程，享受?chē)?guó)務(wù)院政府津貼，實(shí)施。王冰還是國(guó)內(nèi)MEMS壓阻壓力傳感器領(lǐng)域的專(zhuān)家，被年入選昆山市十大杰出青年?？铡⒋?、登月等一系列重大工程項(xiàng)目中。自從走上MEMS壓阻壓力傳感器技術(shù)這條科學(xué)道路，王悅讓他感覺(jué)無(wú)限風(fēng)光在險(xiǎn)峰；一次次面臨新的突破讓他感覺(jué)一山更比一山高，創(chuàng)新永無(wú)止境。設(shè)國(guó)家的一份子，扎根科研、腳踏實(shí)地做科技強(qiáng)國(guó)的一顆螺對(duì)這個(gè)社會(huì)有價(jià)值、有意義的事。實(shí)操練習(xí)(1)理解壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的工作原理。(2)了解壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的使用方法。驟使用壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考主控箱、壓力表、壓阻式壓力傳感器、CGQ驗(yàn)?zāi)K、導(dǎo)管、電壓表、直流穩(wěn)壓電源(電源電壓分別為4V、15V)。(1)按如圖2-16所示連接管路和電路。主控箱內(nèi)配有壓縮泵、通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，了解學(xué)生學(xué)情，并激發(fā)學(xué)生的求職、比、反思，獲得成長(zhǎng)圖2-16壓阻式壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)(2)按照如圖2-17所示連接電路。壓阻式壓力傳感器有4個(gè)用用于調(diào)節(jié)零位，Rw可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，放大器輸出Vo引到電壓表。(3)將實(shí)驗(yàn)?zāi)K接入模塊電源±15v(從主控箱引入),檢查無(wú)誤后，閉合主控箱電源開(kāi)關(guān)。將顯示選擇開(kāi)(Rw旋轉(zhuǎn)到滿度的三分之一)使電壓表顯示為零。(4)先松開(kāi)流量計(jì)下端調(diào)氣閥的旋鈕，開(kāi)通流量計(jì)。(5)閉合主控箱上的氣源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)壓縮泵，此時(shí)可看到流量計(jì)的滾珠浮子向上浮起懸于玻璃管中。(6)逐步關(guān)小流量計(jì)旋鈕，使壓力表穩(wěn)定指示某一刻度。(7)逐步由小到大調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使流量計(jì)在5～20kPa之間每上升1kPa分別讀取壓力表讀數(shù)，將表2-3。5壓輸評(píng)價(jià)項(xiàng)目固學(xué)生對(duì)傳感器復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。2課時(shí)(90min)(1)掌握熱敏電阻式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)掌握熱敏電阻式傳感器的測(cè)量電路。(3)掌握熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用。(1)養(yǎng)成腳踏實(shí)地、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：熱敏電阻式傳感器敏感元件的工作原理、熱電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器課前任務(wù)→考勤(2min)→任務(wù)導(dǎo)入(10min)→傳授新知(33min)→實(shí)操練習(xí)(40min)→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣無(wú)線充電器一般由外殼、無(wú)線充電線圈、PCB板、電芯、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器等組成。無(wú)放置了無(wú)線充電線圈和溫控用的微小型絕緣引線NTC熱敏電阻。效地在工作時(shí)完成散熱，保證充電過(guò)程的安全。熱敏電阻還能利用其溫度監(jiān)測(cè)的作用，避免因充電溫度過(guò)高，引致事故發(fā)生。進(jìn)行檢測(cè)的裝置。授學(xué)生了解熱敏電阻式傳感器的敏結(jié)合講解半導(dǎo)體(a)珠形(b)圓片形52.熱敏電阻器的溫度特性熱敏電阻器按溫度系數(shù)的不同可分為正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器和臨界溫度熱敏電阻器(CTR)。各種熱敏電阻器的溫度特性曲線如圖2-26所示。論知識(shí)轉(zhuǎn)化為視積極性PPT+板書(shū)講解，學(xué)生理解掌握大多數(shù)熱敏電阻器為NTC熱敏電阻器。具有負(fù)溫度系數(shù)。溫度電阻溫度系數(shù)，適用于-100~300℃之間溫度的檢測(cè)。教師在講授過(guò)程3.教師在講授過(guò)程(1)靈敏度高。熱敏電阻器的溫度系數(shù)較大，約為金屬熱電阻的10倍，因此熱敏電阻器對(duì)溫度變化的反應(yīng)異常靈敏。(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可根據(jù)不同要求制成各種形狀。(3)電阻率高。導(dǎo)線電阻的影響小，適用于遠(yuǎn)距離檢測(cè)。(4)體積小、熱慣性小，可用于測(cè)量點(diǎn)溫，也可用于動(dòng)態(tài)溫度(5)化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械性能強(qiáng)，價(jià)格低廉，制造簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。(6)復(fù)現(xiàn)性和互換性差，非線性嚴(yán)重?！觥窘處煛堪鍟?shū)+PPT動(dòng)畫(huà)講解，注意學(xué)生表情，控制講授速度1.非線性修正由于熱敏電阻器溫度特性曲線的非線性十分嚴(yán)重，為保證一定范圍內(nèi)溫度檢測(cè)的精度要求，應(yīng)進(jìn)行非線性修正。常用的修正方法有串聯(lián)電阻補(bǔ)償法、并聯(lián)電阻補(bǔ)償法、計(jì)算機(jī)修正法等。1)串聯(lián)電阻補(bǔ)償法串聯(lián)電阻補(bǔ)償法是將補(bǔ)償電阻器與熱敏電阻器R串聯(lián)，如圖2-27(a)所示。串聯(lián)后的等效電阻R。=R?+R。R?具有負(fù)溫度系數(shù)。若選擇合適的正溫度系數(shù)熱敏電阻器，可使R與溫度在某一溫度范圍內(nèi)呈近似的雙曲線關(guān)系，即等效電阻R與溫度T的倒數(shù)呈線性關(guān)系，如圖2-27(b)所示。電流I與溫度T呈線性關(guān)系，如圖2-27(c)所示。整教學(xué)進(jìn)程教師在講授過(guò)程整教學(xué)進(jìn)程結(jié)式講解2)并聯(lián)電阻補(bǔ)償法并聯(lián)電阻補(bǔ)償法是將補(bǔ)償電阻器R。與熱敏電阻器并聯(lián)，如高學(xué)生學(xué)習(xí)積極能力(a)補(bǔ)償電路(b)電阻與溫度的關(guān)系于“1”處，調(diào)節(jié)電位計(jì)R,使檢流計(jì)G指示滿刻度，然后將S?置于“2”處，此時(shí)熱敏電阻器被接入電橋開(kāi)始溫度測(cè)量。5熱敏電阻式傳感器主要用于溫度測(cè)量、溫度控制、溫度補(bǔ)償、穩(wěn)壓穩(wěn)幅、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)、氣體和液體分析、火災(zāi)報(bào)警、過(guò)載保護(hù)等方面。下面主要介紹溫度控制、溫度補(bǔ)償兩個(gè)方面。解熱敏電阻式傳解熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合，學(xué)生理解掌握將熱敏電阻器與一個(gè)電阻器相串聯(lián)，并加上恒定的電壓，當(dāng)周?chē)橘|(zhì)溫度升到某一數(shù)值時(shí)，電路中的電流可以由十分之幾毫安突變?yōu)閹资涟病Ｒ虼丝梢杂美^電器的繞組代替不隨溫度變化的電阻器。當(dāng)溫度升高到一定值時(shí)，繼電器動(dòng)作，通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)所需智能電飯煲溫度控制系統(tǒng)(見(jiàn)圖2-30)中的溫度兩個(gè)溫度傳感器都是采用NTC熱敏電阻器。它們將采集到的單片機(jī)單片機(jī)轉(zhuǎn)換電路信號(hào)調(diào)理電路過(guò)常愛(ài)民及其團(tuán)他扎根新疆30余年，為國(guó)家航天海洋事業(yè)做好“螺絲釘”,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出了高溫、深低溫、深海環(huán)境應(yīng)用的NTC熱敏電阻器系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)航天、海洋領(lǐng)域熱敏電阻器的國(guó)產(chǎn)化，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白。他就是中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員常愛(ài)民。常愛(ài)民與他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)致力于溫度傳感器科學(xué)研究，推進(jìn)了溫度傳感器研究平臺(tái)建設(shè)，完成了國(guó)家航天及海洋工程元器件配套任務(wù)。2010—2019年，共完成400余份特種熱敏電阻器的生產(chǎn)供貨合同，合同履約率達(dá)100%,為用戶(hù)單位承擔(dān)的航天、海洋領(lǐng)域重大任務(wù)提供了可靠的元器件保障，為我國(guó)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)、從海洋大國(guó)向海洋強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，做出了不可替代的貢獻(xiàn)。2013年，常愛(ài)民團(tuán)隊(duì)獲新疆維吾爾自治區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；2015年，常愛(ài)民團(tuán)隊(duì)獲中國(guó)科學(xué)院30年的時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝，常愛(ài)民還有著更遠(yuǎn)大的理想：“希望在未來(lái)5～10年，我們新疆理化技術(shù)研究所不僅在航空和及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的傳感器應(yīng)用方面為國(guó)民經(jīng)濟(jì)添一份力，服務(wù)于社會(huì)各行業(yè)?！睂?shí)操練習(xí)(1)了解熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。(2)掌握溫度控制開(kāi)關(guān)的工作原理。任務(wù)實(shí)施以3-5人為一組進(jìn)行。【教師】簡(jiǎn)要提示實(shí)踐內(nèi)容【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考值分別為15kΩ、390kΩ、6.8kΩ);電池(壓為1.5V);可變電阻器(1個(gè)，10kΩ);光二極管(1個(gè)，φ5);保溫壺(1個(gè));燒杯(1只);導(dǎo)線若1)觀察熱敏電阻器本任務(wù)中用到的MF11-102型熱敏電阻是NTC熱敏電阻器，如圖2-29所示。其標(biāo)稱(chēng)電阻為1kΩ,徑向引線為樹(shù)脂涂裝，使用激發(fā)學(xué)生的求職、比、反思，獲得成長(zhǎng)52)連接電路按如圖2-30所示溫度控制開(kāi)關(guān)電路圖連接電路。3)平衡電路接通電源，調(diào)節(jié)可變電阻器Rp,使其電阻由大變小，直至發(fā)光4)調(diào)試溫度控制開(kāi)關(guān)將熱敏電阻器Rr貼在盛有熱水的燒杯外壁，幾秒種后，觀察發(fā)光二極管的亮暗。當(dāng)熱敏電阻器的溫度升高時(shí)，熱敏電阻器的阻值評(píng)價(jià)項(xiàng)目0路的方法。希望大家在課下多加練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。62課時(shí)(90min)(1)掌握一般電容式傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)理解一般電容式傳感器的測(cè)量電路。(3)了解一般電容式傳感器的應(yīng)用。(3)能夠制作與調(diào)試電容觸摸按鍵。(1)養(yǎng)成執(zhí)著專(zhuān)注、愛(ài)崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng).(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。(3)踐行團(tuán)結(jié)協(xié)作、顧全大局的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣2汽車(chē)油箱燃油量檢測(cè)通常選用汽車(chē)專(zhuān)用油位傳感器，如圖電器盒信號(hào)墻出排氣孔圖3-1汽車(chē)燃油表圖3-2汽車(chē)專(zhuān)用油位傳感器 件荷，如圖3-3所示。電容器是儲(chǔ)存電量和電能(電勢(shì)能)的元件。學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果良好PPT+板書(shū)講解，學(xué)生理解掌握2.工作原理由物理學(xué)知識(shí)可知，兩塊平行的金屬極板可組成一個(gè)平行板電容器。若忽略邊緣效應(yīng)，其電容為式中：8——兩塊平行極板間介質(zhì)的介電常量；A——兩塊平行極板的有效覆蓋面積；由式(3-1)可知，電容C與8、A、δ三個(gè)參量有關(guān)，若8、A和δ中任一個(gè)參量發(fā)生變化，電容器的電容C將隨之改變。根據(jù)引起電容變化參量的不同，一般電容式傳感器可分為變介電常數(shù)型■【教師】用ppt+板書(shū)講授，注重互動(dòng)1)變介電常數(shù)型電容式傳感器不同介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)是不同的，因此在電容器的兩個(gè)極板之間插入不同的介質(zhì)時(shí)，電容也會(huì)隨之變化。變介電常數(shù)型電容式傳感器常用來(lái)測(cè)量介質(zhì)的厚度、位置和液位等，如圖3-4所示。如圖3-4(a)所示為用來(lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等介質(zhì)厚度的變介電常數(shù)型電容式傳感器的工作原理，其中兩平行極板固定不動(dòng)，式中：式中：D——外圓筒內(nèi)徑； #知識(shí)傳聲筒#木材或煤炭等固體介質(zhì)的溫度或濕度，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)受到外界溫度或濕度影響時(shí)，其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量(1)線位移型電容式傳感器。兩極板重疊面積減小，電容量也隨之減小。當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板沿長(zhǎng)度(或?qū)挾?方向平移△x時(shí)，則電容變化量為(圖中標(biāo)明動(dòng)極板和定極板，(圖中標(biāo)明動(dòng)極板和定極板，d改為δ)師總結(jié)講授(2)角位移型電容式傳感器。如圖3-6所示為角位移型電容式傳感器的原理。角位移型電容式傳感器由兩塊半圓形極板構(gòu)成，這兩塊半圓形極板分別為動(dòng)極板積就發(fā)生改變，兩極板間的電容量也隨之改變?！觥窘處煛坑胮pt講授，注重互動(dòng)3)變極距型電容式傳感器變極距型電容式傳感器的原理如圖3-7所示。其中，動(dòng)極板與被測(cè)物體相連，當(dāng)動(dòng)極板隨被測(cè)物體的改變而移動(dòng)時(shí)，極板間距發(fā)生變化，從而使兩極板間的電容C改變。教師在講授過(guò)程整教學(xué)進(jìn)程高學(xué)生學(xué)習(xí)積極能力當(dāng)變極距型電容式傳感器的和A固定不變時(shí)，設(shè)兩極板初始間距為δ,則初始電容C為當(dāng)△dδ時(shí)，電容的變化量△C與此時(shí)變極距型電容式傳感器的靈敏度為即微小的位移變化便可引起電容的較大變化，故變極距型電容式傳變極距型電容式傳感器的起始電容一般為20～變極距型電容式傳感器的起始電容一般為20～30pF,極板間距介于25～200μm,最大移動(dòng)距離不大于極板間距的二、測(cè)量電路■【教師】板書(shū)+PPT動(dòng)畫(huà)講解，注意學(xué)生表情，控制講授速度1.一般電容式傳感器的等效電路通常，在環(huán)境溫度不高、濕度不大且電源頻率適中的條件下，高濕和高頻激勵(lì)的條件下工作，則需要考慮其附加損耗和電感效應(yīng)的影響，此時(shí)它的等效電路如圖3-8所示。動(dòng)畫(huà)展示，師生的理解掌握PPT+板書(shū)，師C圖3-8一般電容式傳感器等效電路一般電容式傳感器的等效電容與電感、電源頻率有關(guān)。起較大的測(cè)量誤差。如果改變電源頻率或更換傳輸電纜，必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新標(biāo)定。(1)調(diào)頻電路的工作原理。生互動(dòng)講授，根據(jù)學(xué)生理解情況，調(diào)效果良好6放放大器鑒頻器限幅器振蕩器0L足振蕩器的頻率振蕩器的頻率f。通常在1MHz以上。點(diǎn)(2)調(diào)頻電路的特點(diǎn)。#知識(shí)傳聲筒#電容式傳感器除有極板間電容外，其電容極板與周?chē)矬w(各種元器件甚至人體)也會(huì)形成寄生電容。寄生電容一般是指電容極板與電感、電阻、芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來(lái)的電容特性。學(xué)生帶著問(wèn)題(1)脈沖寬度調(diào)制電路的工作原理。A?、A?2,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及電容充放電回路組成。電?=R?,VD?VD2為特性相同的兩個(gè)二極管，C?、C?為差動(dòng)電容式傳可以將復(fù)雜的電路更為直觀的展A態(tài)Q圖3-10脈沖寬度調(diào)制電路穩(wěn)觸器KF關(guān)C?°接通電源時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Q端(即A點(diǎn))為高電位，Q端(即B點(diǎn))為低電位。由Q端經(jīng)1對(duì)C1充電，直至F點(diǎn)的電位與參考電壓U.相等，比較器A?1輸出脈沖使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Q端翻轉(zhuǎn)后，C?經(jīng)二極管VD迅速放電至零，同時(shí)高電位'O端經(jīng)R2對(duì)?電，直至G點(diǎn)電位與參考電壓U·相等，位。周而復(fù)始，A與B兩點(diǎn)電位高低的變化分別受C?與C?的調(diào)制。當(dāng)C=C2時(shí)，A、B兩點(diǎn)充放電時(shí)間相同，因此各點(diǎn)輸出的矩形脈沖寬度也相等，如圖3-11(a)所示；當(dāng)C?>C2時(shí)，A點(diǎn)充電時(shí)間較長(zhǎng)，因此各點(diǎn)輸出的脈沖寬度較B點(diǎn)寬，如圖3-11(b)導(dǎo)學(xué)生識(shí)別不同條件下的脈沖寬(2)脈沖寬度調(diào)制電路的特點(diǎn)。3)運(yùn)算放大器電路環(huán)放大器，u為交流電源電壓，是輸出信號(hào)電壓。大，誤差就相對(duì)較小。三、一般電容式傳感器的應(yīng)用■【教師】PPT圖片展示一般電容式傳感器的應(yīng)用1.電容式位移傳感器如圖3-13所示為電容式位移傳感器。被測(cè)物體的表面作為電容的一個(gè)極板，傳感器的平面測(cè)端作為電容的另一個(gè)極板。在測(cè)量時(shí)，把傳感器夾持在固定的臺(tái)架上，當(dāng)被測(cè)物因振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)，將使電容器的極板間距發(fā)生變化，從而引起電容器電容的改變，最終達(dá)到測(cè)量的目的。2.電容式加速度傳感器如圖3-14所示為電容式加速度傳感器。它的兩個(gè)定極板與殼體絕緣，質(zhì)量塊由彈簧片支撐于殼體內(nèi)，且兩個(gè)端面經(jīng)過(guò)磨平拋光后作為動(dòng)極板，分別與兩個(gè)定極板構(gòu)成差動(dòng)電容器C?和C?。測(cè)量時(shí)，將傳感器外殼固定在被測(cè)振動(dòng)體上，當(dāng)傳感器隨被測(cè)對(duì)象在垂直方向上作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊因慣性相對(duì)靜止，此時(shí)質(zhì)量塊相對(duì)殼體運(yùn)動(dòng)，在垂直方向上產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移，使電容量C?和C?一個(gè)增加、另一個(gè)減小，電容總變化量正比于質(zhì)量塊所產(chǎn)生的慣性力。在一定頻率范圍內(nèi)，慣性力與被測(cè)振動(dòng)加速度成正比。差動(dòng)電容式加速度傳感器基于電容量一增一減的變化互結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，傳感器的應(yīng)用，師生互動(dòng)，有利于學(xué)生理解掌握補(bǔ)來(lái)消除非線性誤差，從而改善測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。在學(xué)習(xí)和生活中，我們同樣需要取長(zhǎng)補(bǔ)短，互促互進(jìn)。師生互動(dòng)，有利于電容式厚度傳感器用于檢測(cè)金屬板材在軋制過(guò)程中的厚度，其工作原理如圖3-15所示。在被測(cè)金屬板材積相等、與金屬板材距離相等的極板，這樣極了兩個(gè)電容器C?、C?。把兩塊極板用導(dǎo)線連接成為一個(gè)極板，而金屬板材就是電容的另一個(gè)極板，相當(dāng)于兩個(gè)電容并聯(lián)，其總電容為C?+C?。如果金屬板材的厚度發(fā)生變化，將導(dǎo)致它與上下兩個(gè)電路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不平衡輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板材厚度的檢1-金屬板材；2-軋輥；3-電容極板電容式厚度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置容易，能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)層為定極板，中間的膜片為動(dòng)極板，構(gòu)成差動(dòng)電容器。當(dāng)被測(cè)壓力增大，一個(gè)減小。該電容值的變化經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對(duì)應(yīng)的電流或電壓的變化。凹形玻璃膜片圖3-16電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、相應(yīng)速度快、能ATM專(zhuān)用人體接近傳感器是一種用于檢測(cè)人容式接近開(kāi)關(guān)，它可準(zhǔn)確探知附近人物的靠近，是目前作ATM專(zhuān)用人體接近傳感器是一種用于檢測(cè)人容式接近開(kāi)關(guān)，它可準(zhǔn)確探知附近人物的靠近，是目前作為防盜報(bào)警和狀態(tài)檢測(cè)的最佳選擇。ATM專(zhuān)用人體接近傳感器采用微電路芯片程序控具有較高的探測(cè)靈敏度和觸發(fā)可靠性，使探測(cè)與控制合二為一，守候功耗低，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)可直接觸發(fā)報(bào)警錄像。探測(cè)人體接近距離遠(yuǎn)近可調(diào)，可調(diào)節(jié)半徑為0～5實(shí)操練習(xí)(1)了解電容式傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。(2)掌握電容觸摸按鍵的制作與調(diào)試。任務(wù)實(shí)施以3-5人為一組進(jìn)行?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考1.實(shí)踐器材電容觸摸模塊(1個(gè));電源(5V);電阻器(2個(gè)，560Ω,10kΩ);發(fā)光二極管(1個(gè)，φ5);細(xì)導(dǎo)線若干；電烙鐵；焊錫絲；萬(wàn)能板。長(zhǎng)2)連接電路按如圖3-18所示連接電路。電源接通后至少需要0.5s的穩(wěn)定時(shí)間，此時(shí)間段內(nèi)不要觸摸電容觸摸模塊。圖3-18電容觸摸模塊實(shí)驗(yàn)電路(數(shù)字與單位空一格)3)調(diào)試電容觸摸按鍵第一次觸摸電容觸摸模塊后，觀察發(fā)光二極管LED的亮暗。第二次觸摸電容觸摸模塊后，觀察發(fā)光二極管LED的亮暗。多次觸摸后將結(jié)果記錄在表3-1中。表3-1數(shù)據(jù)記錄表346L暗■【教師】對(duì)任務(wù)安排學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)項(xiàng)目鞏固所學(xué)知識(shí)固學(xué)生對(duì)傳感器【教師】布置課后作業(yè)復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。2課時(shí)(90min)(1)掌握硅電容式集成傳感器熱敏元件的結(jié)構(gòu)和工作原(2)理解硅電容式集成傳感器的測(cè)量電路。(3)能夠制作電容感應(yīng)式控制電路。(1)養(yǎng)成執(zhí)著專(zhuān)注、愛(ài)崗敬業(yè)的職業(yè)素養(yǎng).(2)弘揚(yáng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的工匠精神。(3)踐行團(tuán)結(jié)協(xié)作、顧全大局的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器課前任務(wù)→考勤(2min)→任務(wù)導(dǎo)入(10min)→傳授新知(33min)→實(shí)操練習(xí)(40min)→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣紋傳感器，如硅電容指紋傳感器、壓感指紋傳感器、熱敏指紋傳感器等，其中硅電容指紋傳感器的應(yīng)用最為廣泛。【教師】提問(wèn)：什么是硅電容式集成傳感器?它的工作原動(dòng)方式講授1.壓敏電容器的結(jié)構(gòu)如圖3-19所示為壓敏電容器的結(jié)構(gòu)。它是在玻璃基底上鍍一層金屬鋁膜，并將金屬鋁膜作為壓敏電容器的一個(gè)極板，硅膜片是壓敏電容器的另一個(gè)極板。壓敏電容器的電容由兩個(gè)電容極板的面積和間距決定，極板間的介質(zhì)為空氣，當(dāng)硅膜片因?yàn)槭芰ψ冃螘r(shí)，電2.工作原理如圖3-20所示為硅電容式集成傳感器的工作原理。它是在一個(gè)硅膜片上制成的兩個(gè)圓形電容器，兩者尺寸相同，電容大小分別為力作用，只用于溫度補(bǔ)償。兩個(gè)電容器的硅膜片半徑均為a,極板半徑為b,電容極板間距為d。當(dāng)硅膜片兩側(cè)因?yàn)閴翰疃嬖谑芰ψ冃螘r(shí)，電容器極板間距的變化引起電容量變化，理論證明，當(dāng)硅膜片的變形量小于極板間距【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、做筆記硅電容式集成傳感器的測(cè)量電路采用的是二極管檢波電路，學(xué)生了解壓敏電容器的結(jié)構(gòu)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果良好PPT+板書(shū)講解，如圖3-21所示。通常將Cx、C。與二極管VD?~VD?集成在一起。電路采用交流激勵(lì)，輸入的是方波或正弦波，峰值電壓為Up,電源交流激勵(lì)通過(guò)耦合電容C.提供電橋電壓，再把壓敏電容器的電容變化量轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出。學(xué)生理解掌握教師在講授過(guò)程整教學(xué)進(jìn)程圖3-21二極管檢波電路(改斜體)無(wú)外力作用時(shí)，Cx=C?,交流激勵(lì)的正半#知識(shí)傳聲筒#電容器的充電過(guò)程是電容器存儲(chǔ)電荷的過(guò)程。當(dāng)電容器與直流電源接通后，與電源正極相連的金屬極板上的電子會(huì)在電場(chǎng)力的作用下，向與電源負(fù)極相連的金屬極板移動(dòng)，使得與電源正極相連的金屬極板失去電子帶正電，與電源負(fù)極相連的金屬極板得到電子帶負(fù)電(兩金屬極板所帶電荷大小相等，符號(hào)相反),電容器開(kāi)始充電。電容器放電過(guò)程是電容器釋放電荷的過(guò)程。當(dāng)充電完畢的電容器位于一個(gè)無(wú)電源的閉合通路中時(shí)，帶負(fù)電的金屬極板上的電子便會(huì)在電場(chǎng)力的作用下，向帶正電的金屬極板移動(dòng)，使得正負(fù)電荷中和，電容器開(kāi)始放電。A、B兩點(diǎn)的直流電壓為U。,則A點(diǎn)的電壓為U?/2,B點(diǎn)的電壓C.構(gòu)成的低通濾波器過(guò)濾掉交流激勵(lì)信號(hào)，最后留下直流信號(hào)U?。高學(xué)生學(xué)習(xí)積極能力內(nèi)部高頻內(nèi)部高頻振蕩器電源控制數(shù)字控制電容/電壓內(nèi)部低頻振瘍器14級(jí)分頻電流源2通道復(fù)用疆2通道復(fù)用器轉(zhuǎn)換AMP口Daa采樣電容復(fù)用韶8位D/A奇存器廣RTC生成器8位P圖3-22MPXY8020A胎壓監(jiān)測(cè)智能集成傳感器的內(nèi)部電路 圖3-23MPXY8020A胎壓監(jiān)測(cè)智能集成傳感器的典型應(yīng)用電路發(fā)射器實(shí)操練習(xí)(2)能夠制作電容感應(yīng)式控制電路。8【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考CD4093集成芯片(IC);1N4148二極管(VD?、VD?、VD?)9014晶體管(VT);12VJQC-3FF型繼電器；10cm×14應(yīng)電極片；電阻器(100kΩ、22kΩ、10kΩ);電容器((2)電路元器件檢查無(wú)誤后，按如圖3-24所示連圖3-24電容感應(yīng)式控制電路(換)(3)電容器C?是靈敏度調(diào)節(jié)電容器，若需要該電路以最高靈器剛好斷開(kāi)，然后利用絕緣漆把C?封牢即可。;;激發(fā)學(xué)生的求職、長(zhǎng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目實(shí)際技能操作電路元器件產(chǎn)意識(shí)和責(zé)任意識(shí)具有一定的創(chuàng)新思維結(jié)思政講堂——精益求精鑄就信仰，極致專(zhuān)注書(shū)寫(xiě)人生工作，與中國(guó)傳感器儀表產(chǎn)業(yè)結(jié)下不解之緣，見(jiàn)證了中國(guó)傳感器儀表產(chǎn)業(yè)從小到大、從弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程。術(shù)材料無(wú)法突破是制約國(guó)產(chǎn)傳感器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。突破這一難關(guān)，研制出高品質(zhì)的傳感器儀表，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)傳感器儀表行業(yè)的發(fā)展水平是田皋林的長(zhǎng)久心愿。送器全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，具體負(fù)責(zé)了115的引進(jìn)、消化吸收及國(guó)產(chǎn)化工作，帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成了“小型高精度差壓變送器”等六項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，多次榮獲國(guó)家部委和陜西省技術(shù)開(kāi)發(fā)、引進(jìn)技術(shù)消化吸收創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)。由于專(zhuān)業(yè)知識(shí)過(guò)硬和成績(jī)顯著,退休前他曾擔(dān)任西安儀表協(xié)會(huì)傳感器分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，傳感器專(zhuān)家委員會(huì)委員等職務(wù)。田皋林認(rèn)為，時(shí)至今日，和美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)需要中國(guó)人長(zhǎng)期接續(xù)奮斗，要在工匠精神的傳承中實(shí)現(xiàn)。退休后的田皋林為了能繼續(xù)推進(jìn)傳感器儀表產(chǎn)工匠精神8了將自己所學(xué)的知識(shí)、積累的經(jīng)驗(yàn)傳承下去，他放棄了安逸的退休生活，選擇在西安華恒儀表制造有限公田皋林經(jīng)常說(shuō)的話是“我不能把技術(shù)帶到墳?zāi)估铩薄拔乙媒?jīng)常奔走于企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)組織和高校科研單位之間，傳遞、交流儀表產(chǎn)業(yè)信息。他始終認(rèn)為中國(guó)傳感器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展既要靠引進(jìn)吸收，又要靠自主創(chuàng)新，更要靠精益求精的工匠精神。質(zhì)量是一切產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的核心。只要有“頭懸梁錐刺骨”的敬業(yè)精神，有重視細(xì)節(jié)的工匠精神，中國(guó)企業(yè)就做大做強(qiáng)。復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。2課時(shí)(90min)(1)掌握自感式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理。(2)掌握自感式傳感器的測(cè)量電路。(4)能夠測(cè)試自感式差動(dòng)變壓器傳感器的性能。(1)弘揚(yáng)追求突破、追求革新的創(chuàng)新精神。(2)樹(shù)立科技成才、技能報(bào)國(guó)的人生理想。(3)踐行團(tuán)結(jié)協(xié)作、顧全大局的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣對(duì)高轉(zhuǎn)速和小轉(zhuǎn)子磁軸承，北京航空航天大學(xué)的了一種新型的磁軸承用自感式位移傳感器，其測(cè)量原理如圖4-1所示。該傳感器將兩個(gè)線圈串聯(lián)，構(gòu)成自感式位移有效地提高了自感式位移傳感器的線性度和用自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，可滿怨R圖4-1磁軸承用自感式位移傳感器測(cè)量原理測(cè)試自感式差動(dòng)變壓器的性能為自感式傳感器的敏感元件，是自感式傳感器【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考8δ學(xué)生了解自感式PPT+板書(shū)講解，式中：I——通過(guò)線圈的電流；δ——空氣間隙的厚度；A—磁通的截面積。的空氣間隙的厚度或者改變磁通的截面積都1)變間隙型自感器系數(shù)L。線圈中，結(jié)合學(xué)生實(shí)際理解情況，靈活調(diào)整教學(xué)進(jìn)程教學(xué)，帶著問(wèn)題學(xué)圖4-3變間隙型自感器的結(jié)構(gòu)設(shè)初始狀態(tài)空氣間隙的厚度為δ。,則線圈自感系數(shù)L?為當(dāng)銜鐵向上移動(dòng)△δ時(shí)，空氣間隙減少為δ=δ?-△δ,此時(shí)δ間隙型自感式傳感器的靈敏度系數(shù)為 ooF2)變面積型自感器3)螺管型自感器高學(xué)生學(xué)習(xí)積極能力1式中：l——線圈長(zhǎng)度，在實(shí)際應(yīng)用中，由于螺管線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布不在實(shí)際應(yīng)用中，由于螺管線圈內(nèi)的磁場(chǎng)分布不均勻，螺管型自感式傳感器的輸出曲線是非線性的。#小貼士##小貼士#為阻抗也相等，即Z?=Z?=Z。,此時(shí)電橋的輸出電壓為0,電橋處Q值為電感器的品質(zhì)因數(shù)，是衡量電感器的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率交流電壓下工作時(shí)所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效由式(4-8)和式(4-9)可知，當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，輸出的電上移時(shí)輸出電壓自主計(jì)算銜鐵下帶相敏整流電路的交流電橋如圖4-8所示。LL?分別為自感式傳感器中的電感線圈，VD?VD?、VD?、VD?四只二極管組成相敏整流器，A、D兩點(diǎn)之間輸出交流電壓，B、C兩點(diǎn)之間諧振式調(diào)幅電路如圖4-9所示。其中L代表自感式傳感器的自動(dòng)畫(huà)展示，直觀易同推導(dǎo)結(jié)果，學(xué)生印象深刻，更容易理解掌握PPT動(dòng)畫(huà)，直觀易解掌握9高的場(chǎng)合。電容器C接入調(diào)頻路中，當(dāng)L變化時(shí)，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)頻率的大小即可確定被測(cè)量的值。更容易理解，便于學(xué)生掌握非電量參數(shù)。連。圖4-11變間隙型自感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)當(dāng)液體或氣體進(jìn)入膜盒時(shí)，膜盒的頂端在壓力P的作用下產(chǎn)生位移，位移量與壓力P的大小成正比。此時(shí)，銜鐵也發(fā)生移動(dòng)，從而使空氣間隙的厚度發(fā)生變化，流過(guò)線圈的電流發(fā)生相應(yīng)的變化，由C形彈簧管、銜鐵、鐵芯、線圈等組成。當(dāng)被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng),使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號(hào)相反的變化，電感的這種變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出。因?yàn)檩敵鲭妷号c被測(cè)壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測(cè)儀表測(cè)量出輸出電壓，即可知被測(cè)壓力的大小。圍，便于學(xué)生掌握線圈2線圈2自感式測(cè)微儀的結(jié)構(gòu)如圖4-13所示。它采用差動(dòng)式結(jié)量電路為帶相敏整流電路的交流電橋。測(cè)量桿與銜鐵連接，工件的尺寸變化或微小位移經(jīng)測(cè)量桿帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)，從而改變空氣間隙的厚度，使線圈的電感量發(fā)生相應(yīng)的變化。此時(shí)，其交流阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，電橋失去平衡，輸出一個(gè)幅值與位移成正比、頻率與振蕩器頻率相同、相位與位移方向?qū)?yīng)的調(diào)制信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)度可達(dá)3%,常用于測(cè)量工件的位移、尺寸等，也用于產(chǎn)品的分選解44工件圖4-13自感式測(cè)微儀的結(jié)構(gòu)#知識(shí)傳聲筒#傳統(tǒng)的機(jī)械工具是游標(biāo)卡尺和千分尺，游標(biāo)卡尺的分辨率為0.02mm,千分尺的分辨率為0.01mm。根據(jù)現(xiàn)代化機(jī)械加工要求，測(cè)量工具的分辨率應(yīng)達(dá)到0.01μm。新型的數(shù)字式游標(biāo)卡尺將傳統(tǒng)測(cè)量方法與電感式傳感器相結(jié)合，如圖4-14所示。不測(cè)量時(shí)彈簧使兩測(cè)量頭的接觸間隙為δ。,測(cè)量時(shí)測(cè)量臂張開(kāi)△δ,通過(guò)測(cè)量工作直徑可計(jì)算出工件的尺寸，測(cè)量工作直徑為δ=δ?+△δ。BB2(c)內(nèi)徑測(cè)量頭結(jié)構(gòu)圖4-14新型數(shù)字式游標(biāo)卡尺實(shí)踐題目：測(cè)試自感式差動(dòng)變壓器的性能實(shí)踐目的：(1)了解自感式傳感器的基本結(jié)構(gòu)。(2)掌握自感式傳感器的工作原理。任務(wù)實(shí)施以3-5人為一組進(jìn)行。實(shí)踐內(nèi)容自感式傳感器；自感式傳感器電路板；差動(dòng)放大器板；直流穩(wěn)壓電源；數(shù)字電壓表；位移臺(tái)架。(1)固定好位移臺(tái)架，將自感式傳感器置于位移臺(tái)架上。調(diào)節(jié)測(cè)微器使其指示15mm左右，將測(cè)微器裝入臺(tái)架上部的開(kāi)口處，再將測(cè)微器的測(cè)桿與自感式傳感器的銜鐵旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母，使銜鐵的刻線與自感式傳感器相平，注意要使銜鐵能在傳感通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，評(píng)價(jià)，讓學(xué)生對(duì)通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，評(píng)價(jià)，讓學(xué)生對(duì)長(zhǎng)RP2旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后切換到2V量程擋，旋動(dòng)調(diào)零電位器R2旋鈕使電壓表指示為零。此后調(diào)零電位器R2旋鈕(3)自感式傳感器實(shí)驗(yàn)電路如圖4-15所示，將信號(hào)源的A端接線不變，這樣構(gòu)成自感式差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)電(4)接通電源，調(diào)節(jié)電位器Rp?到較大位置，平衡電位器Rp?測(cè)微器1mm,調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益使輸出電壓的值為300mV左右，再回調(diào)測(cè)微器使輸出電壓為0mV,此時(shí)電壓為系統(tǒng)零位。(5)分別上旋和下旋測(cè)微器，每次0.5mm,上將位移量x和對(duì)應(yīng)的輸出電壓U?記入下表4-1。表4-1數(shù)據(jù)記錄表012【教師】對(duì)任務(wù)安排學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的創(chuàng)新思維結(jié)思政講堂——投身智能制造，涌動(dòng)創(chuàng)新熱潮在計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)迅猛發(fā)展的初期階段，人們忽在計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)迅猛發(fā)展的初期階段，人們忽視了傳感技術(shù)，造成信息技術(shù)“大腦”發(fā)達(dá)，而“五官”遲鈍的窘境。進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著納米材料、微電子機(jī)械系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)的成熟，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛加速傳感技術(shù)布局，確立傳感技術(shù)和產(chǎn)品向感、知、聯(lián)功能一體化的智能系統(tǒng)方向發(fā)展。在國(guó)家政策的支持下，我國(guó)現(xiàn)已初步形成傳感技術(shù)研發(fā)體系，建設(shè)了若干平臺(tái)，有1800多大學(xué)西側(cè)的“零號(hào)灣”全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)集聚區(qū)，是一家專(zhuān)注于工業(yè)智能快檢解決方案的科技創(chuàng)新型企業(yè)，公司以“工業(yè)零部件質(zhì)量的數(shù)據(jù)化和可視化”為使命，以“構(gòu)建工業(yè)儀器物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)”為愿景，自主研發(fā)高端位移傳感器、智能快檢裝備，以及工量?jī)x器物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三大產(chǎn)品系列，為工業(yè)零部件制造企業(yè)提供車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)使用的智能快檢裝備及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為制造企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量護(hù)航，助力制造企業(yè)智叉融合、互相滲透，傳感技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)重要的歷史階段，將有更多的新材料、新技術(shù)、新工藝、新軟件應(yīng)用于無(wú)人駕駛用激光雷達(dá)、組合導(dǎo)航輪速計(jì)，智能手機(jī)用飛行時(shí)間傳感器、組合慣性傳感器，智慧農(nóng)業(yè)用溫濕度傳感器，醫(yī)用檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備、器官芯片、可穿戴傳感器，以及航空航天、深空深海、高鐵、核電用的關(guān)鍵傳感模塊。隨著新一代信息技術(shù)與智能制造工程項(xiàng)目的不斷落地，我國(guó)傳感器市場(chǎng)將會(huì)迎來(lái)快速增長(zhǎng)的爆發(fā)期。的工匠精神固學(xué)生對(duì)傳感器復(fù)習(xí)鞏固學(xué)到的知識(shí)解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。2課時(shí)(90min)(1)掌握差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原(2)掌握差動(dòng)變壓器式傳感器的測(cè)量電路。(4)能夠測(cè)試差動(dòng)變壓器式差動(dòng)變壓器傳感器的性(1)弘揚(yáng)追求突破、追求革新的創(chuàng)新精神。(2)樹(shù)立科技成才、技能報(bào)國(guó)的人生理想。(3)踐行團(tuán)結(jié)協(xié)作、顧全大局的團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重難點(diǎn)電腦、投影儀、多媒體課件、教材、傳感器→課堂小結(jié)(3min)→作業(yè)布置(2min)設(shè)計(jì)意圖趣好壞直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。邊輸出電壓通過(guò)AD598電路檢測(cè)后，最終支點(diǎn)固定螺絲鋼片圖4-16機(jī)械天平及其結(jié)構(gòu)動(dòng)方式講授差動(dòng)變壓器主要由初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、鐵芯、銜鐵構(gòu)成，其中次級(jí)線圈分成極性相反的兩部分，如圖4-17所示。(一次線圈改為初級(jí)線圈，二次線圈改為次級(jí)線圈，鐵心改為銜鐵，加鐵芯的標(biāo)注)(一次線圈改為初級(jí)線圈，二次線圈改為次級(jí)線圈，鐵心改為銜鐵，加鐵芯的標(biāo)注)差動(dòng)變壓器有變間隙型差動(dòng)變壓器、變面積型差動(dòng)變壓器、螺管型差動(dòng)變壓器等類(lèi)型，如圖4-18所示。其中以螺管型差動(dòng)變壓器最常見(jiàn)，以它制成的螺管型差動(dòng)變壓器式傳感器可以測(cè)量1～100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單通過(guò)教師的講學(xué)生了解差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果良好(a)變間隙型差動(dòng)變壓器(刪除多余標(biāo)注)(b)變面積型差動(dòng)變壓器((c)螺旋管型差動(dòng)變壓器2.工作原理以螺管型差動(dòng)變壓器為例，其等效電路如圖4-19所示。理想情況下，不考慮導(dǎo)磁體磁阻及繞組的分布電容，當(dāng)初級(jí)線圈上加載適當(dāng)頻率的電壓時(shí)，輸出電壓u?為式中：u——加載電壓；@——加載電壓的角頻率；Ma——次級(jí)線圈a的互感系數(shù)；R——輸入等效電阻；L——初級(jí)線圈的自感系數(shù)。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，由于兩個(gè)次級(jí)線圈完全對(duì)稱(chēng)，通過(guò)兩偏離中間位置而逐漸減小，則u。=ea-e?>0。PPT+板書(shū)講解，學(xué)生理解掌握芯向左、向右移動(dòng)的位移量相等時(shí)，兩種情況下的輸出電壓大小相等、方向相反(相位差180°)。輸出電壓的大小反映銜鐵的位移量大小，方向反映銜鐵的運(yùn)動(dòng)方向。教師在講授過(guò)程整教學(xué)進(jìn)程差動(dòng)變壓器輸出的是交流電壓，若用交流電壓表