传感器教案中职类.doc

《传感器及应用》
授课班级：
　12电信班
周 课 时：
　 3节正课+1节晚自习
上课时间：
　2013年4月8日开始
备注：申少勇老师上的前５周

第1课时
教学内容：
　2.1 电阻应变式传感器
教学目标：
　熟悉电阻式应变传感器的概念、构成、工作原理。
　掌握电阻式应变传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
一、电阻应变式传感器概述
1.概念：
(1)电阻应变式传感器：利用金属的电阻应变效应制造的一种测量微小变化量（机械）的传感器。
(2)电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻值也将发生变化的现象。
2.构成：
　弹性敏感元件（敏感元件）与电阻应变片（转换元件）构成。
3.基本原理：
　弹性敏感元件在感受被测量时将产生变形，使表面产生应变。而黏结在其表面上的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，使其电阻值也产生相应的变化。这样，将被测量的变化转换成传感器元件电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。
4.类型：
　测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度等传感器。
5.特点：
(1)这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠。
(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测。
(3)灵敏度高，测量速度快，适合静、动态测量。
(4)可以测量各种物理量。
因此在航空航天、机械、化工、交通、建筑、医学、汽车工业等领域有很广的应用。
课堂小结：
　概念　构成　原理　种类　测量电路　应用
课后作业：
　P73　1
教学反思：
学生对概念掌握比较快，能正确正解其特。

第2课时
教学内容：
　2.1 电阻应变式传感器
教学目标：
　熟悉电阻式应变传感器的概念、构成、工作原理。
　掌握电阻式应变传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
二、电阻应变片的种类及材料
1.金属丝式应变片（图２－１）
(1)分回线式（较常用，制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴）和短接式（克服了横向效应）。
(2)常用材料：康铜、镍铬铝合金、铁铬铝合金以及铂、铂乌合金等。
2.金属箔式应变片（图２－２）
(1)原理：在绝缘基底上将厚度0.003~0.01mm电阻箔材，利用照相制版或光刻腐蚀的方法，制成适用于各种需要的形状。
(2)优缺点：
3.金属薄膜应变片
(1)原理：采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘基片上形成厚度在0. 1um以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后加上保护层。
(2)优缺点：
4.半导体应变片
(1)原理：基于半导体材料的电阻率随作用应力而变化的所谓“压阻效应”。
(2)优缺点：
三、测量转换电路
1.原理：采用桥式电路（直流电桥或交流电桥）把应变片的电阻变化转换成电压或电流的变化。大多数情况下采用的是直流电桥电路。
2.单臂半桥：输出电压　电桥电压灵敏度
3.双臂半桥：输出电压　电桥电压灵敏度
4.全桥形式：输出电压　电桥电压灵敏度
课堂小结：
　概念　构成　原理　种类　测量电路　应用
课后作业：
　P73　1
教学反思：
　　对种类的理解较好，对转换电路的掌握不够理想，还需要进一步要求。

第3、４课时
教学内容：
　2.1 电阻应变式传感器
教学目标：
　熟悉电阻式应变传感器的概念、构成、工作原理。
　掌握电阻式应变传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
四、温度补偿
常用补偿块补偿法和桥路自补偿法。

五、电阻应变式传感器的应用
1.力和扭矩传感器

2.压力传感器－组合式压力传感器

3.加速度传感器

课堂小结：
　概念　构成　原理　种类　测量电路　应用
课后作业：
　P73　1
教学反思：
对其应用举例能够理解，多数同学掌握较好。

第５课时
教学内容：
　2.2 热电阻传感器
教学目标：
　熟悉热电阻传感器的概念、类型及特点。
　掌握热电阻传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、热敏电阻
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
一、热电阻传感器
1.概念：
热电阻传感器：利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
2.类型：
(1)金属热电阻传感器（常称为热电阻）
(2)半导体热电阻传感器（常称为热敏电阻）
3.特点：见书
二、热电阻
1.概念：
　热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来测量温度的。
2.热电阻的主要技术性能：
　见书表2-1

课堂小结：
　概念　类型　热敏电阻　应用
课后作业：
　P73　3
教学反思：
　　能掌握基本概念，对特性能正确理解。

第６课时
教学内容：
　2.2 热电阻传感器
教学目标：
　熟悉热电阻传感器的概念、类型及特点。
　掌握热电阻传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、热敏电阻
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
三、热敏电阻
1.按温度系数分：
(1)NTC负温度系数热敏电阻
(2)PTC正温度系数热敏电阻
(3)CTR临界温度系数热敏电阻

2.按结构形式分：体型、薄膜型、厚膜型
3.按工作方式分:直热式、旁热式、延迟电路
4.按工作温度区分:常温区、高温、低温区热敏电阻
5. 根据使用要求封装加工成各种形状的探头，如珠状、片状、杆状、锥状、针状等
课堂小结：
　概念　类型　热敏电阻　应用
课后作业：
　P73　3
教学反思：
　　能掌握基本分类方式，对各自的特点能正确理解。

第７课时
教学内容：
　2.2 热电阻传感器
教学目标：
　熟悉热电阻传感器的概念、类型及特点。
　掌握热电阻传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、热敏电阻
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
四、热电阻传感器的应用
1.金属热电阻传感器：
在工业上广泛应用金属热电阻传感器进行温度测量，用电桥作为测量电路。热电阻传感器还可测量流量。

2.半导体热电阻传感器：
(1)温度测量：

(2)温度补偿：

(3)工业控制：
课堂小结：
　概念　类型　热敏电阻　应用
课后作业：
　P73　3
教学反思：
　　能掌握其应用电路，对各应用电路的原理能够正确分析。

第８、９课时
教学内容：
　2.2 热电阻传感器
教学目标：
　熟悉热电阻传感器的概念、类型及特点。
　掌握热电阻传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、热敏电阻
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
五、实例
数字温度计
数字温度计
1、电路组成：

2、电路目的：数字温度计通电后，LED数码显示器能准确地显示出由PT100测量的环境温度值，用发热器件对PT100加热：指示灯D5点亮时，测量温度大于40℃时，电路开始告警；指示灯D4点亮时，测量温度大于50℃时，电路开始告警；指示灯D3点亮时，测量温度大于60℃时，电路开始告警。
3、PT100铂热电阻：是一种以铂金(Pt)做成的电阻式温度检测器，其具有稳定性好、测量精度高、输出T-R线性度都好等优点，PT100属于正电阻系数热电阻，电阻和温度变化的关系式如下：

温度℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
电阻值（Ω）
0
100.00
100.39
100.78
101.17
101.56
101.95
102.23
102.73
106.12
103.51
10
103.90
104.29
104.68
105.07
105.46
105.85
106.24
106.63
107.02
107.40
20
107.79
108.18
108.57
108.96
109.35
109.73
110.12
110.51
110.90
111.29
30
111.67
112.06
112.45
112.83
113.22
113.61
114.00
114.38
114.77
115.15
40
115.54
115.93
116.31
116.70
117.08
117.47
117.86
118.24
118.63
119.01
50
119.40
119.78
120.17
120.55
120.94
121.32
121.71
122.09
122.47
122.86
60
123.24
123.63
124.01
124.39
124.78
125.16
125.54
125.93
126.31
126.69
70
127.08
127.46
127.84
128.22
128.61
128.99
129.37
129.75
130.13
130.52
80
130.90
131.28
131.66
132.04
132.42
132.08
133.18
133.57
133.95
134.33
90
134.71
135.09
135.47
135.85
136.23
136.61
136.99
137.37
137.75
138.13
100
138.51
138.88
139.26
139.64
140.02
140.40
141.78
141.16
141.54
141.91
110
142.29
142.67
143.05
143.43
143.80
144.18
144.56
144.94
145.31
145.69
120
146.07
146.44
146.82
147.20
147.57
147.95
148.33
148.70
149.08
149.46
130
149.83
150.21
150.58
150.96
151.33
151.71
152.08
152.46
152.83
153.21
140
153.58
153.96
154.33
154.71
155.08
155.46
155.83
156.20
156.58
156.95
150
157.33
157.70
158.07
158.45
158.82
159.19
159.56
159.94
160.31
160.68
160
161.05
161.43
161.80
162.17
162.54
162.91
163.29
163.66
164.03
164.40
170
164.77
165.14
165.51
165.89
166.26
166.63
167.00
167.37
167.74
168.11
180
168.48
168.85
169.22
169.59
169.96
170.33
170.70
171.07
171.43
171.08
190
172.17
172.54
172.91
173.28
173.65
174.02
174.38
174.75
175.12
175.49

４、调试方法
电源电路：整机电路供电采用±5V供电，从COM1接入的DC±12V电源，经过电路板上的78L05和79L05稳压为±5V 。
温度检测电路：JP2为PT100连接跳线，JP1为RP4连接跳线，在电路调试过程中，根据实际要求连接或断开跳线。温度检测电路主要由：并联稳压电路、电桥和差分放大器组成，调节RP1使TP-C点电压为4.069V。断开JP2，将RP4的电阻值调节到100欧姆，模仿PT100在0℃下的电阻值，用于电路调零，断开JP2、连接JP1此时U7的7脚输出电压应该为0V。
放大电路调试：上一项调试完毕后方可进行此项调试，断开JP1调节RP4使其两端电阻为138.56Ω(模拟温度在100℃时PT100 的电阻值)，断开JP2、连接JP1，通过调节RP6（又可称为满刻度调节）改变由U7A组成的同相比例放大电路的放大系数。使用毫伏表测量TP-A点的电压，调节RP6使TP-A点电压等于1.000V。当TP-A点的电压调整正常后，此时TP-A点的电压与温度关系为10mV/℃。
V/F变换及显示电路调试：测量TP-E点是否有2Hz的方波脉冲，若有表示门控电路正常。V/F变换电路由U1/R5/C13/R2/R34/R32/RP3/R6/RP2等元件组成，RP2为量程调节电位器，RP3为零点迁移电位器。根据上一级调试方法，使TP-A点的电压为0.999V,此时调节RP2使，LED数码管的显示值为99.9。PT100采集的温度信号经过前级的检测放大电路后，已被转换为标准的电压信号10mV/℃，此时给V/F送入0.999V的电压它显示的是99.9℃，说明温度已能正常显示，此时连接JP2，断开JP1，此时LED显示器的值为实际测量的温度值。
基准电压发生电路：基准电压发生电路由U10等外围器件组成，CD4017为十进制计数器，它的Q3输出端连接到RST，当计数器计数到Q3后自动复位，由于我们的超限报警温度是40/50/60℃，那么我们需要产生的基准电压是400mV/500mV/600mV。按下S1键，使指示灯D5点亮，此时调节RP5使R37的端电压为400mV;再按下S1键，使指示灯D4点亮，此时调节RP7使R37的端电压为500mV；再次按下S1键，使指示灯D3点亮，此时调节RP8使R37的端电压为600mV。R37上的电压经过U8A组成的射极跟随器，送入到电压比较电路。
超温报警电路：超温报警电路由U8B/R46/R18/R17/Q5/F1/D2组成，TP-B点为基准电压，当TP-A点的电压大于TP-B点的电压时，U8B输出高电平D2点亮F1发出报警声。
５、整机功能验证
断开JP1点，接通JP2点，将PT100热电阻接入系统中，接入电路工作电源，此时LED数码管显示实时测量温度值，使用发热元件（如电烙铁或热风枪等）烘烤温度传感器，实时测量温度开始上升，当测量温度大于设定温度时，超限报警启动。当测量温度超出系统最大测量温度99.9℃时，超限指示灯D1闪烁。

课堂小结：
　概念　类型　热敏电阻　应用
课后作业：
　P73　3
教学反思：
　能够掌握数字温度计的结构，基本能分析其工作原理。

第１０课时
教学内容：
　2.3 热电偶传感器
教学目标：
　熟悉热电偶传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电偶传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
一、热电偶传感器概念及工作原理
1.概念：
热电偶传感器：将温度转换成电动势的一种测温传感器。
2.工作原理：
(1)热电势效应：将两种不同材料的导体构成一闭合回路，若两个接点处温度不同，则回路中会产生电动势，从而形成电流，这个物理现象称为热电势效应，简称热电效应。

(2)热电偶回路的
主要性质：
　中间导体定律：
　标准电极定律：

课堂小结：
　概念　特点　原理　应用
课后作业：
　１什么是热电偶传感器、热电热效应？
　２热电偶的结构有哪几部分？
　３热电偶自由端温度的补偿有哪几种？
课后反思：
学生基本能理解其概念，能够知道其工作原理及其主要性质。

第１１、１２课时
教学内容：
　2.3 热电偶传感器
教学目标：
　熟悉热电偶传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电偶传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
二、热电偶的结构和种类
1.热电偶的结构：

(1)热电极（定名、直径、长度）
(2)绝缘套管（绝缘子）（作用）
(3)保护套管（作用）
(4)接线盒（作用）
2.热电偶的种类：

(1)标准化与非标准化热电偶
(2)普通型热电偶

(3)恺装热电偶

(4)薄膜型热电偶
课堂小结：
　概念　特点　原理　应用
课后作业：
　１什么是热电偶传感器、热电热效应？
　２热电偶的结构有哪几部分？
　３热电偶自由端温度的补偿有哪几种？
课后反思：
　　对结构的掌握较好　，能知道各部分的作用。

第１３课时
教学内容：
　2.3 热电偶传感器
教学目标：
　熟悉热电偶传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电偶传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
三、热电偶自由端温度的补偿
　　热电偶在测温过程中，为了保证输出热电动势仅与被测温度有关，必须保持自由端(冷端)的温度恒定。
1.仪表调零修正法
　　当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的自由端温度基本恒定，对测量精度要求又不高时，可将仪表的机械零点调至热电偶自由端温度的位置上。（切断电源与输入信号再进行）
2.自由端温度自动补偿
　　最常用电桥补偿法。它是利用直流电桥的不平衡电压来补偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电动势变化值。
用于电桥补偿法的装置称为热电偶冷端补偿器。

2.自由端温度自动补偿　　
3.延引电极法
　　采用在一定温度范围内（０~100度）与工作热电偶的热电特性相近的材料制成的导线，将热电偶的自由端延长至所需要的地方，这种方法称延引电极法，或称补偿导线法，其导线称补偿导线。
使用补偿导线仅起延长热电偶的作用，不起任何温度补偿作用，将其称为“补偿导线”是名不副实的习惯用语。
课堂小结：
　概念　特点　原理　应用
课后作业：
　１什么是热电偶传感器、热电热效应？
　２热电偶的结构有哪几部分？
　３热电偶自由端温度的补偿有哪几种？
课后反思：
　　基本能掌握其补偿原理，能分析其电路工作过程。

第１４课时
教学内容：
　2.3 热电偶传感器
教学目标：
　熟悉热电偶传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电偶传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
四、热电偶的应用
1.热电偶的测温线路
两支同型号的热电偶正向串联测温度之和、反向串联测温度之差。

2.热电偶热电动势的测量
课堂小结：
　概念　特点　原理　应用
课后作业：
　１什么是热电偶传感器、热电热效应？
　２热电偶的结构有哪几部分？
　３热电偶自由端温度的补偿有哪几种？
教学反思：
对测量温度差较容易理解，电路较熟悉，但测量电动势就不太熟悉了，还需要对电路原理的分析多讲解方式方法。

第1５、１６课时
教学内容：
　复习、半期复习测试题
教学目标：
　复习前面章节内容，准备半期考试
教学过程：
　半期复习测试题
2013年上期《传感器》半期复习测试
（供12级电信班）
一、填空（３０分）
１、传感器的静态特性是指对＿＿＿＿＿＿＿的输入信号，传感器的＿＿＿＿＿＿＿＿与＿＿＿＿＿＿＿＿之间所具有的相互关系。而动态特性是指传感器在＿＿＿＿＿＿＿＿变化时，它的输出的特性。
２、传感器测量上限和测量下限所构成的区间称为＿＿＿＿＿＿＿，其量程则为＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿的代数差。
３、灵敏度是指传感器在稳态工作情况下＿＿＿＿变化对　　　＿变化的比值。
４、分辨力是指传感器可能感受到的被测量的＿＿＿＿变化能力。
５、传感器的精度等级数值越小，则说明精度等级越高，测量越＿＿＿＿。
６、传感器的误差是指传感器的＿＿＿＿＿＿与＿＿＿＿＿＿＿＿之间的差值，即测量误差＝＿＿＿＿＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿。
７、误差按表示方法分为＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。
８、按误差出现的规律可以分为＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。其中由于测量方法不妥、各种随机因素的影响以及人员粗心所造成的是＿＿＿＿＿＿＿＿。
９、通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿几部分组成。
１０、电阻应变式传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿构成，其中＿＿＿＿＿＿＿＿的作用是传感器中的敏感元件、＿＿＿＿＿＿＿＿的作用是传感器中的转换元件。
１１、热电阻按其性质不同可分＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿两大类。
二、选择（１４分）
１、下列哪种不是热敏电阻　＿＿＿＿
Ａ　ＮＴＣ　　　　　　Ｂ　ＣＲＴ
Ｃ　ＰＴＣ　　　　　　Ｄ　ＣＴＲ
２、下列哪种电桥形式的灵敏度最高，又是最常用的一种形式　＿＿＿＿
Ａ　单臂半桥形式　　　Ｂ　双臂半桥形式
Ｃ　全桥形式　　　　　Ｄ　全桥整流电路
３、不是电阻应变式传感器的应用是　＿＿＿＿
Ａ　力和扭矩传感器　　Ｂ　压力传感器
Ｃ　加速度传感器　　　Ｄ　金属热电阻传感器
４、下列哪种传感器是将温度变化转换成电动势变化的　＿＿＿＿
Ａ　热电偶传感器　　　Ｂ　电阻应变式传感器
Ｃ　热电阻传感器　　　Ｄ　电涡流式传感器
５、下列哪种传感器是将机械力变化转换成电阻变化的　＿＿＿＿
Ａ　热电偶传感器　　　Ｂ　电阻应变式传感器
Ｃ　热电阻传感器　　　Ｄ　电涡流式传感器
６、下列哪种传感器是将温度变化转换成电阻变化的　＿＿＿＿
Ａ　热电偶传感器　　　Ｂ　电阻应变式传感器
Ｃ　热电阻传感器　　　Ｄ　电涡流式传感器
７、下列不能对热电偶自由端温度进行补偿的方法是　＿＿＿＿
Ａ　补偿块补偿法　　　Ｂ　电桥补偿法
Ｃ　仪表调零修正法　　Ｄ 延引电极法
三、名词解释（１６分）
１、传感器

２、电阻应变式传感器

３、热电阻传感器

４、热电偶传感器

四、简答（４０分）
１、传感器可以按哪几方式进行分类？（１２分）

２、电阻应变片的种类有哪几种？（８分）

３、半导体热是电阻传感器常见应用有哪些？（６分）

４、热电偶的结构有哪几部分？其作用分别是什么？（１４分）

第１７课时
教学内容：
　2.4 电涡流式传感器
教学目标：
　熟悉热电涡流传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电涡流传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
一、电涡流式传感器概念及工作原理
1.概念：
电涡流式传感器：利用电涡流效应实现非接触测量。
2.工作原理：
(1)电涡流效应：
金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有感应电流产生，这种电流在金属体内自行闭合，通常称为电涡流。
(2)电涡流传感器：
电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化。

3.理解：
(1)电流磁效应：
通电导体周围会产生磁场。安培定则（右手螺旋定则）
(2)电磁感应现象：
只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会有感应电流产生（感应电动势）。
(3)楞次定律：
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化。
(4)电涡流传感器原理：
凡是能引起涡流变化的非电量，例如电导率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过测量线圈的等效电阻、等效电感、行将阻抗来获得。

课堂小结：
　概念　原理
课后作业：
　１电涡流式传感器的工作原理是什么？
教学反思：
基本搞清楚工作原理，知道电磁感应现象，电涡流现象，还有部分学生对电磁不感兴趣，也不懂这些原理，还需要进一步讲解。

第１８课时
教学内容：
　2.4 电涡流式传感器
教学目标：
　熟悉热电涡流传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电涡流传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
二、电涡流式传感器结构与测量转换电路
1.结构：
线圈、线圈框架、壳体、输出电缆、接插件、瓷罩
（其中注意选用四点要求）

2.测量转换电路：
有电桥法、调幅法、调频法（调频法工作原理）

课堂小结：
结构　转换电路
课后作业：
　１电涡流传感器的结构由哪几部分组成？
　２电涡流传感器的转换电路的测量方法？
教学反思：
　　对电涡流传感器的结构掌握较好，只是没有实物给学生看，不是很直观，有条件最好能买些传感器，对测量转换电路只要求了解就是了。

第１９课时
教学内容：
　2.4 电涡流式传感器
教学目标：
　熟悉热电涡流传感器的概念、特点、工作原理。
　掌握热电涡流传感器的基本用途和应用。
教学重、难点：
　传感器的应用、工作原理
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
三、电涡流式传感器的应用
1.位移测量：
测量轴的轴向振动
测量磨床换向阀、先导阀的轴位移
测量金属试件的热膨胀系数

2.振幅测量：
测量旋转轴的径向振动
测量汽轮机涡轮叶片的振幅
测量轴的振动形状

3.转速测量：
带有凹槽的转轴
带有凸槽的转轴

4.电涡流探伤
利用电涡流式传感器可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹以及焊接处的缺陷等。
课堂小结：
应用
课后作业：
　１电涡流传感器的主要应用有哪几方面？
教学反思：
　　仔细分析了电涡流传感器的各种应用，对原理图进行了讲解，讲起很空洞，没有实物讲得直观，部分学生能够理解并掌握。

第２０课时
教学内容：
　2. 5电容式传感器
教学目标：
　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。
　掌握电容传感器的结构及转换电路。
　知道电容传感器的主要应用。
教学重、难点：
　传感器的结构、工作原理、主要应用
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
一、概念及特点
１、概念：电容式传感器是一种能将被测非电量转换成电容量变化，然后再经转换电路转换成电压、电流或频率等信号输出的测量装置。
２、特点：
(1)高阻抗，小功率，仅需很低的输入能量。
(2)可获得较大的变化量，从而具有较高的信噪比和系统稳定性。
(3)动态响应快，工作频率可达几兆赫，可非接触测量，被测物是导体或非导体均可。
(4)结构简单，适应性强，可在高低温、强辐射等恶劣的环境下工作。因此它在非电量测量和自动检测中得到广泛应用，可测量月功、位移、振动、角度、加速度、液位、湿度、成分含量等参数。
二、 工作原理
电容式传感器的基本原理如图2-30所示，它是由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为:

式中Ｃ为电容极板间介质的介电常数，ε０为真空介电常数，εr为极板间介质相对介电常数;
A 一平行板所覆盖的面积;
d 一两平行板之间的距离。

当被测参数变化使得上式中的A ,d或ε发生变化时，电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种类型。
课堂小结：
　概念　原理
课后作业：
　１电容传感器的概念及工作原理是什么？
教学反思：
基本掌握电容式传感器的概念及特点，能正确分析传感器的工作原理。

第２１课时
教学内容：
　2. 5电容式传感器
教学目标：
　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。
　掌握电容传感器的结构及转换电路。
　知道电容传感器的主要应用。
教学重、难点：
　传感器的结构、工作原理、主要应用
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
三、测量转换电路
电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小，这样微小的电容量还不能直接为目前的显示仪表所显示，也很难为记录仪所接受，不便于传输。这就必须借助于测量电路检出这一微小电容增量，并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。电容转换电路有电桥电路(调幅电路)、调频电路、运算放大器式电路、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。以下以电桥电路为例介绍其转换原理。
主要用：电桥电路(调幅电路)

电容电桥的主要特点有:
１、电桥输出调幅波，其幅值与被测量成比例，因此电桥电路又称为调幅电路;
２、输出电压与电源电压成比例，因此要求电源采用稳幅、稳频等措施;
３、传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性将增大。在要求精度高的场合(如飞机用油量表)应采用自动平衡电桥;
４、输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧)，输出电压低，必须后接高输入阻抗、高放大倍数的处理电路。

课堂小结：
结构　转换电路
课后作业：
　１电容式传感器的测量转换电路及特点？
教学反思：
　　了解电容传感器的结构，对转换电路掌握较好，能分析其工作原理。并能理解电桥电路的特点。

第２２课时
教学内容：
　2. 5电容式传感器
教学目标：
　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。
　掌握电容传感器的结构及转换电路。
　知道电容传感器的主要应用。
教学重、难点：
　传感器的结构、工作原理、主要应用
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
四、电容式传感器的应用
　电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。
　变极距型的适用于较小位移的测量，量程在0. 0l m至数百微米、精度可达0. O1 m、分辨率可达0. 001 m。变面积型的能测量较大的位移，量程为零点几毫米至数百毫米之间、线性优于0. 5 %、分辨率为0. O1-0. 001 m。
1.电容式差压传感器
这种传感器结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms )、能测微小压差(0 ~ 0. 75 Pa )。

2.电容式测厚传感器
在被测带材的上、下两侧各置一块面积相等、与带材距离相等的极板，这样，极板与带材就构成了两个独立电容器。

3.电容式力和压力传感器

课堂小结：
　　应用
课后作业：
　１电容式传感器的主要应用有哪几方面？
教学反思：
　　熟悉三种电容传感器的应用原理，及了解各种应用的特点及结构、电路原理。

第２３、２４课时
教学内容：
　2.6 电感式传感器
教学目标：
　熟悉电感式传感器（自感和互感式）的概念及工作原理。
　掌握电感式传感器（自感和互感式）的结构及转换电路。
　知道电感式传感器（自感和互感式）的主要应用。
教学重、难点：
　传感器的结构、工作原理、主要应用
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
１、电感式传感器概念
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的一种传感器。由铁芯和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。自感式传感器实质上是一个带气隙的铁芯线圈。按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种;按组成方式分，有单一式与差动式两种。
２、自感式传感器的结构及工作原理
自感式电感传感器的基本结构如图2-37所示，主要由线圈、铁芯和衔铁以及测杆组成。

自感式传感器主要用于测量位移量或者是易于转换成位移量的被测量。工作时衔铁通过测杆与被测物体接触，被测物体位移将带动可动衔铁移动，从而导致线圈电感量发生变化。当线圈接入测量转换电路后，电感量的变化将转换成电压、电流或频率的变化，从而完成非电量到电量的转换。
３、自感式电感器的种类
自感式电感传感器按原理可分为变气隙型、变截面型和螺线管型三种基本类型。
(1)变气隙型传感器，若A为常数，则L与气隙反比。故输入输出是非线性关系。
(2)变截面型传感器由公式可知传感器工作时，若气隙间距s保持不变，则线圈电感量L与截面积A成正比，输入与输出是一种线性关系，灵敏度是一常数。为提高灵敏度，常将s做得很小。这种类型的传感器由于结构的限制，量程一般也不大，故在实际应用中并不多。
(3)螺线管型电感式传感器螺线管型电感式传感器由一只螺管线圈和一根柱形衔铁组成。当被测量引起衔铁移动时，会引起衔铁在线圈中的长度变化，从而引起螺管线圈的电感量的变化。机械强度、导电率以及热电偶的用途和测量范围等因素决定。热电偶长度由使用情况、安装条件，特别是工作端在被测介质中的插入深度来决定。
电感式传感器在实际使用中，通常采用两个相同的传感器线圈共用一个衔铁，构成差动电感传感器。结构如图2-38所示。

４、自感式传感器的测量电路
(1)交流电桥交流电桥是电感式传感器的最常用的测量电路，它将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。自感式传感器常用的交流电桥有以下两种。
(2)谐振电路谐振电路如图2-40(a)所示。图中Z为传感器线圈，E为激励电源。设图2-40(b)中曲线1为图2-40(a)回路的谐振曲线。若激励源的频率为f，当传感器线圈电感量变化时，谐振曲线将左右移动，于是输出电压的幅值就发生相应变化。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，常与单线圈自感传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。

(3 )恒流源电路这种电路与大位移(螺管式)自感传感器配用，见图2-41。

课堂小结：
　电感式传感器（自感式）的概念、原理、种类、转换电路
课后作业：
　１电感式传感器（自感式）的工作原理是什么？
　２电感式传感器（自感式）的结构由哪几部分组成？
　３电感式传感器（自感式）的转换电路的测量方法？
教学反思：
　　基本掌握自感式传感器的概念，原理，转换电路，能正确分析电路。

第２５课时
教学内容：
　2.6 电感式传感器
教学目标：
　熟悉电感式传感器（自感和互感式）的概念及工作原理。
　掌握电感式传感器（自感和互感式）的结构及转换电路。
　知道电感式传感器（自感和互感式）的主要应用。
教学重、难点：
　传感器的结构、工作原理、主要应用
教学方法：
　讲授、多媒体、图表
教学过程：
５、互感式传感器工作原理
互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。其原理类似于变压器。互感式传感器的初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，因此又称为差动变压器。差动变压器和自感传感器一样，也有变气隙式、变面积式和螺管式三种类型，目前应用最广泛的是螺管式差动变压器传感器。如图2-42所示。

６、互感式传感器测量电路
由上述的分析可知，差动变压器的输出电压