传感器技术教案

教案首页授课班级课题序号授课课时14授课形式讲授授课章节名称第一章绪论第一节传感器应用电路模型使用教具多媒体课件1.掌握传感器的定义2.了解传感器的结构作用和特点3.认识传感器应用电路一般结构4.掌握传感器选择的一般原则教学目的教学重点教学难点传感器的结构作用和特点应用电路一般结构更新、补充、删节内容无课外作业复习本节内容、预习下节相关知识内容教学后记授课主要内容或板书设计第一章绪论第一节传感器应用电路结构模型一、传感器的定义传感器：利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。二、传感器的结构作用和特点三、传感器应用电路结构主要包括：微处理器、传感器、键盘电路、显示器、执行电路、提示器。四、传感器选择的一般原则1、量程大小2、被测位置对传感器体积的要求3、测量方式为接触式还是非接触式4、信号的引出方法，有线或者是非接触测量5、传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承受，或者是自行研发。课堂教学安排教学过程主要教学内容及步骤引入新课在日常生活中经常会使用到电视遥控器、手机、电脑等电子产品，那么遥控器是怎样遥控电视、手机是怎么记录运动步数、电脑内部是怎样实现对CPU等器件的温度检测呢？教学过程一、传感器的定义传感器：利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。二、传感器的作用和应用领域1.通过把计算机比作人的大脑，把传感器比作人的感觉器官，执行器比作人的四肢，就可以制造出工业机器人。2.用途：信息收集、信息数据的交换、控制信息采集的功能3.传感器的应用范围：（1）在制造业中（2）在汽车中（3）在智能楼宇中（4）在家用电器中（5）在安全防范中（6）在机器人中（7）在人体医学上（8）在环境保护中（9）在航空航天中（10）在遥感技术中（11）在军事上的应用三、传感器在国民经济中的地位传感器在现代科学技术、农业及工业自动化的发展起到基础和支柱作用，在世界各国也成为一种重要产业。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。四、传感器的组成常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件：能直接感受被测量的部分。转换元件：将收到的非电量转换成电量的器件。转换电路：将无源型传感器输出的电参数量转换成电能量。五、传感器的分类1、按输入量分物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。2、按物换原理分结构型、物性型、复合型。3、按输出信号形式分开关式、模拟式、数字式。4、按输入和输出特性分线性、非线性。5、按转能量转换的方式分有源型、无源型。六、传感器应用电路传感器应用电路是以微处理器为核心，以传感器、键盘电路为输入，显示器、执行电路、提示器为输出的结构。七、传感器选择的一般性原则（1）量程大小（2）被测量位置对传感器体积的要求（3）测量方式为接触式还是非接触式（4）信号的引出方法，有线或者是非接触式测量（5）传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承受。对传感器数量和量程的选择：传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。传感器应用电路实训任务建议职业学校电工电子类专业的教学与实训应该以产品为依托进行。用制作传感器电路产品作为工作任务学习传感器也完全符合教学及实训的世纪，在这里使用电子产品单元电路进行实训学习，是的传感器知识能够在“做中学、做中教”，但是要注意解决以下问题：（1）要认真阅读传感器电路产品的相关电路（2）要深入学习传感器知识，必须从传感器的结构、工作作用、性能特点、参数和检测方法等内容进行学习。（3）在制作电子产品单元电路时要小心爱护传感器和微处理器，防止实验过程中损坏器件。（4）传感器种类繁多，其相应的输出形式也是多种多样。实际中需要看情况增加放大电路及滤波电路等。总结：传感器定义、结构作用及特点、应用电路、实训建议教案首页授课班级课题序号授课课时24授课形式讲授授课章节名称电阻式温度传感器使用教具多媒体课件1、学会使用温度传感器测量温度2、熟悉温度的控制电路和了解电路的工作过程3、了解温度传感器的种类和特性教学目的4、掌握检测部分温度传感器的方法。教学重点教学难点完成温度传感器电路的安装与调试。电阻式温度传感器更新、补充、删节内容无课外作业复习本节内容、预习下节相关知识内容教学后记授课主要内容或板书设计电阻式温度传感器一、进行温度测量的必要性二、温度传感器的定义三、温度传感器有哪些部分组成四、任务完成的条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。五、相关应用案例1.铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路2.正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用3.负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用引入新课温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。教学过程一、温度传感器的定义温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。二、温度传感器的组成温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。温度传感器也称为热-电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。三、任务条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。电阻式温度传感器电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性实现测量温度。一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。电阻式温度传感器按接触方式分类温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。五、应用案例（1）铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路由铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路。该电路测量误差小于0.15%，适用于工业精密温度测量和控制的场合。电路图如下图。安装电路注意事项：（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，特别掌握好RP1、RP2和RP3的调整；（3）特别检查铂电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确实现的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路采用三只高精度的运算放大器IC1~3OP-07，IC4ICL7170CPL是一块A/D模数转换集成电路，IC5TL431是一块精密基准电压集成电路。温度传感器是一种分度为Pt100的铂电阻。它具有很宽的测温范围，可以在－200~＋850℃的温区内测量，并有极好的稳定性。电路工作过程IC1及其外围元件构成了温度检测置换电路；IC2及其外围元件构成了放大电路；IC3、VT1及其元件构成了比较和驱动控制电路；RP3用于设定温度值；SA1设定和测量切换开关；IC4及其外围元件构成了A/D置换、非线性校正、温度显示电路；RP2为线性补偿可调电位器。（2）正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用正温度系数热敏电阻广泛应用在防止电路电流突然浪涌过大做成损坏，如在电力线路设备、铁路系统设备及电话线路设备等都使用正温度系数热敏电阻加以保护。电路图如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查正温度系数热敏电阻PTC传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻PTC、消磁电阻、继电器JK电路组成。电路主要是给彩色电视机CRT显像管在电视机开机时进行消磁。电路工作过程正温度系数热敏电阻PTC在消磁电路中与消磁线圈串接，消磁线圈一般安装在显示器的四周，由继电器电路控制消磁电路的工作。在继电器JK吸合的瞬间，由于热敏电阻（在电路中消磁电阻）阻值很小，故起始电流很大，产生很大的交变电流，也就产生很强的交变磁场，但热敏电阻很快由于电流通过而温度升高，电阻值逐渐增大而使交变电流减小，消磁线圈产生的交变磁场呈周期性的衰减，从而达到对显示器消磁的目的。消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电流通过，所产生的微弱交变磁场会对图像产生影响，而且消磁电阻长期通电发热也容易发热损坏。因此如电路图所示，采用双刀双掷开关继电器对消磁电路进行控制，只要消磁完毕后，继电器释放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生的交变磁场影响图像了。（3）负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻传感器常用于温度控制。热敏电阻RT是属于负温度系数热敏电阻。电路图如下图：安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，运算放大器IC1可用相同功能集成块代换；（3）特别检查负温度系数（NTC）热敏电阻R