《传感器技术及应用》课程教案.docx

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1、传感器技术及应用课程教案课题：绪论课时安排：2课次编号：1教材分析难点：检测系统的框图重点：检测系统的组成教学目的和要求1、了解工业检测的定义和内容；2、掌握检测系统的框图的绘制；采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：光电检测仪各教学环节和内容检测的定义：检测（DeteCtion）是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。自动检测技术：能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测技术。二、工业检测技术的内容工业检测技术的内容较广泛，常见的工业检测涉及的内容如表0-1所示。表01工业检测涉及的

2、内容被测量类型被测量被测量类型被测量热工量温度、热量、比热容、热流、热分布、压力（压强）、压差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面物体的性质和成分量气体、液体、固体的化学成分、浓度、粘度、湿度、密度、酸碱度、浊度、透明度、颜色机械量直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应力、应变、力矩、振动、噪声、质量（重量）状态量工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）几何量长度、厚度、角度、直径、间距、形状、平行度、同轴度、粗糙度、硬度、材料缺陷电工量电压、电流、功率、电阻、阻抗、频率、脉宽、相位、波形、频谱、磁场强度、电场强度、材料的磁性能本课介绍

3、可三、W（1）将几个方施科技论文4对具伊三电量的检测。动检测系统的组成系统框图：将系统中的主要功能或电路的名称画在方框内，按信号的流程，E用箭头联系起来，有时还可以在箭头上方标出信号的名称。在产品说明书、利用框图可以较简明、清晰地说明系统的构成及工作原理。由勺检测系统或传感器而言，必须将框图中的各项内容赋以具体的内容。显示器f=.71rlUQcF.:f仃.总派硫TAIILTIIT-执行机构I图0-1自动检测系统原理框图通过PPT,介绍方框图的画法：1.洗衣机；2.家用或中央空调；3.电饭煲；4.电冰箱5.电视机的框图举例。（2）传感器（TranSdUCer）指一个能将被测的非电量变换成电量的器

4、件（演示教具，发散性课堂讨论）。（3）信号调理电路信号调理电路包括放大（或衰减）电路、滤波电路、隔离电路等。其中的放大电路的作用是把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输能力的电压、电流或频率信号等，以推动后级的显示器、数据处理装置及执行机构。（4）显示器目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等。模拟量是指连续变化量。模拟显示是利用指针对标尺的相对位置来表示读数的,常见的有亳伏表、微安表、模拟光柱等。数字显示目前多采用发光二极管（LED）和液晶（LCD）等，以数字的形式来显示读数。前者亮度高、耐震动、可适应较宽的温度范围；后者耗电省、集成度高。目前还研制出了带背光板的LC

5、D,便于在夜间观看LCD的内容。图像显示是用CRT或点阵LCD来显示读数或被测参数的变化曲线、图表或彩色图等形式来反映整个生产线上的多组数据。记录仪主要用来记录被检测对象的动态变化过程，常用的记录仪有笔式记录仪、高速打印机、绘图仪、数字存储示波器、磁带记录仪、无纸记录仪等。（5）数据处理装置数据处理装置用来对测试所得的实验数据进行处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结果作频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）、相关分析等，完成这些工作必须采用计算机技术。（6）执行机构所谓执行机构通常是指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器

6、设备。许多检测系统能输出与被测量有关的电流或电压信号，作为自动控制系统的控制信号,去驱动这些执行机构。四、科技资料的搜索方法解释：网页搜索界面，百度的“文档搜索”的步骤If“更多”一“所有”一“关键词”，“谷歌”的网页搜索，“知道搜索”，“学术搜索”步骤。课外学习指导安排每周四下午7、8节进行答疑补充课外作业上网查阅有关资料，按学生“序号”分组，简要写出以下电器的工作原理（约300字左右即可），并简要画出其结构及原理框图。1.洗衣机；2.家用或中央空调；3.电饭煲；4.电冰箱；检测教学目标实现程度考察学生能否掌握上网搜索科技文献资料的能力，了解一个特定对象的工作原理和结构、框图等。项目一检测与

7、传感技术基础课题：检测与传感技术基础课时安排：2课次编号：2教材分析难点：测量结果的数据统计处理重点：传感器的特性教学目的和要求1、了解测量方法的分类；2、掌握测量误差和数据处理；3、稳定性及其纠正采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析教具：数字仪表、弹簧管压力传感器测量方法分类可分为静态测量和动态测量、直接测量和间接测量、模拟式测量和数字式测量、接触式测量和非接触式测量、在线测量和离线测量。根据测量的具体手段来分，又可分为偏位式测量、零位式测量和微差式测量测量误差及数据处理介绍：真值/0、绝对误差：J=Ar-A0(1-1)(1)示值(标称)相对误差及.z=A1OO%(1-3)A(2)引

8、用误差加m=100%(1-4)A11式(1-4)中，当/取仪表的最大绝对误差值4n时，引用误差常被用来确定仪表的准确度(DegreeOfACCUraCy)等级S,即5=Al1OO(1-5)4我国的模拟仪表有下列七种等级，准确度等级的数值越小，仪表的就越昂贵。表1-1仪表的准确度等级和基本误差准确度等级0.10.20.51.01.52.55.0基本误差0.1%0.2%0.5%1.0%+1.5%2.5%5.0%仪表的准确度与“精度”举例，在正常情况下，用0.5级、量程为100C温度表来测量温度时，可能产生的最大绝对误差为：m=(0.5%)XAm=(0.5%100)oC=0.5oC例1-1某压力表准

9、确度为2.5级，量程为。1.5MPa,求：1)可能出现的最大满度相对误差加。2)可能出现的最大绝对误差4为多少kPa?3)测量结果显示为0.70MPal,可能出现的最大示值相对误差公。解1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等级直接得到，即*=2.5%o3）z=100%=0-373100%=5.36%Xa.0.702）Im=加XAm=2.5%X1.5MPa=0.0375MPa=37.5kPa3）九二4LXloO%=土”还X100%=5.36%X40.70由上例可知，人的绝对值总是大于（在满度时等于）加例1-2现有准确度为0.5级的。300的和准确度为1.0级的。I（XrC的两个温度计，要测

10、量80的温度，试问采用哪一个温度计好？解计算用0.5级表以及1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差分别为土1.88%和1.25%。计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差的绝对值反而小，所以更合适。由上例得到的结论：在选用仪表时应兼顾准确度等级和量程，通常希望示值落在仪表满度值的2/3以上。（二）测量误差的分类（1）粗大误差：明显偏离真值的误差称为粗大误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。（2）系统误差：凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正,也可以重新调整测量仪表的有关部件使系统误差尽量减小

11、。（3）随机误差：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差.随机误差反映了测量值离散性的大小。引起随机误差的因素称为随机效应。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。存在有随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，多数随机误差都服从正态分布规律。就误差的整体而言，服从一定的统计规律。因此可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的一些方法，可以掌握看似亳无规律的随机误差的分布特性，并进行测量结果的数据统计处理。（课堂上，以下面的例题代替繁杂的计算）。例.用核辐射式测厚

12、仪对钢板的厚度进行6次等精度测量，所得数据如下表（单位为mm）,请指出哪几个数值为粗大误差？在剔除粗大误差后，用算术平均值无公式求出钢板厚度。表1钢板测量结果的数据列表nx/mm18.0428.0237.9645.9959.3367.98-二ly=M+.+,+.占，11（三）测量系统静态误差的合成“环节”、“误差合成”：由个环节串联组成的开环系统如图16所示。输入量为M输出量,寸（x）。JrT伫四*|H四-图16由个环节串联组成的开环系统若第i个环节的满度相对误差为力时，则输出端的满度相对误差刖与7之间的关系可用以下两种方法来确定：（1）绝对值合成法（误差的估计偏大）Xm=/=（l+2lnl）

13、（1-13）/=1（2）方均根合成法Ym=12+/2+/（1-14）例14用图1-2核辐射钢板测厚仪测钢板厚度，已知PIN型射线二极管的测量误差为5%,微电流放大器误差为2%,指针表误差为1%,求测量的总误差。解1）用绝对值合成法计算测量误差Ym=（+2+同）=（5%+2%+l%）=8%2）用方均根合成法m=（5%）2+（2%）2+（l%）2=5.5%结论：测量系统中的一个或几个环节的精度特别高，对提高整个测量系统总的精度意义不大，反而提高了测量系统的成本，造成了资源浪费。请学生找出减小本系统总误差的努力方向。三、传感器基本特性演示弹簧管压力传感器，说明传感器的原理框图。（一）灵敏度K=*?（

14、18）GXX结论：对线性传感器而言，灵敏度为一常数；对非线性传感器而言，灵敏度随输入量的变化而变化。怎样从输出曲线看灵敏度：曲线越陡，灵敏度越高。可以通过作该曲线的切线的方法（作图法）来求得曲线上任一点的灵敏度，用作图法求取传感器的灵敏度如图1-11所示。由切线的斜率可以看出，X2点的灵敏度比M点高。图1-11用作图法求取传感器的灵敏度(二)分辨力(ReSOIUtiOn)分辨力是指传感器能检出被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般情况下，不能把仪表的分辨力当作仪表的最大绝对误差。例：作业中的图118所示数字式温度计的分辨力为0.1,若该仪表的准确度为LO级，则最大绝对误差将达到2.(C,比分辨力大得多。仪表或传感器中，还经常用到“分辨率”的概念。将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。(三)线性度(Linearity)人们总是希望传感器的输入与输出的关系成正比，即线性关系。这样可使显示仪表的刻度均匀，在整个测量范围内具有相同的