浙江广播电视大学69178.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浙江广播电视大学69178.精品文档. 本文由4ir7lmzldr贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 浙 江 广 播 电 视 大 学 机械工程专业专业（开放专科） 传感器原理与应用教学大纲 第一部分 一、程的性质和任务 大纲说明 本课程是机械工程专业的技术基础课。 本课程主要是讲授工程检测中常用的传感器，以及用这些传感器测量诸如力、 压力、温度、位移、物位、转速和振动等物理量的方法。 本课程的任务是使机械工程专业的学生在传感技术方面具有较广的知识， 了解 工程检测中常用传感器的结构、工作原理、特性、应用及发展方向，使该专业毕业 生在工作中具有正确选用传感器的能力。 二、先修课要求 与本课程有关的前序课是高等数学、普通物理学、工程力学、电工技术、电子 技术。 二、课程教学基本要求 1掌握各种常用传感器的结构、原理、特性、应用中的主要问题。 2了解测量的基本知识。 3初步了解工程检测中的测量电路。 四、教学方法和教学形式建议 本课程在内容上应尽量联系实际，在讲解上着重物理概念的阐述。讲清结构、 原理、特性，不进行复杂的数学推导，必要时直接引用公式。力求做到重点突出， 由浅入深，便于学生理解、掌握和选用。 在应用方面介绍几种典型物理量测量的例子， 使学生对传感器有一个实用的概 念。 对于更深入的问题，学生可参阅有关参考资料。 五、课程教学要求的层次 教学要求中，对课程的内容分“了解、理解、掌握”三个层次提出要求。 第1页 第二部分 教 学 内 容 一、 绪论 二、传感器和测量的基本知识 传感器和测量的基本知识 三、电阻式传感器及应用 电阻式传感器及应用 四、电感式传感器及应用 电感式传感器及应用 五、电容式传感器及应用 电容式传感器及应用 六、谐振式传感器及应用 谐振式传感器及应用 七、光传感器及应用 光传感器及应用 八、电势型传感器及应用时 电势型传感器及应用时 九、其它半导体传感器及应用 其它半导体传感器及应用 合 计 学时分配 课内学时 课内学时 1 3 7 9 4 3 5 8 5 45 实验学时 实验学时 课程教学总学时数 54（其中课程学时 45，实验 9） 学分。 ，3 2 2 2 2 1 9 第三部分 一、绪论 绪论 教学内容和教学要求 （一）教学内容 传感技术的应用；传感器的分类；传感器的发展；本课程的任务与教学要求。 （二）教学要求 了解传感技术的应用；传感器的分类；传感器的发展；本课程的任务与教学要 求。 二、传感器和测量的基本知识 感器和测量的基本知识 （一）教学内容 §1l 测量的基本知识 测量的概念；测量方法；直接测量的几种方法；仪表的精确度与分辨率。 §l2 传感器的一般特性 静态特性；线性度、迟滞、重复性、灵敏度；动态特性的定义和要求。 §l3 传感器中的弹性敏感元件 弹性敏感元件的定义；弹性敏感元件的弹性特性；刚度和灵敏度；弹性敏感元 第2页 件的形式及其应用范围。 （二）教学要求 掌握直接测量的几种方法，仪表的精确度与分辨率的定义静态特性；线性度、 迟滞、重复性、灵敏度；动态特性的定义和要求，敏感元件和传感元件的定义，机 械弹性元件的输入量和输出量，弹性元件刚度和灵敏度的概念弹性元件的分类； 理解测量的概念，直接测量的三种方法及其优缺点的比较； 了解弹性敏感元件的形式及其应用范围。 三、电阻式传感器及应用 电阻式传感器及应用 电阻式传感器及应 （一）教学内容 §21 热电阻 热电阻工作原理、 材料及常用热电阻； 普通工业用热电阻式传感器的简单结构； 应用：主要讲测温，扩散到热电阻式流量计。 §22 电位器 电位器的结构与特点；线性线绕电位器的空载特性和负载特性；非线性线绕电 位器。 §23 电阻应变片 简介应变片的结构和材料； 电阻应变片的工作原理； 电阻应变片的工作特性及 参数：电阻应变片的温度误差及补偿方法；电阻应变片桥路；应变仪简介；应用： 应变式力传感器、应变式压力传感器、应变式加速度传感器等。 （二）教学要求： 掌握热电阻效应和热电阻工作原理，常用热电阻的种类、特点和测温范围，对 电阻体材料的主要要求， 线性线绕电位器的空载特性， 电位器的概念、 组成、 作用、 特点、分类和用途，电阻应变片的工作特性及参数，电阻应变片的温度误差及补偿 方法，电阻应变片桥路； 理解热电阻测温的工作原理，电阻式流量计的工作原理，线性线绕电位器负载 特性及其物理意义，电阻应变片的工作原理； 了解普通工业用热电阻式传感器的简单结构， 非线性线绕电位器的概念和常用 非线性线绕电位器，应变片的结构和材料，应变式力传感器、应变式压力传感器、 应变式加速度传感器的组成与工作原理。 四、 感式传感器及应用 （一）教学内容 §3l 自感式 第3页 闭磁路变隙式和开磁路螺线管式(含差动)的工作原理；配用电路：交流电桥； 应用：测量线位移和角位移的静态量和动态量，测量力和压力。 §32 差动变压器式 变隙式差动变压器简介；螺线管式的工作原理、结构、特性、零点残余电压及 消除；配用电路；差动相敏检波电路和相敏整流电路简介(教材中写明白，讲授时 概括)。 应用：位移测量，振动、加速度和压力测量。 §33 电涡流式 基本知识、工作原理、电涡流形成的范围；被测体的材料、形状和大小对传感 器灵敏度的影响；配用电路简介；应用举例。 （二）教学要求： 掌握单线圈变隙式和差动变隙式、螺线管式电感传感器的工作原理和基本特 性，带相敏检波的交流电桥的电路组成、工作原理和输出特性，螺线管式差动变压 器的组成部分、等效电路、工作原理、基本特性与主要性能，零点残余电压及消除 方法，差动相敏检波电路和差动整流电路的组成、工作原理，电涡流形成的范围及 被测体对传感器灵敏度的影响， 电涡流式传感器配用定频调幅式测量电路的组成和 工作原理； 理解变压器式交流电桥的工作原理与主要问题，变隙式差动变压器的工作原 理、输出特性和主要优缺点，电涡流式传感器的工作原理和基本特性，电涡流效应 和线圈导体系统的定义； 了解变隙式和螺线管式电感传感器基本性能的比较， 电动测微仪的组成和工作 原理， 差动变压器式振动传感器的工作原理， 差动变压器式微压传感器的工作原理， 电涡流式传感器的应用范围。 五、 电容式传感器及应用 （一） 教学内容 §41 电容式传感器的工作原理及结构形式 工作原理、结构形式、静特性(变隙式、变面积式、变介电常数式) §42 电容式传感器的测量电路及应用 电容式传感器的特点；测量电路简介。 应用：压力传感器、加速度传感器、荷重传感器、位移传感器等 （二） 教学要求 第4页 掌握平板电容器的电容量计算公式， 并能用此式说明三种类型电容器的工作原 理，差动式电容传感器的主要优点，电容式传感器的主要特点，常用交流电桥测量 电路的组成，平衡条件和主要特点； 理解变隙式和变面积式电容传感器的基本特性， 变介电常数式电容传感器的基 本特性， 运算放大器式、 T 电桥、 双 紧耦合电桥、 脉冲电路等测量电路的工作原理； 了解变隙式、变面积式、变介电常数式电容传感器的结构型式，消除平板电容 器边缘效应影响的方法，电容式压力传感器、加速度传感器、荷重传感器、位移传 感器的主要组成部分及工作原理。 六、谐振式传感器及应用 谐振式传感器及应用 （一）教学内容 §51 振弦式 结构、工作原理、激励方式。 应用：振弦式压力传感器、振梁式压力传感器、振弦式扭矩传感器 §52 振筒式 结构、工作原理；振动频率与压力关系。 应用：振筒式压力传感器、振动管式密度传感器 §53 振膜式 结构、工作原理、应用。 （二）教学要求： 掌握振弦式传感器的结构，振弦式传感器测量力和压力的工作原理，需要激励 的原因和激励方式，振筒式传感器的简单结构，振筒式传感器振筒的基本振型，振 筒式传感器的简单工作原理和激励方式，振膜式传感器结构特点和工作原理； 理解各种激励方式的简单工作原理，振筒固有频率与被测压力的关系，用压电 陶瓷的另一种振膜式传感器的结构特点； 了解振弦式和振梁式压力传感器、振弦式扭矩传感器的结构和工作原理，振动 管式密度传感器。 七、光传感器及应用 光传感器及应用 （一）教学内容 §61 真空光电器件 真空光电变换原理和光电阴极、真空光电管、真空光电倍增管。 §6-2 光敏元件 内光电效应；光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管及其光谱特性和应用。 §63 计量光栅 第5页 光栅传感器的结构、工作原理、辨向和细分。 （二）教学要求 掌握光电效应方程式引出的两个基本结论，光电管、光电倍增管的结构和工作 原理，光电管、光电倍增管的光谱特性、伏安特性和光电特性的定义及特点，光电 倍增系数 M 与工作电压的关系，光电管、光电倍增管的用途与测量原理，光敏电 阻、 光敏二极管和光敏三极管的结构， 光敏电阻的暗电阻、 亮电阻、 光电流的定义， 光敏电阻作为纯电阻的特征，光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管的光电特性、光 谱特性异同点的比较，光敏二极管的工作原理，从结构和工作原理上看，光敏二极 管和三极管的联系，各自工作时的电压极性，黑白透射光栅的构成，产生横向莫尔 条纹的条件，莫尔条纹的运动和主光栅移动的关系（数量和方向） ，光栅传感器中 如何辨向和细分，光栅传感器测量位移的原理； 理解外光电效应， 积分灵敏度， 暗电流的定义， 内光电效应， 光导效应的定义， 频率特性的实用意义，光栅传感器的组成，光栅传感器中辨向和细分的原理； 了解光电阴极材料及其光谱特性， 充气光电管， 内光电效应和光导效应的机理， 光敏电阻、光敏二极管和三极管的伏安特性、温度特性，光敏三极管的工作原理， 光栅的分类，光栅传感器中的光源。 八、电势型传感器及应用 电势型传感器及应用 （一）教学内容 §71 热电偶 工作原理；材料和常用热电偶；结构；冷端处理及测量误差、延伸线；应用。 §72 光电池 光伏效应；硒、硅光电池。 §73 压电石英晶体和压电陶瓷 石英晶体的压电效应、压电陶瓷的压电效应(压电元件的受力状态和变形方 式)，压电材料和配用电路简介(电荷放大器)。 应用：压电式测力传感器、压电式加速度传感器 §74 霍尔元件 霍尔效应；霍尔元件的构造和基本电路、特性参数；霍尔元件的温度补偿和不 等位电势补偿。 应用：微位移的测量、磁场的测量。 §75 磁电式 基本原理和结构；非线性误差的补偿 应用：振动的测量、扭矩的测量。 （二）教学要求 掌握热电偶中的接触电势、温差电势、热电势的定义和产生的原因，热电势与 第6页 材料和温度的关系，中间导体定律和标准电极定律的内容及应用，热电偶冷端处理 的原因，电桥补偿法、冷端延长法的原理及解决的问题，硒、硅光电池光谱特性特 点，硅光电池光电特性的特点，石英晶体的纵向和横向压电效应，影响纵向压电效 应的因素，压电陶瓷的极化处理及极化后的特点，压电陶瓷的工作原理，压电元件 的等效电路及与电荷放大器的配接，压电元件电路上的并、串联接，压电陶瓷与压 电石英晶体的特点的比较，压电式传感器的适用范围及使用特点，霍尔元件用 N 型半导体材料制成薄片形的原理，霍尔元件灵敏度，利用 UH=KHBI 公式进行测量 的原理，霍尔元件的简单结构和基本测量电路，不等位电势及其补偿，温度误差及 其补偿，以测量微位移为基础的非电量霍尔式传感器的工作原理，磁电式传感器的 基本结构，变磁通和恒磁通式传感器的工作原理，磁电式测量扭矩传感器的构成和 工作原理； 理解 0oC 恒温法、计算修正法的原理及运用范围，热电偶的几种结构及使用 特点，热电偶的其它误差，硒、硅光电池产生电动势的基本原理，硅光电池的温度 特性，正、逆压电效应，石英晶体三个轴的名称及与压电效应的关系，压电陶瓷的 结构特点，压电式传感器中的预载，霍尔效应定义，霍尔元件的输出电路，霍尔元 件的几个主要参数，产生不等位电势的主要原因，磁电式传感器的特点，温度误差 和非线性误差产生的原因及补偿方法，磁电式传感器测量振动的原理； 了解热电偶的材料及常用热电偶，热电偶的测量电路及定期检验，硒、硅光电 池的伏安特性、频率响应，石英晶体外形，石英压电效应的物理解释，石英晶体的 物理性能特点，压电陶瓷材料，压电元件的变形方式，产生霍尔效应的原理，恒流 源温度补偿电路中补偿电阻的计算，与霍尔元件配套的磁路系统，霍尔式压力和加 速度传感器，动生电势和感生电势的公式，扭矩和扭转角的关系。 九、其它半导体传感器及应用 其它半导体传感器及应用 （一）教学内容 §81 热敏电阻 特点、材料、特性、结构及应用。 §82 固态压敏电阻 半导体压阻效应；扩散硅压阻器件的结构简介、工作原理。 应用；压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器。 §83 湿敏电阻 几种湿敏元件及应用的介绍。 §84 磁敏元件 磁敏二极管和磁敏三极管的工作原理、特性及应用。 §85 气敏元件 半导体气敏电阻的工作原理、特性及应用 （二）教学要求 第7页 掌握热敏电阻和金属电阻在温度特性上的差别， 热敏电阻三种类型的特点及各 自的适用范围，负温度系数热敏电阻的热电特性，电阻温度系数，半导体压阻效应 的特点及影响电阻率变化的因素，扩散硅压阻器件的构成原理和两种结构，对硅杯 膜片上压敏电阻的要求， 湿敏电阻的简单结构和工作原理， 硫酸钙湿敏电阻的特点， 磁敏二极管的结构和工作原理，磁敏三极管的结构，气敏电阻材料与普通半导体材 料在制作上的差别，气敏电阻的简单工作原理，气敏电阻的基本测量电路； 理解金属和半导体的导电机理， 从负温度系数热敏电阻的伏安特性看它的应用 范围，压阻式压力传感器的结构和特点，压阻式加速度传感器结构和特点，氯化锂 湿敏电阻、碳湿敏电阻的构成，近本征半导体，复合中心，磁敏二极管和三极管的 应用特点，气敏电阻按制作工艺的分类，气敏电阻目前使用情况； 了解三种类型热敏电阻的材料，热敏电阻的几何形状，负温度系数热敏电阻的 主要参数，晶面和晶向的表示方法，硅膜片上压敏电阻的排列，湿敏电阻材料，氧 化物湿敏电阻，多功能气体湿度传感器，磁敏二极管的基本特征，磁敏三极管的 工作原理、特性，各种氟化物气敏电阻材料特点及使用情况。 第四部分 实践环节 一、光电传感器实验(2 学分) 二、应变片灵敏度实验（2 学分） 三、热电偶测温试验（2 学分） 四、铜热电阻和半导体热敏电阻测温实验（1 学分） 五、差动变压器式传感器试验（2 学分） 浙江广播电视大学机电系 第8页1