传感器及应用技术教案(共29页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 教 案学 期： 课程名称： 传感器及应用 授课班级： 教 研 室： 自动化教研室 任课教师： 授课章节绪 论授课形式讲授授课时间第 1 周 周 5 （ 9 月 4 日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：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；能力目标：素质目标：教学重点检测系统的框图教学难点检测系统的组成补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入检测的含义是多少？提问2分钟新 课检测的定义：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

2、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本课介绍非电量的检测。三、自动检测系统的组成（1）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，将几个方框用箭头联系起来，有时还可以在箭头上方标出信号的名称。在产品说明书、科技论文中，利用框图可以较简明、清晰地说明系统的构成及工作原理。对具体的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。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。PPT与实例相结合85分钟新

3、 课（2）传感器（Transducer） 指一个能将被测的非电量变换成电量的器件（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，常见的有毫伏表、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

4、、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LCD，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、

5、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1 “更多”“所有”“关键词”，“谷歌”的网页搜索，“知道搜索”，“学术搜索”步骤。知识拓展：无练习或训练上网查阅有关资料，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；3分钟课后小结激发学生学习兴趣，强调该课程的重要地位，更能让学生有信心和热情

6、去学习本门课程布置作业1.31分钟授课章节检测技术的基本概念授课形式讲授授课时间第 2 周 周 2 （9月 8 日） 第 5 至 6 节教学目标知识目标：1、了解测量方法的分类；2、掌握测量误差和数据处理；3、稳定性及其纠正能力目标：素质目标：教学重点测量结果的数据统计处理教学难点传感器的特性补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入测量过程都会产生哪些误差？提问3分钟新 课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

7、量测量误差及数据处理介绍：真值0、绝对误差：=Ax0 （1-1）（1）示值（标称）相对误差gx （1-3）（2）引用误差gm （1-4）式（1-4）中，当D取仪表的最大绝对误差值Dm时，引用误差常被用来确定仪表的准确度（Degree of Accuracy）等级S，即 （1-5）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PPT、讲练结合与实例相结合80分钟新 课例1-2 现有准确度为0.5级的0300的和准确度为1.0级的0100的两个温度计，要测量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

8、现的最大示值相对误差分别为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。（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

9、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，可以掌握看似毫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）。知识拓展：有小数字的四则运算6分钟练习或训练无课后小结学生理论计算能力不可轻视，要提高，多训练，要强化

10、布置作业一、1.9二、上网查阅某一仪表的资料（类型不限，独立完成，雷同无分数！），写出它的分类、型号、性能指标，画出其中一种外形图。1分钟授课章节第二章 电阻传感器授课形式讲授授课时间第 2 周 周 5 （ 9 月 11 日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解应变效应；2、掌握电桥调零的方法；3、掌握应变效应的应用。能力目标：素质目标：教学重点电桥的调零教学难点电桥电路补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入健康称的工作原理是多少？提问3分钟新 课一、工作原理应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。电阻应

11、变片的灵敏度：实验证明，电阻丝或半导体应变片的电阻相对变化量DR R与材料力学中的轴向应变ex的关系在很大范围内是线性的，即 （2-1）二、应变片的种类结构应变片的分类：金属应变片、半导体应变片两大类。前者可分成金属丝式、箔式、薄膜式三种。金属丝式应变片价格便宜，多用于要求不高的应变、应力的大批量、一次性试验。箔式应变片的一致性较好，适合于大批量生产，目前广泛用于各种应变式传感器的制造中。PPT与实物、图片、视频原理演示80分钟新 课电桥平衡的条件：为了使电桥在测量前的输出电压为零，应该选择四个桥臂电阻，使R1R3=R2R4或R1/R2=R4/R3。应变电桥的三种不同的工作方式：单臂半桥工作方

12、式：R1为应变片，R2、R3、R4为固定电阻，DR2DR4均为零。双臂半桥工作方式：R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻，DR3=DR4=0。全桥工作方式：电桥的四个桥臂都为应变片。电桥的输出电压估算： （2-5）从公式2-5得到的结论：上述三种工作方式比较：全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。温漂补偿：采用双臂半桥或全桥能实现温度自补偿的功能。当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，代入式（2-5），可以相互抵消，所以这两种桥路具有温度自补偿功能。电桥的调零：调零的必要性：实际使用中，R1、R2、R3、R4不可能严格成比例关

13、系，所以即使在未受力时，桥路的输出也不一定能严格为零，因此必须设置调零电路。调零电路：如图2-4b所示。调节RP，最终可以使R1与（RPR5）、R2与（RPR5）的并联结果之比R1/R2等于R4/R3，电桥趋于平衡，Uo被预调到零位。知识拓展：无练习或训练讨论：电桥中R 5的作用：用于减小调节范围的限流电阻。讨论7分钟课后小结学生涉及到理论就无精打采，遇到实际应用精神饱满，要轻理论重实际了！布置作业无授课章节第二章 电阻传感器授课形式讲授授课时间第 4 周 周 5 （ 9月22日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解热电阻传感器的工作原理；2、掌握仪表的标定方法；3、掌握三线制仪表的

14、概念；4、了解热电阻电桥差动放大器的设计。能力目标：素质目标：教学重点仪表的标定教学难点工程项目设计及计算补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入演示并提问：（1）用打火机烧一只小型Pt100的端部（或一段电阻丝），用数字欧姆表观察其阻值变化趋势，请同学回答是正温度特性还是负温度特性？ A.关灯瞬间；B.开灯瞬间；C.正常工作半小时后。为什么？提问5分钟新 课热电阻的主要技术性能指标比较：表2-2 热电阻的主要技术性能材料铂（WZP）铜（WZC）使用温度范围/-200+960-50+150电阻率/（Wm10-6）0.0980.1060.0170100间电阻温度系

15、数a（平均值）/-10.003850.00428化学稳定性在氧化性介质中较稳定，不能在还原性介质中使用，尤其在高温情况下超过100易氧化特性特性近于线性、性能稳定、准确度高线性较好、价格低廉、体积大应用适于较高温度的测量，可作标准测温装置适于测量低温、无水分、无腐蚀性介质的温度课堂提问：分析表2-2，相同阻值的铜热电阻和铂热电阻的外形比较，_的体积较大？为什么？ITS-90标准：国内统一设计的工业用铂热电阻在0时的阻值R0值有25、100等，分度号分别用Pt25、Pt100等表示。薄膜型铂热电阻有100、1000等数种。 热电阻的阻值Rt与温度t的关系可用下面的一般表达式表示：R t =R0（

16、1+At+Bt 2+C t 3+D t 4） 提问、PPT、讨论相结合75分钟新 课课堂提问 （1）若为理想线性型热电阻，则表达式应为：R t =_热电阻分度表：热电阻的阻值Rt与t之间并不完全呈线性关系。因此必须每隔一度测出铂热电阻和铜热电阻在规定的测温范围内的Rt与t之间的对应电阻值，并列成表格，如附录C。（请同学翻到P343）课堂提问 （1）为什么Cu50的分度表格数比Pt的分度表少很多？（2）查附录C，铂热电阻在0时的阻值为_，与型号有何关系？100时的阻值为_，200时的阻值为_，说明该Pt100是否线性？在理想线性的情况下，200时的阻值应为_。二、热敏电阻 1.热敏电阻的类型及特

17、性热敏电阻（Thermistor）按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。正温度系数：电阻的变化趋势与温度的变化趋势相同。负温度系数：当温度上升时，电阻值反而下降。NTC的电阻值与温度之间的负指数关系：图2-15中的曲线2，关系式为：RT =R0 （2-13）式中 RT NTC在热力学温度为T时的电阻值； R0 NTC在热力学温度为T0时的电阻值，T0设定在298K（25）； B NTC的温度常数。课堂提问 （1）为什么公式2-13中的温度以T表示，而不以t表示？设某电阻传感器的温度特性方程为RT =R0lg（1T），请画出特性曲线，并与图2-15中

18、的曲线2比较它们的灵敏度变化趋势。知识拓展：通常情况下，超期使用的220V家用电灯泡是在_烧毁？3分钟练习或训练1、应变片测力的工程项目设计将一片如表2-1所示的PZ-120型应变片粘贴在承重受压钢柱的表面，并接入由另外3个120固定电阻组成的不平衡电桥。由于该应变片的电阻变化量较小，电桥的输出电压为毫伏数量级，因此必须由一个放大器A1给予放大。7分钟课后小结提问可以使学生集中精力，集中精力学习，提高学习效率布置作业2.2授课章节第三章 电感传感器授课形式讲授授课时间第 6 周 周 5 （ 10 月 11 日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解电感传感器的工作原理；2、掌握电流输出

19、型仪表的概念；能力目标：素质目标：教学重点电流输出型仪表的计算教学难点二线制仪表的原理、应用补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入除了电阻传感器，还有哪些传感器？提问5分钟新 课演示：做以下的实验：将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。图3-1 线圈铁心的气隙与电感量及电流的关系实验1固定铁心 2气隙 3线圈 4衔铁 5弹簧

20、 6磁力线 7绝缘外壳 由电工知识可知，忽略线圈的直流电阻时，流过线圈的交流电流为当铁心的气隙较大时，磁路的磁阻Rm也较大，线圈的电感量L和感抗XL较小，所以电流I较大。当铁心闭合时，磁阻变小、电感变大，电流减小。我们可以利用本例中自感量随气隙而改变的原理来制作测量位移的自感式传感器。演示、PPT、提问相结合80分钟新 课二、变截面式电感传感器分析式（3-1），理论上电感量L与气隙截面积A是_（线性/非线性）关系。，灵敏度为_。三、螺线管式电感传感器单线圈螺线管式电感传感器，当衔铁工作在螺线管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的，此时线圈电感量L与衔铁插入深度l大致成正比。特点与应用范围：

21、结构简单，制作容易，但灵敏度稍低，适用于测量稍大一点的位移。四、差动电感传感器上述三种电感传感器的缺点：由于线圈中通有交流励磁电流，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起振动及附加误差，而且非线性误差较大；另外，外界的干扰如电源电压频率的变化，温度的变化都使输出产生误差。知识拓展：无练习或训练讨论：生活中还有哪些具体应用实例？5分钟课后小结讨论时间应严格控制，较少不必要的时间浪费布置作业无授课章节第三章 电感传感器2授课形式讲授授课时间第 7 周 周 5 （ 10月16日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解电感传感器的应用；2、掌握电流/电压转换电路及计算；能力目标：素质目标：教学重点应

22、用教学难点设计补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入电感传感器都在哪些领域有应用？提问3分钟新 课一、位移测量测量时红宝石（或钨钢）测端接触被测物，被测物尺寸的微小变化使衔铁在差动线圈中产生位移，造成差动线圈电感量的变化，此电感变化通过电缆接到交流电桥，电桥的输出电压反映了被测体尺寸的变化。测微仪器的最小量程为3m。二、电感式不圆度计电感测头围绕工件缓慢旋转，也可以是测头固定不动，工件绕轴心旋转。耐磨测端（多为钨钢或红宝石）与工件接触。信号经计算机处理后给出图3-13b所示图形。该图形按一定的比例放大工件的不圆度，以便用户分析测量结果。PPT、提问、演示和工程

23、设计相结合80分钟新 课第四节 工程项目设计实例电感传感器在轴承滚柱直径分选中的应用学习的目的：通过本实例的学习，初步了解测量系统的调零、调满度和机械位置细调等过程。本案例可用于其他带有机械结构的技改项目。一、课题要求及主要技术指标滚柱的标称直径为10.000mm，允许公差范围为3m。在公差范围内，滚柱的直径从9.997mm至10.003mm，分为AG共7个等级，滚柱直径测量的绝对误差应小于0.5m。二、设计方案及步骤（一）机械结构的设计1测微器的选择由于被测滚柱的公差变化范围只有6m，传感器所需要的行程较短，所以可以选择线圈骨架较短、直径较小的型号。2滚柱的推动与定位采用“振动料斗”。气缸的

24、活塞在高压气体的推动下，将滚柱快速推至电感测微器的测标下方的限位挡板位置。使用“钨钢测头”延长测端的使用寿命。3气缸的控制什么是气缸：引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。知识拓展：应用设计的过程和方法练习或训练讨论：电感式传感器都哪些用途，简单描述其工作过程7分钟课后小结布置作业3.3授课章节第五章 电容传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 8 周 周 2 （10 月 20 日） 第 5 至 6 节教学目标知识目标：1、了解电容传感器的工作原理；2、掌握电容传感器的应用；3、了解电容接近开关的原理及应用；4、了解流量的测量方法。能力目标：素质目标：教学重点电容传感器的应用教学难

25、点流量的测量补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入哪位同学可以说说电容传感器都在哪些地方使用过？提问4分钟新 课第一节 电容传感器的工作原理及结构形式平板电容器的电容量为 (5-1)式中 A两极板相互遮盖的有效面积； d两极板间的距离，也称为极距； 两极板间介质的介电常数； r两极板间介质的相对介电常数； 0真空的介电常数，0=8.8510-12 (F/m)。分析式（5-1）得出结论：在A、d、三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容量C改变。也就是说，电容量C是A、d、的函数，固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器：变面积式、变极距式、变介电常

26、数式。 一、变面积式动极板1可以左右移动，称为动极板；极板2固定不动称为定极板。根据式（51）可知，变面积式电容传感器的输出特性是线性的，多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。PPT、提问、演示、图例、动画相结合80分钟新 课电容传感器的应用图5-5所示的简单结构就可以用于测量纸张含水量、塑料薄膜的厚度等。而图5-2b所示的传感器就可以用于测量工件的尺寸，图5-2c可以用于测量机械臂的角位移。可以利用极距变化的原理，测量振动、压力；利用相对面积变化的原理，可以精确地测量角位移和直线位移，构成电子千分尺；利用介电常数变化的原理，可以测量空气相对湿度、液位、物位等。分析：电容加速度传感器、湿敏电

27、容。重点分析：电容式油量表1、当油箱中无油时，电容传感器的电容量Cx =Cx 0，调节匹配电容使C0=Cx 0，R4=R3；并使调零电位器RP的滑动臂位于0点，即RP的电阻值为0。此时，电桥满足Cx /C0=R4 /R3的平衡条件，电桥输出为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角 =0。1油箱 2圆柱形电容器 3伺服电动机 4减速箱 5油量表知识拓展：无练习或训练讨论：超市防盗检测门的工作过程6分钟课后小结布置作业无授课章节第七章 超声波传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 8 周 周 5 （10 月23日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解超声波的物理基础；2、掌握纵波探伤的

28、计算；3了解无损探伤的原理。能力目标：素质目标：教学重点无损探伤教学难点超声波传感器的应用补充内容无教学场地及教具使用多媒体 教室教学过 程方法手段时间分配导 入试问超声波的含义及用途提问5分钟新 课第一节 超声波物理基础一、声波的本质和分类声波是一种机械波。1可闻声波：振动频率在20Hz20kHz的范围内，可为人耳所感觉2次声波：振动频率在20Hz以下人耳无法感知，但许多动物却能感受到。比如地震发生前的次声波就会引起许多动物的异常反应。3超声波：振动频率高于20kHz的机械振动波超声波的特点：指向性好，能量集中，穿透本领大，在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射

29、和折射现象，这一现象类似于光波。超声波的特性与频率的关系：频率越高，其声场指向性就愈好，与光波的反射、折散特性就越接近。二、 超声波的传播方式超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。三、声速、波长与指向性（1）声速 声波的传播速度取决于介质的弹性系数、介质的密度以及声阻抗。几种常用材料的声速与密度、声阻抗的关系如表7-1所示。PPT、生活实例、提问、讨论80分钟新 课第二节 超声波换能器及耦合技术超声波换能器有时又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。由于其结构不同，换能器又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探

30、头、冲水探头、水浸探头、空气传导探头以及其他专用探头等，超声波探头结构示意图如图7-5所示。图7-5 超声波探头结构示意图a）单晶直探头 b）双晶直探头 c）斜探头1接插件 2外壳 3阻尼吸收块 4引线 5压电晶体 6保护膜7隔离层 8延迟块 9有机玻璃斜楔块 10试件 11耦合剂 一、以固体为传导介质的超声探头（1）单晶直探头 分析发射和接收过程：发射超声波时，将500V以上的高压电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出一束频率落在超声范围内、持续时间很短的超声振动波。超声波到达被测物底部后，超声波的绝大部分能量被底部界面所反射。反射波经过一短暂的传播时间回到压电晶片。利用压电效应

31、，晶片将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。由于衰减等原因，该电压通常只有几十毫伏，还要加以放大，才能在显示器上显示出该脉冲的波形和幅值。结论：超声波的发射和接收虽然均是利用同一块晶片，但时间上有先后之分，所以单晶直探头是处于分时工作状态，必须用电子开关来切换这两种不同的状态，电子开关切换电路框图见第三节的图7-10知识拓展：无练习或训练讨论：什么动物用超声波来捕捉食物和指导自己日常行动，简单描述其过程5分钟课后小结此处缺少设备，而生活实例可以补缺，动画也可使学生知晓超声波的相关知识布置作业7.1授课章节第八章 霍尔传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 周 周 （ 月 日） 第 至 节

32、教学目标知识目标：1、了解霍尔集成电路的分类和霍尔传感器的工作原理；2、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性；3、掌握霍尔传感器的应用。能力目标：素质目标：教学重点霍尔传感器的应用教学难点开关型霍尔集成电路的特性补充内容无教学场地及教具使用各种霍尔元件、霍尔传感器教学过 程方法手段时间分配导 入霍尔传感器的应用实例都有哪些，请举例提问3分钟新 课一、工作原理金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为

33、霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。图8-1 霍尔元件示意图动画演示、PPT、提问、讨论、实物87分钟新 课霍尔集成电路（又称霍尔IC）的优点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。霍尔集成电路的分类：线性型和开关型两大类。线性型的内部电路：霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。开关型霍尔集成电路的内部电路：霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻

34、态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。霍尔电动势是关于I、B、三个变量的函数，即EH=KHIBcos，使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、其余两个量都作为变量，三个变量的多种组合等。1）维持I、不变，则EH=f(B），这方面的应用有：测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微压力计等。2）维持I、B不变，则EH=f(），这方面的应用有角位移测量仪等。3）维持不变，则EH=f(IB），即传感器的输出EH与I、B的乘积成正比，这方面的应用有模拟乘法器

35、、霍尔功率计、电能表等。1角位移测量仪角位移测量仪结构示意图如图8-8所示。霍尔器件与被测物连动，而霍尔器件又在一个恒定的磁场中转动，于是霍尔电动势EH就反映了转角的变化。5霍尔电流传感器能够测量直流电流，弱电回路与主回路隔离，能够输出与被测电流波形相同的“跟随电压”，容易与计算机及二次仪表接口，准确度高、线性度好、响应时间快、频带宽，不会产生过电压等。（1）工作原理 用一环形（有时也可以是方形）导磁材料作成铁心，套在被测电流流过的导线（也称电流母线）上，将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中。在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙，将霍尔线性IC紧紧地夹在气隙中央。电流母线通电后，磁力线就集中通

36、过铁心中的霍尔IC，霍尔IC就输出与被测电流成正比的输出电压或电流。知识拓展：无练习或训练无课后小结霍尔传感器在大学物理中涉及到，学生信心不足，容易找借口，应打消其不良想法！布置作业8.4授课章节第九章 热电偶传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 12 周 周 2 （11 月17 日） 第 5 至 6 节教学目标知识目标：1、了解温标的概念和热电偶冷端温度补偿的方法2、了解热电偶传感器的工作原理；3、掌握热电偶的选用和应用能力目标：素质目标：教学重点热电偶的应用教学难点冷端温度补偿补充内容无教学场地及教具使用各种热电偶教学过 程方法手段时间分配导 入测量温度的传感器都有哪些？提问3分钟新

37、课一、热电效应1821年，德国物理学家赛贝克（TJSeebeck）用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转，如图9-1a所示。如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小。显然，指南针的偏转说明了回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。图9-1 热电偶原理图a）热电效应 b）结点产生热电动势示意 c）图形符号1工作端 2热电极 3指南针 4参考端当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应。两种不同材料的导体所组成的回路称为“热电偶”，组成热电偶的导体称为“热电极”

38、，热电偶所产生的电动势称为热电动势（以下简称热电势）。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称之为测量端，又称为工作端或热端；而置于参考温度为T0的另一结点称之为参考端，又称自由端或冷端。PPT、图例、提问、讨论80分钟新 课由热电偶测温原理可知，热电偶的输出热电势是热电偶两端温度t和t0差值的函数，当冷端温度t0不变时，热电势与工作端温度成单值函数关系。各种热电偶温度与热电势关系的分度表都是在冷端温度为0时作出的，因此用热电偶测量时，若要直接应用热电偶的分度表，就必须满足t0=0的条件。但在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0，而且也不恒定，因此将产生误差，

39、一般情况下，冷端温度均高于0，热电势总是偏小。消除或补偿这个损失的方法，常用的有以下几种：一、冷端恒温法1）将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温容器中，使冷端的温度保持在0不变。此法也称冰浴法，它消除了t0不等于0而引入的误差，由于冰融化较快，所以一般只适用于实验室中。2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度略高于环境温度的上限（例如40）。3）将热电偶的冷端置于恒温空调房间中，使冷端温度恒定。应该指出的是，除了冰浴法是使冷端温度保持0外，后两种方法只是使冷端维持在某一恒定（或变化较小）的温度上，因此后两种方法仍必须采用下述几种方法予以修正。图9-9是冷端置于冰瓶中的接法布置图。图9

40、-9 冰浴法接线图1被测流体管道 2热电偶 3接线盒 4补偿导线 5铜质导线 6毫伏表 7冰瓶 8冰水混合物 9试管 10新的冷端知识拓展：无练习或训练讨论：电烤箱中热电偶的工作原理7分钟课后小结应紧密结合工程实例和生活实例进行讲解，这样可以使学生更容易掌握布置作业9.4授课章节第十章 光电传感器的原理及应用授课形式讲授授课时间第 12 周 周 5 （ 11 月20 日） 第 3 至 4 节教学目标知识目标：1、了解光电元件的分类以及工作原理；2、掌握光电元件的应用电路；3、了解光电池的电流/电压转换电路及计算；4、掌握光电传感器的应用。能力目标：素质目标：教学重点光电传感器的应用教学难点光电

41、元件的应用电路补充内容无教学场地及教具使用各种光电元件、光电传感器教学过 程方法手段时间分配导 入做以下的演示：将光敏电阻接到万用表的电阻量程，测量在有光照和没有光照情况下的的电阻值。演示5分钟新 课讲述光的物理基础，以及三种光电效应：光电效应：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类：（1）外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的光电效应。基于外光电效应的光电元件：光电管、光电倍增管、光电摄像管等（玻璃真空管元件）。 （2）内光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的光电效应基于内光电效应光电元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。（3）光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的光电效应。基于光生伏特效应的光电元件：光电池等。 一、简单介绍光电管（掌握应用领域）由于材料的逸出功不同，所以不同材料的光电阴极对不同频率的入射光有不同的灵敏度，人们可以根据检测对象是可见光或紫外光而选择不同阴极材料的光电管。光电管的图形符号及测量电