传感器教案中职类Word格式文档下载.docx

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（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

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。

4.半导体应变片

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”。

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：

4.全桥形式：

　　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

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

对其应用举例能够理解，多数同学掌握较好。

第５课时

　2.2热电阻传感器

　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。

　传感器的应用、热敏电阻

一、热电阻传感器

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

　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

　概念　类型　热敏电阻　应用

　P73　3

　　能掌握基本概念，对特性能正确理解。

第６课时

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

　　能掌握基本分类方式，对各自的特点能正确理解。

第７课时

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：

　　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

五、实例

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℃

1

2

3

4

5

6

7

8

9

电阻值（Ω）

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。

　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

　2.3热电偶传感器

　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。

一、热电偶传感器概念及工作原理

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：

　概念　特点　原理　应用

　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

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

　　对结构的掌握较好　，能知道各部分的作用。

第１３课时

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。

　　基本能掌握其补偿原理，能分析其电路工作过程。

第１４课时

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

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

　复习、半期复习测试题

　复习前面章节内容，准备半期考试

　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　＿＿＿＿

６、下列哪种传感器是将温度变化转换成电阻变化的　＿＿＿＿

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

　2.4电涡流式传感器

　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。

一、电涡流式传感器概念及工作原理

电涡流式传感器：

利用电涡流效应实现非接触测量。

（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。