1、第 1 页 大庆石油学院 教 案 本 课 程： 传感器原理 教 师： 刘 霞 单 位： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 年 级： 2006级 第 2 页 教 务 处 制 课程 名称 传感器原理 课程编号 06031002 学时分配 讲课： 56 学 分 4 课程类型 必修 公共基础课（ ）；专业技术基础课（ ）；专业课（ ） 实验： 8 上机： 选修 限选课（ ）；任选课（ ） 授课方式 课 堂讲授（ ）；实践课（ ） 考核方式 考试（ ）；考查（ ） 专业 测控技术与仪器 授课班级 06-1、 2 教师 刘 霞 职称 副教授 学位 硕士 教材名称 传感器原理与应用 作者 黄贤武，
2、郑筱霞 出版社及 出版时间 电子科技大学出版社， 2004 指定 参考 资料 传感器原理及应用 传感器与测试技术 作者 王化祥 李晓莹 出版社及 出版时间 天 津 大 学 出 版社 .2003 高 等 教 育 出 版社 .2002 教学 目的要求 传感器是现代检测技术和测控系统的首要部件。传感器原理是测控技术、电子信息、自动化、机械工程等专业的一门重要专业技术课。通过本课程的学习使学生了解和掌握各种非电量的物理信息的检测、转换和测量原理，为学生毕业后在各个行业从事信息检测和处理工作打下坚实的理论基础。 教学 重点 难点 重点 ： 传感器的静态特性、动态特性、应变式传感器、电容式传感器、电感式传
3、感器、压电效应、热电偶测温、光电效应、霍尔传感器、变压器式传感器、压电效应、 超声传感器等各种传感器的工 作原理及应用。 难点 ： 电阻应变片产生温度误差 补偿、 电容式传感器的信号 、 电涡流式传感器的测量电路 、 压电陶瓷极化 原 理 、 热电阻 测温定律、光电式应用、磁电式、辐射式等传感器应用。 授课时间 2008 -2009 学年第 3、 4 学期 注：表中（ ）选项请打“” 第 3 页 授课题目名称： 第 1 章 传感器的基本概念 1.1 传感器定义及组成 1.2 传感器的基本特性 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 1 周 课时安排 2 学时 教学
4、目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次 ）： 1 掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义 2 掌握传感器中敏感元件、传感元件 、 弹性元件 及 灵敏度的定义 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 传感器定义、静态特性、动态特性意义 难点： 传感器一阶系统、二阶系统分析 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 第 1 章 传感器的基本概念 1.1 传感器定义及组成 一、定义： 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置 。 二、传感器组成 三、传感 器分类 1.2 传感器的基本特性 一、静态特性 y=a0+
5、a1x+a2x2+anxn 1.灵敏度：xyS 2.线性度： %100m a x FSL YL 3.迟滞： %100m a x FSH YH 4.重复性： %100)32( FSR Y 二、 传感器的动态特性 xbdtdxbdt xdbdt xdbyadtdyadt ydadt yda mmmmmmnnnnnn 0111101111 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 第 4 页 授课题目名称： 1.3 传感器 测量系统 第二章 电阻式传感器 2.1 电位器式电阻传感器 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 2 周 课时安排 2 学时 教学目的及要求（分掌握、熟
6、悉、了解三个层次）： 掌握传感器测量系统的组成及各部分的功能；了解电位器式传感器的类型。 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 传感器测量系统的组成及各部分的功能 难点： 传感器测量系统各部分的功能 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打 ） 教学基本内容（提纲） 改进设想 1.3 传感器测量系统 测量系统组成 一、 敏感元件 ： 是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。 二、 信号调理 ：将传感器的输出电信号转换为适合于传输、显示、记录的信号，能更好的满足后虚电路对输入信号
7、的要求。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 第 2 章 电阻式传感器 2.1 电位器式电阻传感器 一、滑线位移式 二、角位移式 三、分段式 四、电位器式磁带张力传感器 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 敏感元件 转换元件 信号调理转换电路辅助电源被测量第 5 页 授课题目名称： 2.2 应变式电阻传感器 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 3 周 课时安排 2 学时 教学 目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 掌握应变式传感器的组成及 工作原理，了解半导体应变原理 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施：
8、 重点： 应变效应、 应变式传感器的组成及 工作原理 难点： 应变式传感器 原理分析 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 2.2 应变式电阻传感器 一、 应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化， 这种现象称为 “应变效 应 ”。 1应变效应原理分析 金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为 AlR ， 拉力 F 作用电阻值相对变化量为 dAdAldlRdR ， 应变 ldl ， 微分后可得 rdrAdA 2 轴向应变和径向应变的关系可表示为 ldlrdr ，
9、灵敏系数 （ 其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量 ） 其表达式为 dRdRK 21 2半导体应变片原理 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 第 6 页 授课题目名称： 2.2 应变式电阻传感器 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 3 周 课时安排 2 学时 教学目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 掌握应变片的粘贴方法；掌握直流电桥测量原理；了解交流电桥原理 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 直流电桥测量电路分析过程 难点： 非线性误差及其补偿方法 教学方法及 手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提
10、纲） 改进设想 二、金属应变片 特性 1 金属电阻应变片的种类 2金属电阻应变片的材料 3金属电阻应变片的粘贴 三、电阻应变片的测量电路 1直流电桥 43 321 1 RR RRR REU o 2. 电压灵敏度 341211113411 RRRRRRRRRREU o3. 非线性误差及其补偿方法 4交流电桥 24241313 CRjRRCRjRR 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 引线 覆盖层 基片电阻丝式敏感栅lb第 7 页 授课题目名称： 2.3 应变式传感器的应用 第 3 章电容式传感器 3.1 电容式传感器的工作原理和结构 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周
11、次 第 4 周 课时安排 2 学时 教学目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 了解应变传感器应用；掌握 变间隙式电容传感器的工作原理 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 变间隙式电容传感器的工作原理 难点： 高介电常数的材料作介质时电容传感器特性 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 2.3 应变式传感器的应用 一、 电位器式力学传感器 二、柱式压力传感器 三、应变式加速度传感器 第 3 章电容式传感器 3.1 电容式传感器的工作原理和结构 一、基本工作原理： 平板电容器电容量为 dSC 二 、变极距型电容传感器 电
12、容器极板间距离由初始值 d0 缩小了 d，电容量增大了 C，则有 200000000111 ddddCddCddSCCC r极板间可采用高介电常数的材料（云母、 塑料膜等）作 介质 000 ddSCgg 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 第 8 页 授课题目名称： 3.1 电容式传感器的工作原理和结构 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 4 周 课时安排 2 学时 教学目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 掌握变面积型、变介质型电容传感器的测量原理 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 变面积型、变介质型电容传感器的测量原理 难点： 柱面板
13、结构、并联柱面 结构 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 三、变面积型电容式传感器 1直线位移型 当动极板相对于定极板沿长度方向平移 x 时，则电容变化量为 d bxaCCC r )(00 2角位移型 00000 1 CCdSC r （ 1）扇形面积结构 （ 2）柱面板结构 四、 变介质型电容式传感器 1并联柱面 dDnhCdDnhdDnHdDnhHdDnhC1)(21)(2121)(212 10111 2并联平面板结构 3串联平面板结构 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 第 9 页 授课题目名称： 3.2 电容式传感器的等效电路
14、3.3 电容式传感器的测量电路 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 5 周 课时安排 2 学时 教学目的及要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 了解 电容式传感器的等效电路；掌握调频式、运算放大器式、脉冲宽度调制式测量电路 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 调频式、运算放大器式、脉冲宽度调制式测量电路 难点： 脉冲宽度调制式测量电路 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 3.2 电容式传感器的等效电路 电容的实际相对变化量为 LCCCCCe e 21 /， 表明电容式传感器的实际相对变化
15、量与传感器的固有电感 L 的角频率有关。 3.3 电容式传感器的测量电路 一、调频电路 ffLCCCCf 0021 )(21 二、 运算放大器式电路 dSCUU io 三、 二极管双 T 形交流电 桥 )( 21 CCU fMU o 四、 脉冲宽度调制电路 121 21 UCC CCU xx xxo ； 121 21 Udd ddU o ； 1USSUo 讨论、作业和思考： 作业： 其他： 第 10 页 授课题目名称： 3.4 电容式传感器的应用 第 4章电感式传感器 4.1 自感式传感器 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 周 次 第 5 周 课时安排 2 学时 教学目
16、的及要 求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 了解电容式传感器的实际应用；掌握 自感式传感器工作原理，熟悉输出特性。 教学重点、难点、关键知识点及采用的措施： 重点： 自感式传感器工作原理 难点： 自感式传感器输出特性 教学方法及手段设计：板书 多媒体辅助教学 教具 其它 （请打） 教学基本内容（提纲） 改进设想 3.4 电容式传感器的应用 一、 电容式压力传感器 二、 电容式加速度传感器 三、 差动式电容测厚传感器 第 4 章 电感式传感器 4.1 自感式传感器 一、工作原理 线圈中电感量 IWIL ， 磁路总磁阻为 00222111 2 SSlSlR m ， 2 0022 SWRWL m 表明： 当线圈匝数为常数时，电感 L 仅仅是磁路中磁阻 Rm的函数，改变 或 S0 均可导致电感变化，因此变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度的传感器和变气隙面积 S0 的传感器。 二、输出特性 00000201)(2 LSWLLL ， 灵敏度为 000 1 LLK 讨论、作业和思考： 作业： 其他：
