《傳感器原理》課程教學大綱

1、傳感器原理課程教學大綱課程編號：06031002課程名稱：傳感器原理英文名稱：Sensor Principle課程類型 : 必修課課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課總 學 時：64講課學時： 56 實驗（實踐）學時： 8學 分：4適用對象 : 儀器儀表、自動化、計算機專業(yè)先修課程：大學物理、電路基礎、電子技術基礎一、編寫說明（一）制定大綱的依據(jù)本大綱是按照大慶石油學院本科生培養(yǎng)方案 （ 04 版） ，并參照教育部制訂的有關測控技術與儀器專業(yè)本科培養(yǎng)目標和教學基本要求編寫。（二）課程簡介傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置。傳感器技術是涉及傳感

2、（檢測）原理的傳感器件。傳感器開發(fā)和應用的綜合技術，隨著現(xiàn)代測量、控制和自動化技術的發(fā)展，傳感器技術越來越受到重視。本課程系統(tǒng)的闡述了傳感器的基本原理及有關信號測量電路，內(nèi)容豐富，新穎、既有應用廣泛的結構性傳感器，又有正在發(fā)展的物性傳感器和光導纖維傳感器等。學生通過本課程的學習，可以獲得比較全面而系統(tǒng)的傳感器知識，為以后的工作打下一個堅實的基礎。（三）課程的地位與作用傳感器是現(xiàn)代檢測技術和測控系統(tǒng)的首要部件。傳感器原理是測控技術、電子信息、自動化、機械工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)技術課。（四）課程性質(zhì)、目的和任務本課程是“測控技術與儀器專業(yè)”的一門專業(yè)必修課程，通過本課程的學習使學生了解和掌握各種

3、非電量的物理信息的檢測、轉(zhuǎn)換和測量原理，為學生畢業(yè)后在各個行業(yè)從事信息檢測和處理工作打下堅實的理論基礎。（五）與其他課程的聯(lián)系是測試技術、測控電子線路等課程的先修課程。（六）對先修課的要求 本課程要求學生具有雄厚的物理學、電子技術基礎，因此需在開設完上述兩門課的基礎上才能開設此課程。二、大綱內(nèi)容第一章 傳感器的基本概念（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握傳感器及其靜態(tài)特性和動態(tài)特性的定義、靜態(tài)特性指標名稱、線性度和靈敏度的定義，了解傳感器遲滯、重復性等技術指標。（二）教學基本要求1掌握傳感器及其靜態(tài)特性和動態(tài)特性的定義2掌握傳感器中敏感元件、傳感元件、彈性元件靈敏度的定義3了解精密度、

4、準確度、精確度的定義及其關系4了解彈性元件的形式及應用范圍。（三）教學重點和難點重點：傳感器及其靜態(tài)特性和動態(tài)特性、靈敏度、線性度難點：傳感器及其靜態(tài)特性和動態(tài)特性、靈敏度、線性度（四）教學建議與說明由于本章是前言性質(zhì)的內(nèi)容，不要講述過于深奧的理論知識，應該把抽象的內(nèi)容具體化，便于學生理解和接受。（五）教學內(nèi)容傳感器的定義及組成、敏感元件、傳感元件，彈性元件、傳感器靜態(tài)特性和動態(tài)特性的定義、線性度和靈敏度、彈性敏感元件的輸入量和輸出量的類型、傳感器的分類、傳感器的數(shù)學模型。第二章 電阻式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生了解電位器及電阻應變片的結構，掌握其工作原理和工作特性，掌握信

5、號測量電路電橋。（二）教學基本要求1掌握電位器工作特性、線性和非線性電位器的定義、常用非線性電位器結構形式2掌握應變式傳感器的組成及各部分的作用3了解應變片的結構和分類，掌握廣泛使用的敏感珊形式和材料4了解電阻應變片的工作原理5掌握電阻應變片靈敏系數(shù)和橫向效應的定義、主要參數(shù)的名稱及初始電阻和允許工作電流的定義、常用的初始電阻值6掌握電阻應變片產(chǎn)生溫度誤差的主要原因及線路補償方法（ 結構和電路接法）（三）教學重點和難點重點：電位器結構和工作特性、電阻應變片靈敏系數(shù)、電阻應變片橋路難點：電阻應變片產(chǎn)生溫度誤差的主要原因及線路補償方法（四）教學建議與說明注意區(qū)分電阻應變片與電位器的差異。（五）教學

6、內(nèi)容電位器的結構、用途、分類、特性和非線性線繞電位器；電阻應變片的結構、材料、工作原理、特性、參數(shù)、溫度誤差、補償方法、測量電橋、電阻應變僅、應變式傳感器等。第三章 電容式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握電容式傳感器的結構形式及工作原理，掌握電容式傳感器的信號調(diào)理電路，了解影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施。（二）教學基本要求1掌握電容傳感器的定義2掌握變間隙式電容傳感器的工作原理、靈敏度與非線性誤差的解決辦法3掌握測量介質(zhì)介電常數(shù)變化和介質(zhì)的厚度變化的變介電常數(shù)式電容傳感器原理圖4了解電容式傳感器的優(yōu)缺點，了解分布電容對其應用的影響（三）教學重點和難點重點：電容式傳

7、感器的工作原理、等效電路，電容式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路難點：電容式傳感器的工作原理、等效電路，電容式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路（四）教學建議與說明電容式傳感器廣泛應用于位移、振動、角度、加速度等機械量的精密測量，且逐步應用于壓力、壓差、液面、料面、成分含量等方面的測量。多舉實例使學生初步掌握電容式傳感器的原理及應用。（五）教學內(nèi)容電容式傳感器的結構原理及結構形式、電容式傳感器的等效電路、電容式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路、影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施、電容式傳感器的應用第四章 電感式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握自感式和差動變壓器式電感傳感器的結構、工作原理，掌握電渦流傳感器

8、的工作原理、電渦流強度與距離（ 線圈與被測導體之間 ） 的關系、測量位移時得到較好線性度和靈敏度的條件。（二）教學基本要求1掌握單線圈變隙式和差動變隙式電感傳感器的結構、工作原理、測量范圍與靈敏度2掌握螺線管式差動變壓器傳感器的結構、線圈繞組的排列方式、工作原理、影響靈敏度的因素、改善線性度的方法、零點殘余電壓3掌握差動變壓器測量電路的名稱及差動半波整流電路4掌握電渦流式傳感器的基本結構及其與被測體經(jīng)成測量系統(tǒng)的依賴關系5掌握電渦流傳感器的工作原理、電渦流強度與距離（ 線圈與被測導體之間 ） 的關系、測量位移時得到較好線性度和靈敏度的條件6了解電渦流式傳感器用于位移測量，并配用定頻調(diào)幅式測量電

9、路的（三）教學重點和難點重點：自感式、差動式、電渦流式電容傳感器的工作原理及測量電路難點：自感式、差動式、電渦流式電容傳感器的工作原理及測量電路（四）教學建議與說明在本章中可以把測量電路與測控電子線路的內(nèi)容對比講解。（五）教學內(nèi)容單線圈變隙式和差動變隙式電感傳感器的結構、工作原理、測量電路；差動變壓器傳感器的工作原理、輸出特性、測量電路；電渦流傳感器的工作原理、電渦流強度、測量電路第五章 壓電式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握壓電式傳感器的工作原理，掌握壓電式傳感器的等效電路和信號調(diào)節(jié)電路等，使學生初步掌握壓電式傳感器的原理及應用。（二）教學基本要求1掌握壓電效應、石英晶體的

10、縱向壓電效應的定義2掌握影響石英晶體表面電荷密度大小的因素3掌握壓電陶瓷的構成、極化處理、工作原理、壓電陶瓷式傳感器的優(yōu)點4掌握壓電元件的等效電路和電荷放大電路5了解壓電式傳感器的幾種應用、優(yōu)缺點和預載概念（三）教學重點和難點重點：壓電式傳感器的工作原理、等效電路、信號調(diào)節(jié)電路難點：壓電式傳感器等效電路、信號調(diào)節(jié)電路（四）教學建議與說明壓電式傳感器是基于某些電介質(zhì)材料的壓電材料，它是典型的有源傳感器。本章著重是壓電晶體和壓電陶瓷兩類壓電材料。（五）教學內(nèi)容壓電式傳感器的工作原理、壓電材料、壓電式傳感器的等效電路、壓電式傳感器的信號調(diào)節(jié)電路。第六章 熱電式等測溫傳感器（一）教學目的和任務通過本章

11、教學，使學生掌握熱電偶和熱電阻的工作原理、結構及應用，熟悉晶體管和集成溫度傳感器；使學生了解熱電式傳感器的原理及應用。（二）教學基本要求1了解熱電阻效應及其原理2了解常用熱電阻的類型和測量范圍及其初始電阻數(shù)值3掌握熱電阻測溫原理、測溫線路及其在橋路中的接線方法（ 電路圖 ）4掌握熱電偶、熱電效應及熱端和冷端的定義5掌握熱電偶的組成及其產(chǎn)生的條件、熱電偶的測溫原理、中間導體定律6掌握選用熱電極材料的規(guī)律、選用標準、熱電偶的優(yōu)點、熱電偶按結構劃分的種類（三）教學重點和難點重點：熱電阻測溫原理、測溫線路及其接線方法；熱電偶的測溫原理、中間導體定律難點：熱電阻效應及其原理、熱電偶的測溫原理、中間導體定

12、律（四）教學建議與說明（五）教學內(nèi)容熱電阻效應及其原理、常用熱電阻的類型和測量范圍及其初始電阻數(shù)值、熱電阻測溫原理、測溫線路及其在橋路中的接線方法（電路圖） 、熱電偶、熱電效應、熱電偶的組成及其產(chǎn)生的條件、熱電偶的測溫原理、中間導體定律 熱電偶的優(yōu)點、熱電偶按結構劃分的種類第七章 光電式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握光電效應原理，掌握光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和晶體管等光電器件的結構和工作原理；使學生初步了解光電式傳感器的原理及應用。（二）教學基本要求1掌握外光電效應、光電管的結構、測量光強度的工作原理、光電陰極材料的重要性2掌握內(nèi)光電效應、光導效應（ 本征和

13、非本征）3了解半導體產(chǎn)生光導效應的臨界光波長的限制4掌握硅光電池的結構、工作原理、光電特性5了解光敏電阻的結構, 掌握光敏電阻的工作原理6掌握光敏二極管、光敏三極管的結構、工作原理、光電特性的特點（三）教學重點和難點重點：外光電效應、內(nèi)光電效應、光導效應，光電管的結構、測量光強度的工作原理難點：外光電效應、內(nèi)光電效應、光導效應（四）教學建議與說明光電式傳感器是依據(jù)光電效應、利用光電器件將光學量轉(zhuǎn)換成電學量的傳感器。本章在闡述光電效應原理的基礎上，重點介紹光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管等光電器件的應用實例，使學生初步了解光電式傳感器的原理及應用（五）教學內(nèi)容外光電效應、光電管的結構、測

14、量光強度的工作原理、光電陰極材料、光電管的光譜特性、光電特性和暗電流、光電倍增管的結構圖、光電倍增管的特性、內(nèi)光電效應、光導效應 （ 本征和非本征） 、光敏電阻的結構、光敏電阻的工作原理、光敏二極管的結構、工作原理第八章 磁電式傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生掌握霍爾式傳感器、動圈式磁電傳感器和磁阻式磁電傳感器的工作原理和結構、信號調(diào)節(jié)電路、頻率響應特性；使學生初步了解磁電式傳感器的原理及應用。（二）教學基本要求1掌握霍爾效應的物理解釋2了解影響霍爾電勢大小的因素3掌握霍爾元件外形結構、基本測量電路4熟悉用霍爾元件測量微位移的原理5掌握動圈式磁電傳感器的工作原理和結構、信號調(diào)節(jié)電

15、路、頻率響應特性6掌握磁阻式磁電傳感器的工作原理和結構、信號調(diào)節(jié)電路、頻率響應特性（三）教學重點和難點重點：霍爾效應、霍爾元件基本測量電路、動圈式磁電傳感器和磁阻式磁電傳感器的工作原理和結構、信號調(diào)節(jié)電路、頻率響應特性難點：霍爾效應、霍爾元件基本測量電路（四）教學建議與說明磁電式傳感器也稱為電磁感應傳感器，是基于電磁感應原理，將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應電動勢的傳感器。在教學時應先熟悉電磁感應。（五）教學內(nèi)容霍爾效應、霍爾電勢大小的因素、霍爾元件外形結構、基本測量電路、動圈式磁電傳感器和磁阻式磁電傳感器的工作原理和結構、信號調(diào)節(jié)電路、頻率響應特性第九章 輻射式傳感器（一）教學目的和任務通過本章

16、教學，使學生掌握紅外輻射、核輻射、超聲波和激光傳感器的基本結構和工作原理，熟悉它們的應用。（二）教學基本要求1掌握紅外輻射的基本定律2了解紅外探測器的組成結構3掌握超聲波的基本特性及物理性質(zhì)4了解超聲波傳感器的結構5掌握核輻射的物理特性，了解核輻射傳感器的組成結構6了解激光的特性，熟悉激光器及其特性（三）教學重點和難點重點：紅外輻射基本定律、超聲波基本特性、核輻射的物理特性、激光的特性難點：紅外輻射基本定律、超聲波基本特性、核輻射的物理特性、激光的特性（四）教學建議與說明本章內(nèi)容較多，涉及大學物理知識較多，應布置學生復習相關知識。（五）教學內(nèi)容紅外輻射的基本定律、紅外探測器的組成結構、超聲波的

17、基本特性及物理性質(zhì)、超聲波傳感器的結構、核輻射的物理特性、核輻射傳感器的組成結構、激光的特性、激光器及其特性、輻射式傳感器的應用。第十章 新型傳感器（一）教學目的和任務通過本章教學，使學生明確新型的傳感器在不斷出現(xiàn)，在實際工作中應了解傳感器技術的進展，選用合適的傳感器，構造合理、實用的檢測系統(tǒng)。本章對各種新型傳感器作簡略介紹，指導學生進行自學。（二）教學基本要求1了解傳感器的發(fā)展趨勢2熟悉目前出現(xiàn)的新型傳感器的類型3熟悉新型傳感器的特點（三）教學重點和難點（四）教學建議與說明本章課時較少，內(nèi)容較多，涉及面廣，對部分內(nèi)容只作概要性介紹，指導學生自學。（五）教學內(nèi)容光導纖維傳感器、激光傳感器、仿生

18、傳感器、智能傳感器、固態(tài)圖象傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器等三、實驗（實踐）環(huán)節(jié)及要求第一次實驗應變式傳感器實驗要求：1 .熟悉傳感器實驗臺2 .完成應變式傳感器的安裝，電路連接3 .實驗并分析討論實驗結果，完成實驗報告第二次實驗電感式傳感器實驗要求：1 .觀察差動變壓器（電感式傳感器）的結構2 .完成傳感器的安裝、測量電路的連接、檢查正確性3 .實驗并分析討論實驗結果，完成實驗報告第三次實驗熱電式傳感器實驗要求：1 .熟悉熱電偶的結構和特性2 .完成熱電偶的安裝、電路連接、并正確設置控制臺的報警溫度3 .實驗并分析討論實驗結果，完成實驗報告第四次實驗 磁電式傳感器實驗要求：1 .觀察霍爾式傳感器的結構2 .完成傳感器的安裝、電路連接3 .實驗并分析討論實驗結果，完成實驗報告。四、習題、課程討論及要求作業(yè)次數(shù)為1/6總學時，每次題量為12道題。通過作業(yè)，使學生及時復習所學過 的重點內(nèi)容。五、教學方法與手段在講解中要著重講明物理概念，聯(lián)系實際，講清結構，原理，特性，不必進行復雜的 數(shù)學推導，可直接引用公式 。力求重點突出，由淺入深，便于學生掌握。六、各教學環(huán)節(jié)學時分配序早下內(nèi)容學時分配合講課習題課討論課實驗（上機）其他1A章傳感器的基本概念332第F電阻式傳感器6283第三章電容式傳感器664第四章電感式傳感器82105第五章壓電式傳感器556用