傳感器技術(shù)及應(yīng)用 教案 項目六　濕度與氣體成分測量

教學(xué)內(nèi)容任務(wù)一濕度傳感器課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)濕度的基本概念濕度的特性濕度傳感器分類能力目標(biāo)1.理解濕度檢測的概念；2.能為實際需要選擇正確的濕度傳感器素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)仔細(xì)觀察、做好記錄的習(xí)慣，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。2.學(xué)會通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，實現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)舉一反三，養(yǎng)成查閱資料的習(xí)慣。3.培養(yǎng)獨(dú)立思考的習(xí)慣和合作學(xué)習(xí)的精神。教學(xué)重點濕度傳感器分類教學(xué)難點濕度傳感器基本概念教學(xué)策略教法學(xué)法討論、互動式、案例式與多媒體教學(xué)，多種教學(xué)方法相結(jié)合。教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入人類的生存與社會活動跟濕度密切相關(guān)，隨著現(xiàn)代化、智能化的實現(xiàn)，很難找出一個與濕度無關(guān)的領(lǐng)域來。今天我們將學(xué)習(xí)濕度的檢測方法——濕度傳感器。在學(xué)習(xí)新知識內(nèi)容之前我們先來看以下圖片，請同學(xué)們思考它們的應(yīng)用領(lǐng)域。學(xué)生思考，回答問題。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一、濕度的基本概念1、濕度定義：濕度是表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下和在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕。空氣的干濕程度叫做“濕度”。通常用絕對濕度、相對濕度和露點（或露點溫度）來表示。（1）絕對濕度絕對濕度是指單位體積的氣氛中水蒸氣的質(zhì)量，其表達(dá)式為Ha= (6-2-1)式中，mv為待測氣氛中的水蒸氣質(zhì)量；V為待測氣體的總體積。（2）相對濕度相對濕度為待測環(huán)境中水蒸氣分壓與相同溫度下水的飽和水蒸氣壓的比值的百分?jǐn)?shù)。這是一個無量綱量，常表示為％RH，其表達(dá)式為Hr= (6-2-2) 式中，Pv為待測環(huán)境的水蒸氣分壓；Pw為待測環(huán)境溫度相同時水的飽和水蒸氣壓。3、露點定義：在一定大氣壓下，將含水蒸氣的空氣冷卻，當(dāng)降到某溫度時，空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開始從氣態(tài)變成液態(tài)而凝結(jié)成露珠，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露，此時的溫度稱為露點或露點溫度。如果這一特定溫度低于0℃，水蒸氣將凝結(jié)成霜，此時稱其為霜點。通常對兩者不予區(qū)分，通稱為露點，其單位為℃。二、濕度的測量方法（1）伸縮法（2）干濕球法（3）冷凝露點法（4）氯化鋰露點法三、濕度傳感器特性1、濕敏元件：是指對環(huán)境濕度具有響應(yīng)或?qū)穸绒D(zhuǎn)換成相應(yīng)可測信號的元件。2、濕度傳感器：是由濕敏元件及轉(zhuǎn)換電路組成的，具有把環(huán)境濕度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕哪芰Α?、濕度傳感器的主要特性有以下幾點：（1）感濕特性：濕度傳感器的特征量（如電陽阻、電容、頻率等）隨濕度變化的關(guān)系，常用感濕特征量和相對濕度的關(guān)系曲線來表示。（2）濕度量程：表示濕度傳感器技術(shù)規(guī)范規(guī)定的感濕范圍。全量程濕度為（O～100)%RH。（3）靈敏度：濕度傳感器的感濕特征量（如電陽、電容等）隨環(huán)境濕度變化的程度，也是該傳感器感濕待性曲線的斜率。（4）濕滯特性：濕度傳感器在吸濕過程和脫濕過程中吸濕與脫濕曲線不承合，而是一個環(huán)形回線，這一特性就是濕滯特性。（5）響應(yīng)時間：在一定環(huán)境溫度下，當(dāng)相對濕度發(fā)生躍變時，濕度傳感器的感濕特征量達(dá)到穩(wěn)定變化量的規(guī)定比例所需的時間。一般以相應(yīng)的起始濕度和終止?jié)穸冗@一變化區(qū)間的90％的相對濕度變化所需的時間來計算。（6）感濕溫度系數(shù)：當(dāng)環(huán)境濕度恒定時，溫度每變化1℃所引起的濕度傳感器感濕特征氓的變化量。（7）老化特性：濕度傳感器在一定溫度、濕度環(huán)境下存放一定時間后，其感濕特性將發(fā)生變化的特性。三、濕度傳感器分類1、按輸出的電學(xué)量可分為電阻型、電容型、頻率型等；2、按探測功能可分為絕對濕度型、相對濕度型、結(jié)露型等；3、按材料可分為陶瓷型、有機(jī)高分子型、半導(dǎo)體型、電解質(zhì)型等。四、濕度傳感器的應(yīng)用1.氣候監(jiān)測2.溫室養(yǎng)殖3.工業(yè)生產(chǎn)4.物品儲藏5.精密儀器的使用保護(hù)（1）跟隨老師思路認(rèn)真聽講。（2）認(rèn)真思考，回答老師提問。（1）跟隨老師思路認(rèn)真聽講。（2）認(rèn)真思考，回答老師提問。（1）跟隨老師思路認(rèn)真聽講。（2）認(rèn)真思考，回答老師提問。教學(xué)反饋及檢測濕度傳感器檢測的應(yīng)用1、紡織行業(yè)的應(yīng)用：對紡織纖維性能的影響。在相對濕度增大時，由于纖維吸濕后的分子間距離增大，故纖維的硬度和脆性隨之降低，使纖維的柔軟性大為改善。其次，機(jī)械表面與纖維間的摩擦或纖維間的相互摩擦，不可避免的會引起纖維帶電，當(dāng)纖維與機(jī)體帶有不同電荷時，會妨礙纖維的拉伸、梳理、交織、卷繞過程的順利進(jìn)行。提高空氣的相對濕度，可以使纖維的比電阻降低，以增加電荷散逸的速度，從而消除靜電。2、空氣濕度調(diào)節(jié)的應(yīng)用：人對環(huán)境濕度的反應(yīng)是非常明顯的，當(dāng)環(huán)境濕度過低時，體表汗液蒸發(fā)量增加，皮膚會感覺過于干燥。而濕度過大時，體表出的汗不能及時、充分地蒸發(fā)掉，積于皮膚表面，使人體不舒適感覺加大。因此，為了提高人體熱舒適性，應(yīng)正確控制室內(nèi)相對濕度值。一般人在45-55%的相對濕度下感覺最舒適。3、通信、電子制造行業(yè)的應(yīng)用：在這些行業(yè)中為避免因空氣干燥引起靜電，燒壞電路板，造成線路癱瘓，從而引發(fā)事故，同時保持設(shè)備的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，延長設(shè)備的使用壽命，通信、電子制造行業(yè)對環(huán)境相對濕度和溫度有著嚴(yán)格的要求。課堂小結(jié)1.濕度的概念及檢測方法；2.濕度傳感器的工作原理及分類；3.濕度傳感器的實際應(yīng)用。作業(yè)布置教學(xué)反饋及檢測教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容任務(wù)二氣敏傳感器課時2教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.理解氣敏傳感器的工作原理；2.掌握氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及分類；3.了解氣敏傳感器的實際應(yīng)用。能力目標(biāo)1.能識別各種氣敏傳感器；2.能利用氣敏傳感器檢測酒精濃度。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)多角度分析問題和解決問題的能力；2.鼓勵學(xué)生積極通過實際生產(chǎn)、生活中的實例達(dá)到學(xué)習(xí)知識技能的目的。教學(xué)重點氣體傳感器的種類教學(xué)難點氣體傳感器的種類教學(xué)策略教法學(xué)法討論、互動式、案例式與多媒體教學(xué)，多種教學(xué)方法相結(jié)合教學(xué)手段教具準(zhǔn)備課件，多媒體，ppt，圖片，動畫，視頻教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動教學(xué)引入在我們?nèi)粘Ｉ钪写蠹叶家娺^查酒駕的，交警會讓駕駛員對著一個儀器吹氣，從而檢測駕駛員是否是酒駕。今天我們將學(xué)習(xí)氣體成分、濃度的檢測方法——?dú)饷魝鞲衅?。學(xué)生思考，列舉生活中有關(guān)濕度的應(yīng)用實例。教學(xué)過程教學(xué)要點及教師活動學(xué)生活動一、氣敏傳感器的工作原理氣敏傳感器是用來檢測氣體類別、濃度和成分的傳感器。它將氣體種類及其濃度等有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱便可獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息。二、氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及分類1.氣敏傳感器的分類由于氣體種類繁多,性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體，因此，能實現(xiàn)氣——電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多，按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類。目前實際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。2.半導(dǎo)體氣敏傳感器原理半導(dǎo)體式氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件（主要是金屬氧化物）同氣體接觸，造成半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化的原理來檢測特定氣體的成分或者濃度。3.半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)4.半導(dǎo)體氣敏傳感器分類（1）按照半導(dǎo)體變化的物理特性，可分為電阻型和非電阻型。（2）電阻型半導(dǎo)體氣敏元件也簡稱為氣敏電阻，其工作原理是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。三、氣敏傳感器的應(yīng)用1.檢漏儀或稱探測器2.報警器這類儀器是對泄漏氣體達(dá)到危險限值時自動進(jìn)行報警的儀器。3.自動控制儀器它是利用氣敏元件的氣敏特性實現(xiàn)電氣設(shè)備自動控制儀器。如電子灶烹調(diào)自動控制，換氣扇自動換氣控制等。4.測試儀器它是利用氣敏元件對不同氣體濃度關(guān)系來測量、確定氣體種類和濃度。這種應(yīng)用氣敏元件的性能要求較高，測試部分也要配以高精度測量電路。（1）跟隨老師思路認(rèn)真聽講。（2）認(rèn)真思考，回答老師提問。（1）跟隨老師思路認(rèn)真聽講。（2）認(rèn)真思考，回答老師提問。認(rèn)真思考，回答問題。教學(xué)反饋及檢測氣敏傳感器檢測應(yīng)用家用可燃?xì)怏w報警器，如圖所示是一種最簡單的家用可燃?xì)怏w報警器電路。氣——電轉(zhuǎn)換器件采用測試回路高電壓的直熱式氣敏元件TGS109?，F(xiàn)代汽車中，電噴系統(tǒng)為獲得高排氣凈化率，降低排氣中（CO）一氧化碳、（HC）碳?xì)浠衔锖停∟Ox）氮氧化合物成份，必須利用三