《傳感器與檢測技術》教學教案集

《傳感器與檢測技術》教案

□優(yōu)秀教學案集

□一線教師撰寫

《傳感器與檢測技術》課程

教案首頁

授課教師班級學時2授課日期

。多媒體教

項目一一傳感器與檢測技術基礎

主題或任務課型專業(yè)課授課地點室

任務一一傳感器的認知0企業(yè)O專

業(yè)教室。實訓

室

（從知識、技能、素質三方面說明）1.

認識傳感器

教學目標2.掌握傳感器的基本知識

4.培養(yǎng)學生愛國情懷、敬業(yè)精神

1.傳感器的基本認識重重點、難點：

2.傳感器的定義、組成點1?傳感器的定義、組成

學習內容

3.傳感器的分類、應用難

點

素①文本素材C）實物展示。PPT幻燈

0?論講授。卜組討論■頁目教學

材片

教學方法Q任務驅動。參觀教學。模擬教學

資。音頻素材0視頻素材c??畫素材

。實驗實訓C啟發(fā)提問教學。其他______

源C圖形/圖像素材C網絡資源0其他

課前準備D傳感器的基本認識

教師提出問題，學生利用互聯網、網2）傳感器的定義、組成

絡課程平臺等進行學習，尋找答案3）傳感器的分類

課堂實施3.解決任務

1.提出任務同學分組討論，發(fā)言解釋傳感器的作

引入案例，例如自動化生產線由工件傳用，教師根據發(fā)言進行歸納

教學設計送系統和控制系統組成，實現產品生產過程課后拓展

的自動化。傳感器在其中是什么作用？學生進行線上自測，鞏固知識，提高

2.答疑解惑能力

師生共同討論學習以下內容：

學習評價C行為表現O課堂作業(yè)/M驗測試。制作作品。其他___________

作業(yè)題目線上測試

雙語教學

教學內容教學設計

項目1傳感器與自動檢測數據處理一、情景設計：信

息化教學+投影

任務L1傳感器的認知

二、方法設計：

任務驅動+問題引導+

☆本次任務：傳感器的認知分組討論+練習法

☆任務提出：傳感器技術是測量和控制技術的基礎，廣泛使用，例如自

三、過程設計：

動化生產線由工件傳送系統和控制系統組成，實現產品生

第一部分：課前準備

產過程的自動化，傳感器在其中是什么作用？

第二部分：課堂實施

☆擬解決問題：1、幫助學生了解傳感器的使用，定義及組成。①復習+導入

2、幫助學生了解傳感器的分類。②提出任務

③分析討論

第一部分：課前準備④解決任務

⑤總結評價

教師線上提出問題：第三部分：課后拓展

1）你見過傳感器嗎？

2）同學對傳感器有哪些認識？

3）傳感器有什么應用？教師利用網教平臺課

學生利用互聯網、網絡課程平臺等進行學習，尋找答案

前發(fā)布問題

第二部分：課堂實施

☆提出任務：學生利用微課、電子

自動化生產線由工件傳送系統和控制系統組成，實現產品生產過程的自動圖書、網教平臺等各

化，傳感器在其中是什么作用？種網絡資源自學

拓展學習空間，提高

☆分析討論：

學習興趣

問題1：傳感器在自動化系統和機器人技術中有什么作用？

感官視頻、圖片展示傳感考

外

界的應用

對

象學生討論傳感器的作

用，認識傳感器

1-1人體與自動控制系統的對應關系

人們把電子計算機比作人的大腦，把傳感器比作人的五種感覺器官,執(zhí)介紹黃大年"地球深

行器比作人的四肢。盡管傳感器與人的感覺器官相比還有許多不完善的地方，但部探測儀器”激發(fā)學

傳感器在諸如高溫、高濕、深井、高空等環(huán)境及觴度、高可靠性、遠距離、超紐生愛國情懷'甘于奉

獻，敬業(yè)精神

微等方面所表現出來的能力是人的感官所不能代替的。傳感器的作用包括信息的收

集、信息數據的交換及控制信息的采集三大內容。

問題2：傳感的應用

(1)傳感器在工業(yè)檢測和自動控制系統中的應用

(2)傳感器在汽車中的應用

(3)傳感器在家用電器中的應用

(4)傳感器在機器人中的應用

通過大量案例引導學

傳感器在醫(yī)學中的應用

生討論總結什么是傳

(6)傳感器在環(huán)境保護中的應用

(7)傳感器在航空航天中的應用

(8)傳感器在遙感技術中的應用

(9)傳感器在軍事方面的應用

問題3：傳感器的定義及組成1、

傳感器的定義

根據中華人民共和國國家標準(GB7665-1987),傳感器是能夠感受規(guī)定的

被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。對此定義需要明確

以下幾點：

(1)傳感器是一種能夠檢測被測量的器件或裝置；

(2)被測量可以是物理量、化學量或生物量等；

(3)輸出信號要便于傳輸、轉換、處理、顯示等，一般是電參量；

(4)輸出信號要正確地反映被測量的數值、變化規(guī)律等，即兩者之間要有

確定的對應關系，且應具有一定的精確度。

2、傳感器的組成

傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測量電路組成。如圖1-4所示。

被測最------------------------------------電參量

敏感元件轉換元件轉換電路

圖1-4傳感器的組成框圖

(1)敏感元件

敏感元件是直接感受被測量,并輸出與被測量成確定關系的其他物理量的元件。

如后續(xù)章節(jié)要介紹的對力敏感的電阻應變片、對光敏感的光敏電阻、對

溫度敏感的熱敏電阻等。簡單介紹傳感器分類

（2）轉換元件告訴學生學習本課程

轉換元件也叫傳感元件，是將敏感元件的輸出量轉換成電參量（電阻、電容等）方法：按照被測物理

的元件。有些傳感器的敏感元件和轉換元件合二為一，它感受被測量并直接輸出電量項目化學習。

參量，如熱電偶等：有些傳感器，轉換元件不止一個，要經過若干次轉換。

（3）轉換電路

轉換電路將轉換元件輸出的電參量轉換為電壓、電流或電頻率的電路。如

果轉換元件的輸出已經是電壓、電流或電頻率，則不需要轉換電路。

問題4：傳感器的傳感器的分類

（1）按照被測量分類

（2）按照測量原理分類

☆解決任務：

傳感器就像人的眼睛、耳朵等感覺器官，是自動線的檢測元件，能檢測到規(guī)定根據以上所學知識，

的被測量并將其轉換成符合工程技術要求的電信號。自動線上常使用的傳感器有電學生分組討論，學生

感式傳感器、電容式傳感器、光纖式傳感器、干簧管、編碼器等。每種傳感器的使用代表講解傳感器的作

場合與要求不同，檢測距離、安裝方式、輸出接口電器特性不同，在安裝調試中，用

需要與執(zhí)行機構、控制器等設備綜合考慮。教師點評并指出改進

的方向。

☆總結評價：

學習小結

強調本次課重點

（1）傳感器的認識

1）傳感器的概念

2）傳感器的組成

（2）傳感器的分類

學生利用網絡在線

第三部分：課后拓展測減展學習，提高能

力

1.生活中還有哪些地方使用傳感器？

2.總結自己所接觸到的傳感器都有哪些？

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授課教師班級學時2授課日期

項目--傳感器與檢測技術基礎C多媒體教室。企業(yè)

主題或任務課型專業(yè)課授課地點0專業(yè)教室。實訓室

任務一檢測系統與信號處理

（從知識、技能、素質三方面說明）1.

掌握傳感器的基本特性知識

教學目標

2.會用基本特性進行傳感器的選擇

3.教育學生誠實守信

1.傳感器的基本特性

2.傳感器的標定重1.傳感器靜態(tài)特性七個指標的含義

點

學習內容

難

點

素

C理論講授。卜組討論。目教學C文本素材O實物展示。PPT幻燈片

材

教學方法。任務驅動Ce發(fā)提問教學O模擬教學。音頻素材C視頻素材C動畫素材

資

。實驗實訓。演示教學。其他_______C圖形/圖像素材C網絡資源。其他

源

課前準備1）傳感器的基本特性

教師提出問題，學生利用互聯網、網

2）傳感器靜態(tài)特性各指標含義

絡課程平臺等進行學習，尋找答案

3）傳感器的分類

課堂實施

3.解決任務

教學設計1.提出任務

同學分組討論，發(fā)言解釋傳特性指標作用

怎樣去判斷信號是否準確

的作用，教師根據發(fā)言進行歸納

2.答疑解惑

課后拓展

師生共同討論學習以下內容：

學生進行線上自測，鞏固知識，提高能力

學習評價a亍為表現。課堂作業(yè)e≡驗測試。制作作品。其他___________

作業(yè)題目線上測試

雙語教學傳感器(TranSdUCer/Sensor)

教學內容教學設計

項目1傳感器與檢測技術基礎

一、情景設計：

任務1.2檢測系統與信號處理信息化教學+投影

第一部分：課前準備二、方法設計：任

教師線上提出問題：務驅動+問題引導+

分組討論+練習法

D傳感器的輸入輸出應該滿足什么條件？

2）傳感器特性是指什么？

三、過程設計：第

學生利用互聯網、網絡課程平臺等進行學習，尋找答案

一部分：課前準備

第二部分：課堂實施第二部分：課堂實

施

☆提出任務：

①復習+導入

傳感器所要測量的信號可能是恒定量或緩慢變化的量，也可能隨時間變化較

②提出任務

快，無論哪種情況，使用傳感器的目的都是使其輸出信號能夠準確地反映被測量的數

③分析討論

值或變化情況。怎樣去判斷信號是否準確？④解決任務

☆分析討論：⑤總結評價

第三部分：課后拓

問題1：傳感器的基本特性

展

傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關系，它有靜態(tài)、動態(tài)之分。靜特性

是指當輸入量為常量或變化極慢時，即被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出關

系。動態(tài)特性是描述傳感器在被測量隨時間變化時的輸出和輸入的關系。對于加速度

教師利用網教

等動態(tài)測量的傳感器必須進行動態(tài)特性的研究,通常是用輸入正弦或階躍信號時傳感平臺課前發(fā)布問

器的響應來描述的，即傳遞函數和頻率響應?這里僅介紹傳感器靜特性的一些指標。題學生利用微課、

1.線性度電子圖書、網教平臺

傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標準條件下，利用一定等級的校準設備對傳感器進等各種網絡資

源自學

行往復循環(huán)測試，得出輸出-輸入特性（列表或曲線）。實際曲線與其兩個端點連

拓展學習空間，提

線（擬合曲線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其最大偏差與理論滿量

高學習興趣

程之比作為評價線性度（或非線性誤差）的指標。

2.遲滯

舉例引出特性的

傳感器在正向行程（輸入量增大）反向行程（輸入量減?。┲休敵鲚斎肭?/p>

重要性

線不重合稱為遲滯，

產生遲滯的原因是：傳感器的機械部分、結構材料方面存在不可避免的弱

點，如軸承摩擦、間隙等。

3.重復性

重復性是指傳感器的輸入量按同一方向變化，作全量程連續(xù)多次測量時所

得到的曲線不一致的程度。通過圖例引導學

4.靈敏度生討論總結個指

傳感器輸出的變化量Ay與引起該變化量的輸入量變化?x之比即為其靜標含義。

態(tài)靈敏度。表達式為

K=包

?,r

即傳感器的靈敏度就是校準曲線的斜率。介紹部分企業(yè)

線性傳感器特性曲線的斜率處處相同，靈敏度K是常數。以擬合直線作為其特環(huán)保數據造假，傳

性的傳感器，也可認為其靈敏度為一常數，與輸入量的大小無關。非線性傳感器的靈感器探頭加濾

敏度不是常數，應以dy/dx表示。紙或調低靈敏度，

5.分辨力和閾值使監(jiān)測數據達標。弓I

分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。分辨力可用絕對值表示，導學生做人要

也可用與滿量程的百分數表示。遵紀守法，做良

當一個傳感器的輸入從零開始極緩慢地增加，只有達到了某一最小值后，才心企業(yè)。

能測出輸出變化，這個最小值就稱為傳感器的閾值。事實上閾值是傳感器在零點附

近的分辨力。

分辨力說明了傳感器可測出的最小可測出的輸入變量，而閾值則說明了傳

感器的可測出的最小輸入量。

6.穩(wěn)定性

穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性之分。傳感器常用長期穩(wěn)定性描述其穩(wěn)定

性，它是指在室溫條件下，經過相當長的時間間隔，如一天、一月或一年，傳感

器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異。通常又用其不穩(wěn)定性來表征其輸出的穩(wěn)

定程度。

7.漂移

漂移指在一定時間間隔內，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關的、不

需要的變化。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移。

零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移（時漂）和溫度漂移（溫漂）時

漂是指在規(guī)定條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂為周圍溫度變化引起

的零點或靈敏度漂移。

☆解決任務：

根據以上所學知

傳感器使用過程中，選擇的傳感器要滿足技術指標要求，保證測試能夠準

識，

確順利完成。

學生分組討論，學

☆總結評價：

生代表講解傳感器

1?學習小結

的特性指標可以反

（1）傳感器的特性映輸入輸出關系。

1）靜態(tài)特性教師點評并指出

2）動態(tài)特性改進的方向。

（2）靜態(tài)特性個指標含義

2.學生評價再次強調本次課

第三部分：課后拓展重點

如何選用傳感器？

學生利用網絡

在線測試拓展學

習，賞能力

《傳感器與檢測技術》課程教案首頁

授課教師班級學時2授課日期

項目力的）險測

餞媒體教室。企業(yè)

主題或任務任務——物體重直1檢測

課型C業(yè)課授課地點O專業(yè)教室O實訓室

（電阻應變式傳感i器測力）

知識目標技能目標素養(yǎng)目標

1）掌握應變片的使用技能

教學目標1）理解電阻應變片原理1）培養(yǎng)分析能力嚴謹工程素養(yǎng)

2）分析電阻應變式傳感器

2）會計算轉換電路2）加強團隊意識職業(yè)道德意識

的應用

1）電阻應變式傳感器測力的工作原理重點：

重

2）電阻應變片原理1）電阻應變式傳感器的工作原理

點

學習內容3）轉換電路的算法和應用2）電橋測量電路的作用及分析

難難點：

點

電阻應變片測力的工作原理

素

C理論講授。卜組討論C?目教學0文本素材彼物展示。PPT幻燈片

材

教學方法0任務驅動OB發(fā)提問教學礴擬教學0音頻素材砌頻素材Q?畫素材

資

C啟發(fā)提問教學0演示教學。其他________C圖形/圖像素材C網絡資源。其他

源

課前準備1）電阻應變傳感器測力原理

教師提出問題，學生利用互聯網、網2）電阻應變片原理

絡課程平臺等進行學習，尋找答案3）轉換電路的算法和應用

課堂實施3.解決任務

教學設計1.提出任務同學分組討論，發(fā)言解釋電子稱進行稱重

引入案例，提出電子稱如何進行稱重的原理，教師根據發(fā)言進行歸納

的任務課后拓展

2.答疑解惑教師提出課后拓展題目，學生鞏固知識，

師生共同討論學習以下內容：提高能力

學習評價C行為表現嗨堂作業(yè)C≡驗測試。制作作品。其他____________

作業(yè)題目線上測試

教學內容教學設計

項目2力的檢測

一、情景設計：信

任務2.1物體重量檢測息化教學+投影

(電阻應變式傳感器測量力)

二、方法設計：

復習+導入任務驅動+問題引導+

.上一任務：任務1.1傳感器認識、任務1.2傳感器特性分析分組討論+練習法

?任務描述：傳感器的定義、組成、分類及應用；傳感器的基本特性、標

定。三、過程設計：

?待解決問題：1、什么是傳感器？有哪些應用？第一部分：課前準備

2、傳感器有哪幾部分組成？如何分類？第二部分：課堂實施

3、傳感器的基本特性是什么？如何標定？①復習+導入

☆本次任務：電阻應變式傳感器測量力②提出任務

☆擬解決問題：1、使學生了解電阻應變式傳感器的組成、工作原理。③分析討論

④解決任務

2、使學生了解測量電路的原理。

⑤總結評價

3、使學生了解電阻應變式傳感器的應用。

第三部分：課后拓展

第一部分：課前準備

教師利用網教平臺課

前發(fā)布問題

教師線上提出問題：

1)稱重有哪些方法？

學生利用微課、電子

2)有哪些種類的電子稱？

3)電子稱可以在哪些地方使用？圖書、網教平臺等各

4)電子稱使用什么傳感器？種網絡資源自學

學生利用互聯網、網絡課程平臺等進行學習，尋找答案拓展學習空間，提高

學習興趣

第二部分：課堂實施

學習目標：

【知識目標】

(1)理解電阻應變片原理(2)會計算轉換電路

【技能目標】

(1)掌握應變片的使用技能(2)分析電阻應變式傳感器的應用

【素養(yǎng)目標】

(1)培養(yǎng)分析能力及嚴謹工程素養(yǎng)(2)加強團隊意識及職業(yè)道德意識

學習重點：

(1)電阻應變式傳感器的工作原理(2)電橋測量電路的作用及分析

學習難點：

電阻應變片測力的工作原理

☆提出任務：

常見的電子秤使用電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器將被測量的變化轉化部分商販電子稱缺斤

短兩，引導學生做人

為電阻應變片電阻值的變化,進而通過電路變成電壓或電流信號輸出的一類傳感器。

要誠信

☆分析討論：

問題1：電阻應變式傳感器如何稱重？

電阻應變式傳感器利用的是應變效應，通過應變片和彈性元件將機械構件

的應變或應力轉換為電阻的變化再進行電量測量的裝置。

務雌動迺演丕引導

學生分組討論電阻應

變式傳感器測力的原

彈性ε電阻應變

F-理

P敏感元件應變片電橋U

引導復習知識：

電

F與ε的關系

阻應變式傳感器原理框圖

電阻應變式傳感器是通過彈性敏感元件將外部的應力轉換成應變3再根據F

ε=

電阻應變效應，由電阻應變片將應變轉換成電阻值的微小變化△1?,通過測量電橋AE

提問：ε與Δ7?的關

轉換成電壓或電流的輸出。

系？

問題2:工作原理分析？引導學生理解電阻應

1、金屬電阻應變效應變式傳感器測力的原

理

導體在外力作用下產生機械變形時，它的電阻值也相應地發(fā)生變化，這一

物理現象稱為電阻應變效應。

2、金屬電阻應變片工作原理

金屬導體的電阻與材料、長度、截面積和溫度有關。在溫度一定時，其

播放實驗動畫

電阻定律為提問：①電阻絲電阻

R=Pl如何變化？②公式是

S什么？

引導學生討論理解電

式中，偽導體的電阻值；/為導體的長度；陶導體的截面積；P為導體的

阻應變效應

電阻率。

當沿金屬絲的長度方向均勻受力時，上式的3S、p都將發(fā)生變化，從而導實用角度不推過程直

致電阻值R發(fā)生變化。利用材料力學的知識，通過理論上的公式推導，并經過大量接給結果

的實驗證明，可以得到：電阻絲電阻的相對變化A研與益的關系在很大范圍內

是線性的，即（提問：￡與

△R的關系？）

—=Ke

--得到答案

式中KS是一個與材料固有特性有關的一個常數，稱為電阻單絲的靈敏

度。

3、結論：應變與電阻變化率呈線性關系。

問題3:理解金屬電阻應變片的結構？

1、應變片的結構

如圖所示，有絲式、箔式和薄膜式。

電阻應變片由基底、敏感柵、覆蓋層、引出線等組成，它的基本結構如圖1所示。圖片展示電阻應變片

的結構

學生講解結構

1電阻應變片的結構

多媒體圖片擴充知識

I-引線；2一覆蓋層；3一敏感柵；4一基底

面

基底一保持電阻絲固定的形狀、尺寸和位置。一般為紙或膠片物質，厚度b為

O.02~0.04mm。

敏感柵一一實現應變（長度的相對變化）電阻轉換的敏感元件。其電阻值一

般在100Ω以上。

落至且田幺Hl膠做成覆蓋在電阻絲上的保護層，起防潮、防蝕、防損等作

用。

引線一一它起著敏感柵與測量電路之間的過渡連接和引導作用。

根據敏感柵材料的不同，應變片主要分為金屬電阻應變片和半導體應變片兩大

類。

2、應變片的主要參數

（1）電阻值：應變片的原始電阻值。

（2）靈敏系數K

K為金屬應變片的靈敏系數，表示應變片變換性能的重要參數。

（3）其它表示應變片性能的參數（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲

勞壽命、橫向靈敏度等）

概括性介紹

問題4:測量轉換電路的設計？

1、直流電橋

圖2-是直流電橋的基本形式。后、用、底用稱為橋臂電阻，6為電橋激勵電壓源。

a

Ed

提問：由于機械應變

一般都很小，要方便

、______________1

測量應選什么轉換電

路？

圖2直流電橋

虛擬仿真實驗視頻

當電橋輸出端6、d接入輸入阻抗較大的儀表或放大器時,可視為開路，輸提問：①如何用電路

出電流為零，輸出電壓為α。此時輸出電壓知識推導公式驗證實

驗？②不同橋式電

LV-R,凡L

E=U-U\='-1E=132aE

路有什么特點？

。噸0dR+RR+R-(R+R)(K+R)'

234/1234

由上式可見，欲使輸出電壓為零，即電橋平衡，應滿足

ARS=T^R2

實際的測量電橋往往取4個橋臂的初始電阻相等，即

R]=R2=Ry=R4=R

稱為全等臂電橋。此時可得