教 案
201 年 月 日 第 周 累计第 个教案 课时 课题 目 的 要 求 知 识 目 标 第一章 1．掌握传感器的定义 2．掌握传感器的典型分类方法 3．了解传感器的基本特性 4．掌握传感器的静态和动态特性 培养学生的理解与记忆能力 课型 能 力 目 标 思想教育 重 点 难 点 分 析 严谨的学习态度和习惯 重点：1、传感器的静态特性 2、传感器的动态特性 难点：传感器的动态特性分析 讲授 教学方法 教具学具与 实验准备 组织教学 时间 系 班级 缺课学生名单
教 学 内 容 及 步 骤 第一章 概述—传感器技术基础知识 1.1传感器的定义及组成 1.1.1 定义 国家标准（GB/T7665-1987）规定：传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。也叫发送器；传送器；变送器；Transducer/Sensor等。 对定义的理解： ? 它是测量装置； ? 输入量是某一被测量（物理、化学、生物等）； ? 输出量是某种物理量（气、光、电等），主要是电物理量； ? 输出输入有对应关系，并应有一定的精度 1.1.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图示。 非电物理量 敏感元件 电信号 转换元件 接口电路 辅助电源 1.2传感器的分类 1.2.1按工作机理分 （1）物理型 ?? 按构成原理：结构型；物性型
教 学 内 容 及 步 骤 结构型：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用物理学中场的定律构成的，动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如：磁隙型电感传感器、电动式传感器等。 物性型：是利用物质定律构成的，利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。 ??按能量转换情况：能量控制型、能量转换型 能量控制型：在信息变化过程中，其能量需要外电源供给。如：电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等。 能量转换型：主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如：压电效应、热电效应、光电动势效应等。 ??按物理原理 电参量式（包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式）、磁电式（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等）、气电式、热电式、波式（包括超声波式微波式等）、射线式、半导体式、其它原理等。可以是两种以上原理的复合形式。 （2）化学型 利用电化学反应原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极。核心部分是离子选择性敏感膜。广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测及环保中。 （3）生物型 利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器。由两大部
教 学 内 容 及 步 骤 分组成：功能识别物质，酶、抗体、抗原、微生物、细胞等；电、光信号转换装置，最常用的是电极。最大的特点是能在分子水平上识别物质，应用于化学工业检测和医学诊断。 1.2.2 按用途（输入信号）分 几何量：长度、角度、位移、厚度、几何位置、几何形状、表面波度和粗糙度 力学：力、力矩、振动、转速、加速度、质量、流量、硬度、真空度等 温度：温度、热量、比容、热分布 湿度：湿度、水分 时间：频率、时间 电量：电流、电压、电阻、电容、电感、电磁波 磁性：磁通、磁场 光学：照度、光度、颜色、图像、透明度 声学：声压、噪声 射线：射线剂量、剂量率 化学：浓度、成分、pH值、浊度 1.2.3按输出信号 模拟式传感器输出量为模拟量，数字式传感器输出量为数字量，便于与计算机连接，而且抗干扰能力强，例如盘式角度传感器和光栅传感器等。 1.3传感器的静特性 传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。
教 学 内 容 及 步 骤 衡量传感器静态特性的主要技术指标有线性度、测量范围和量程、重复性、迟滞、灵敏度等。 （1）测量范围和量程 传感器所能测量的最大被测量(即输入量)的数值称为测量上限，最小的被测量则称为测量下限，而用测量下限和测量上限表示的测量区间，则称为测量范围，简称范围。测量上限和测量下限的代数差为量程。即：量程=测量上限-测量下限。 （2）线性度 在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度，通常用相对误差 来表示，即 ΓL=±（ΔLmax/YFS）100% ΔLmax：最大非线性误差 YFS：满量程输出 由此可见，非线性误差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的主要出发点，应是获得最小的非线性误差。另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。 （3）迟滞 传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。
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