力敏传感器(教学类别)

第四章力敏传感器教学目标：1．了解弹性敏感元件的特性和要求。

2．了解几种常用测力称重传感器的特点、3．掌握电阻应变效应及半导体的压阻效应4．了解电桥电路的作用。

5．掌握单臂、双臂和全桥测量电路的异同点。

6．理解压电式传感器的工作原理。

了解它的特点。

7．了解它们的应用。

力敏传感器是使用很广泛的一种传感器。

它是生产过程中自动化检测的重要部件。

它的种类很多，有直接将力变换为电量的如压电式、压阻式等，有经弹性敏感元件转换后再转换成电量的如电阻式、电容式和电感式等。

它主要用于两个方面：测力和称重。

本章介绍电阻应变式传感器、压阻式和压电式传感器。

§4-1（传感器中的）弹性敏感元件一、弹簧管压力表的组成：（如图4-1）图4-1弹簧管压力表的组成框图弹簧管——弹性敏感元件：将输入压力转换成自身的变形量（应变、位移或转角）。

二、弹性元件的基本特性：1．变形：物体在外力作用下改变原来尺寸或形状的现象。

2．弹性：物体因受外力作用而产生变形，外力去掉后又恢复原状的特性。

3．弹性元件：具有弹性变形特性的物体。

4．弹性变形：弹性元件受外力作用而产生的变形。

5．弹性特性：作用在元件上的外力与相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。

（1）刚度：弹性元件产生单位变形所需的力。

（2）灵敏度：在单位力作用下弹性元件产生的变形。

刚度和灵敏度表示了弹性元件的软硬程度。

元件越硬，刚度越大，单位力作用下变形越小，灵敏度越小。

6．线性弹性元件：刚度和灵敏度为常数，作用力F与变形X成线性关系。

三、弹性敏感元件的基本要求及类型：弹性元件在传感器技术中占有极其重要的地位。

它首先把力、力矩或压力转换成相应的应变或位移，然后配合各种形式的传感元件，将被测力、力矩或压力变换成电量。

基本要求：（1）具有良好的机械特性（强度高、抗冲击、韧性好、疲劳强度高等）和良好的机械加工及热处理性能。

（2）良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小等）。

（3）弹性模量的温度系数小且稳定，材料的线膨胀系数小且稳定。

“传感器应用技术”课程标准一、课程概要二、课程定位本课程是高职电子信息工程技术专业一门重要的专业拓展课程，旨在培养学生科技强国、文化自信、爱岗敬业、勇于创新、精益求精的思想政治与职业素养，掌握常用传感器的作用、分类、特性、工作原理及典型应用方法，具有传感器选型能力以及初步设计、制作与调试传感器应用电路的基本技能。

三、课程目标（一）素质（思政）目标1.培养学生爱党爱社会主义、担当民族复兴大任的爱国情怀；2.培养学生对社会主义核心价值观的情感认同和行为习惯；3.培养学生爱岗敬业、艰苦奋斗、勇于创新、热爱劳动的劳动精神；4.培养学生执着专注、精益求精、一丝不苟、科技强国的工匠精神；5.培养学生标准意识、规范意识、安全意识、服务质量职业意识；6.培养学生严谨细致、踏实耐心、团队协作、表达沟通的职业素质。

（二）知识目标1. 了解误差的基本概念，熟悉误差分析的基本方法；2. 熟悉传感器的定义、分类与基本特性；3. 熟悉常用仪器仪表功能与工作原理，掌握电子电路常规参数的测试方法；4. 掌握温湿度传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；5. 掌握光敏传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；6. 掌握力敏传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；7. 掌握超声波传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；8. 掌握磁敏传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；9．掌握气敏传感器种类、特性、工作原理及应用电路分析、制作与测试方法；10. 掌握其他新型传感器的特性及应用方法。

（二）能力目标1.具有根据被测参量选择合适传感器的能力；2.具有设计传感器接口电路的能力；3.具有制作传感器应用系统硬件电路的能力；4.具有调试传感器应用电路的能力；5.具有传感器应用系统设计和调试的综合能力；6.具有简单电子产品设计的能力；7.具有较强的思考、分析和解决问题的能力；8.具有传感器新技术的学习和应用能力。

4.成长记录：鼓励学生将反思与评价结果记录下来，形成个人成长档案，助力学生持续发展。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
在导入新课环节，我将通过一个简单的实验来激发学生的兴趣。我会带一个声光控开关到课堂上，让学生观察并思考其工作原理。当学生尝试拍手或发出声音时，声光控开关会自动点亮，这将引发学生对传感器的好奇心。接着，我会提出问题：“这个开关是如何感知声音并作出反应的？”通过这个实验和问题，自然地引入传感器这一新课主题。
（二）过程与方法
1.通过问题驱动的教学方法，引导学生主动探究传感器的工作原理和应用领域，培养学生的自主学习能力和问题解决能力。
2.采用小组合作形式，让学生在讨论、实践过程中，学会倾听、交流、协作，提高团队合作能力。
3.利用实验、演示等教学手段，让学生亲身体验传感器的性能和应用，培养观察能力和实验操作能力。
二、教学目标
（一）知识与技能
1.理解并掌握传感器的基本原理，包括光电传感器、热敏传感器、压敏传感器等常见类型的工作原理及其特点。
2.学习并掌握传感器在实际应用中的电路连接方式，能够分析传感器在电路中的作用。
3.学会使用传感器进行数据采集，并通过数据处理分析传感器性能，为实际问题提供解决方案。
4.能够运用所学知识，结合实际需求，设计简单的传感器应用电路，提高创新能力和实践能力。
在教学过程中，教师将采用问题驱动的教学方法，以学生为主体，激发学生的求知欲和探究精神。本案例从传感器的基本原理入手，结合生活实例，让学生了解不同类型的传感器及其在工程、医疗、环保等领域的广泛应用。通过小组讨论、实验操作等环节，培养学生动手实践能力和团队合作精神，使学生在掌握物理知识的同时，增强对传感器引导学生关注传感器技术在日常生活中的应用，提高学生理论联系实际的能力。

认识传感器ppt-教学课件1PPT-精品课 件（实 用版）
第 认五 识章 传感器1.p认pt识-教传学感课器件—12P0P2T0--精20品21课（件新（教实材 用）版人）教 版（20 19）高 中物理 选择性 必修第 二册课 件(共1 5张PPT )
探究
随堂检测
实例引导
例题全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽
车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理,某同
学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图乙所示,其
中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一
端,R'是定值电阻,R'≫R。该同学在装置中使用了一只电压表(图中
没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表
第 认五 识章 传感器1.p认pt识-教传学感课器件—12P0P2T0--精20品21课（件新（教实材 用）版人）教 版（20 19）高 中物理 选择性 必修第 二册课 件(共1 5张PPT )
认识传感器ppt-教学课件1PPT-精品课 件（实 用版）
必备知识
自我检测
1.正误判断。 (1)传感器担负着信息采集的任务,它常常是将电学量转化为力学量。
() 解析:传感器是把非电学量转换为电学量。
答案:×
(2)干簧管是一种能够感知磁场的传感器,当磁体靠近干簧管时,两 个簧片被磁化而接通,起到开关的作用。( ) 答案:√
第 认五 识章 传感器1.p认pt识-教传学感课器件—12P0P2T0--精20品21课（件新（教实材 用）版人）教 版（20 19）高 中物理 选择性 必修第 二册课 件(共1 5张PPT )
探究
随堂检测
1.在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机,洗手后将湿手靠 近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手 烘干。手靠近自动干手机能使传感器工作,是因为( ) A.改变温度 B.改变湿度 C.改变磁场 D.改变电容 解析:自动干手机是一个电容器,当手靠近时,改变了电容器的电容, 自动干手机开始工作,故选D。 答案:D

《传感器与检测技术》课程标准1.概述1.1课程的性质传感器是现代控制的基本工具，而检测技术则是控制过程获取信息的唯一手段。

《传感器与检测技术》是一门多学科交叉的专业课程，重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。

1.2课程设计理念传感器与检测技术是集工程力学、自动控制原理、信号分析等多方面知识为一体的一门课程，其理论性、实践性、应用性较强。

为体现其特点本课程采用理论与实践紧密结合，分模块教学方法，并根据专业的不同，每一模块安排其对应的教学内容，由浅入深、逐步递进。

在教学过程中采用理论与实践教学相统一的专业教师授课，加大实践教学模式，增加学生的感性认识以提高学习兴趣。

学生通过本课程的学习达到：理解不同传感器的工作原理，常用的测量电路；能够对常用传感器的性能参数与主要技术指标进行校量与标定。

1.3课程开发思路本专业毕业生主要面向自动化设备生产企业和经营单位，从事一般自动化设备的装配、调试、检测和维修工作，以及电子产品、元器件的采购和销售工作。

也可以从事一些电工相关的行业。

分析岗位群对传感器与检测技术课程相关内容的要求确立课程的内容知识点。

2.课程目标本课程的培养目标是培养学生初步掌握检测技术的基本知识和应用。

培养学生使用各类传感器的能力。

使学生能够进一步应用传感器解决工程测控系统中的具体问题。

通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。

2．1知识目标（1）理解传感器的静态特性、动态特性与技术指标。

（2）掌握电阻传感器原理与应用。

（3）掌握电感传感器原理与应用。

（4）掌握电容传感器原理与应用。

（5）掌握光电（光纤、光栅）传感器原理与应用。

传感器在初中物理实验中应用摘要：随着现代社会的发展，科技也在不断的进步，而实验是物理教学中不可或缺的一部分。

现阶段人类对信息获取方式发生了翻天覆的变化，传感器在现代信息技术中应用越来越广泛，而物理学是一门与实验紧密相连、联系密切的学科。

本文通过介绍物理实验室测微原理和仪器设备在初中物理教学中运用情况及检测结果分析等方面进行简单阐述，并对该装置系统实现功能模块、电源电路以及显示界面进行了详细说明。

关键词：传感器；初中教学；物理实验引言：物理学是一门以实验为基础的学科，通过观察物理现象来研究和学习，从而使学生掌握科学探究方法、探索规律，因此传感器在初中物理教学中具有广泛的应用空间。

在初中物理实验中，传感器的应用是非常广泛，其主要作用就是将一些物理学习或生活中有用价值和实用性都可以进行测量、转化及分析等。

本文以传感器技术为切入点，介绍了初中物理实验中的应用现状及问题，并通过对其进行分析与研究。

一、传感器简介在初中物理实验中传感器的应用是一个重点和难点。

随着时代的发展，科技水平也在不断进步，我们生活中所需要用到的传感器种类越来越多了，其中以单片机为基础芯片设计制作而成。

它可以实现对各种物理量进行测量与控制、数据采集和处理等等功能，通过使用单片机能完成多种实验操作如测定电阻变化、电压比较等功能，还能将温度显示出来并且能够根据不同要求调节电流大小等一系列物理现象，使人们从繁琐的学习生活中解脱出宝贵时间[1]。

传感器是一种检测装置，它的作用就是将自然界中的物理量转换成可用信号。

我们可以用各种传感器材来进行测量、控制和处理，例如激光测距仪在工业生产中被广泛运用着，热像探测器可作为温度探测器使用，或直接用于研究温度变化对器件性能影响问题等方面。

从广义上讲就是能感受到外界信息而不被干扰或破坏，狭义上来讲是指能够感知外部世界条件变化、状态发生变化（如温度）等过程物体内部和环境间相互作用所提供各种信息输出装置及相应处理仪器的总称。

液体表面张力系数的测定液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。

[实验目的]1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．学习力敏传感器的定标方法[实验原理]测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即F=α·π(D1十D2) （1）式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即△U=KF （2）式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。

[实验装置]1.结构图图1 结构图1、水平调节螺丝2、升降螺丝3、玻璃器皿4、吊环5、力敏传感器6、支架7、固定螺丝8、航空插头9、底座 10、数字电压表 11、调零图2为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。

-设计互动式多媒体教学课件，包含传感器知识点的互动问答、动画演示等。
3.实验器材：
-准备不同类型的传感器实物，如光敏电阻、热敏电阻、压力传感器等，以便于学生观察和学习。
-确保传感器实验套件充足，包括传感器、信号放大器、显示装置等，以便学生进行实际操作。
-准备实验所需的连接线、电源、测量仪器（如万用表）等辅助工具。
3.随堂测试：
-设计针对传感器基础知识、特性参数和实际应用的随堂测试，以评估学生对本节课重点内容的掌握情况。
-分析测试结果，了解学生的知识盲点和理解误区，为后续教学提供参考。
4.实验操作评价：
-观察学生在实验操作中的规范性和安全性，评估学生对实验原理的理解和实验技能的掌握。
-检查实验报告的撰写质量，包括实验数据的记录、分析和结论的推导。
-湿度监测与改善建议：学生需要描述如何使用湿度传感器监测植物生长环境的湿度，并提出根据监测结果调整浇水或增加湿度的措施。
-学会了与他人合作，能够在小组讨论中发挥自己的优势，共同解决问题。
3.情感态度与价值观：
-增强了对物理学科的兴趣，认识到传感器在现代科技中的重要性，激发了进一步学习的欲望。
-培养了创新意识和实践精神，敢于提出自己的观点，勇于尝试新的解决方案。
-提升了环保意识和社会责任感，了解到传感器在环境保护、资源节约等方面的应用价值。
教学评价与反馈
1.课堂表现：
-观察学生在课堂上的参与度、提问回答的积极性和准确性，以及学生对传感器知识点的理解和掌握程度。
-关注学生在课堂上的注意力集中情况，以及他们对传感器案例分析的感兴趣程度。
2.小组讨论成果展示：
-评估各小组讨论的深度和广度，以及提出的解决方案的创新性和实用性。
-检查小组成果展示的逻辑性和清晰度，以及学生在展示过程中的表达能力和沟通技巧。

2.压阻式传感器
2.压阻式传感器
压阻式传感器
是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传 感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通 过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
课程内容 Course Contents
3.电感式传感器
3.电感式传感器
电感式传感器
是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量， 振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路 转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
课程内容 Course Contents
4.电容式传感器
4.电容式传感器
电容式传感器
是把被测的机械量，如位移、压力等转换 为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是 具有可变参数的电容器。
课程内容 Course Contents
5.压电式传感器
5.压电式传感器
压电式传感器
是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。 它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此 电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受 外力的电量输出。
力敏传感器的分类
课程内容 Course Contents
1.应变式传感器 2.压阻式传感器 3.电感式传感器
4.电容式传感器
5.压电式传感器 6.谐振式传感器
课程内容 Course Contents
1.应变式传感器
1.应变式传感器
应变式传感器
利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。
课程内容 Course Contents
课程内容 Course Contents
6.谐振式传感器
6.谐振式传感器
谐振式传感器

传感器教学设计教案一、教学内容1. 传感器的基本概念与分类2. 常用传感器的工作原理及其特点3. 传感器在实际应用中的案例分析二、教学目标1. 让学生掌握传感器的基本概念、分类及工作原理，提高学生的理论知识水平。

2. 培养学生运用传感器解决实际问题的能力，提高学生的实践操作技能。

3. 激发学生对传感器技术及其应用的兴趣，培养学生的创新意识和团队协作精神。

三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器的工作原理及其在实际应用中的案例分析。

2. 教学重点：传感器的分类、原理及其在工程实践中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：PPT、传感器实物、实验装置等。

2. 学具：学习手册、笔、计算器等。

五、教学过程1. 导入新课通过展示传感器在生活中的应用实例，引发学生对传感器技术的好奇心和兴趣。

2. 知识讲解（1）传感器的定义与分类（2）常用传感器的工作原理及其特点（3）传感器在实际应用中的案例分析3. 实践操作（1）分组讨论：让学生针对某一实际应用场景，选择合适的传感器进行设计。

（2）实验演示：展示传感器的工作原理及其实际应用。

（3）随堂练习：让学生根据所学知识，完成传感器相关的设计题目。

4. 知识巩固5. 课堂小结通过提问、讨论等方式，检验学生对本节课知识的掌握情况。

六、板书设计1. 传感器及其应用2. 内容：（1）传感器的定义与分类（2）常用传感器的工作原理及其特点（3）传感器在实际应用中的案例分析七、作业设计1. 作业题目：（1）简述传感器的定义、分类及其应用。

（2）列举三种常用传感器的工作原理及其特点。

（3）针对某一实际应用场景，设计一个简单的传感器应用方案。

2. 答案：（1）传感器的定义：传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。

（2）传感器的分类：按工作原理可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器等。

（3）传感器应用案例：温度传感器在空调系统中的应用、压力传感器在汽车刹车系统中的应用等。

常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍传感器由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。

敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

②化学类，基于化学反应的原理。

③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。

下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。

一、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。

热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。

以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。

1、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。

⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。

纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。

它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。

当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。

因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3~440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。

传感器做课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的基本工作原理，掌握不同类型传感器的功能与应用。

2. 学生能够描述传感器在生活中的应用，并分析其工作过程。

3. 学生能够运用物理知识解释传感器转换信号的过程。

技能目标：1. 学生通过小组合作，能够设计并制作一个简单的传感器应用作品。

2. 学生能够运用所学知识，解决实际生活中与传感器相关的问题。

3. 学生能够运用信息技术手段，收集、处理和分析传感器数据。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对传感器技术的兴趣，激发探究未知世界的热情。

2. 学生通过课程学习，认识到传感器技术在生活中的重要性，增强社会责任感。

3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团队合作精神和沟通能力。

课程性质：本课程为实践性较强的综合实践活动课程，结合物理知识和实际应用，培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生为八年级学生，具备一定的物理知识基础，好奇心强，喜欢动手操作。

教学要求：教师应注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与，关注学生的个体差异，提高学生的实践能力和综合素质。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 传感器基础知识：介绍传感器的定义、分类和工作原理，重点讲解力敏传感器、光敏传感器、热敏传感器等常见类型。

教材章节：《物理》八年级下册，第十章《传感器》。

2. 传感器应用实例：分析生活中传感器应用的实例，如自动门、温度控制器、烟雾报警器等，使学生了解传感器在实际生活中的重要作用。

教材章节：《物理》八年级下册，第十章《传感器》中的应用实例部分。

3. 传感器制作实践：指导学生设计并制作一个简单的传感器应用作品，如温湿度计、光线控制灯等，培养学生的动手能力和创新能力。

教材章节：《物理》八年级下册，第十章《传感器》实践活动部分。

4. 传感器数据采集与处理：介绍传感器数据的采集、处理和分析方法，引导学生运用信息技术手段进行数据收集和处理。

实验报告班级微电子101姓名方统兵学号10105107日期2011.10.24室温24.9℃气压102.09 Kpa成绩教师实验名称用力敏传感器测液体表面的张力系数【实验目的】1.掌握用标准的砝码对测量仪进行定标的方法，计算该里，力敏传感器的转换系数2.观察拉脱法测量液体表面张力的物理过程和物理现象3.学会用拉脱法测定水的表面张力系数【实验仪器】FB326型液体表面张力系数测定仪、附件盒、烧杯、游标卡尺【实验原理】液体表层厚度约10 −10 m 内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。

由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。

因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。

这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。

表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。

在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。

比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。

因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。

测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。

本实验仅介绍拉脱法。

拉脱法是一种直接测定法。

如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。

使液面收缩的表面张力 f 沿液面的切线方向，角ϕ称为湿润角（或接触角）当继续提起圆筒形吊环。

时，ϕ角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力 f 均垂直向下，设拉起液膜破裂时的拉力为 F ，则有F = ( m + m0 ) g + 2（1）式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，m0 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有2 f = π (D内+ D外) ⋅α（2）比例系数α称为表面张力系数，单位是N / m 。

前置放大器的作用：一是将传感器的高阻抗输出 变换为低阻抗输出；二是放大传感器输出的微弱 电信号。
压电式传感器的测量电路（2）
前置放大器电路有两种形式：
一是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电 压(即传感器的输出)成正比；
另一种是用带电容板反馈的电荷放大器，其输出电压 与输入电荷成正比。由于电荷放大器电路的电缆长度 变化的影响不大，几乎可以忽略不计，故而电荷放大 器应用日益广泛。
压电晶片的连接方式（2）
q 2q；U U；C 2C
压电晶片的连接方式（3）
串联方法正电荷集中于上极板，负电荷集中于下极板，传 感器本身的电容量小、响应快、输出电压大，故这种传感 器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。
q q；U 2U；C 1 C 2
压电传感器的等效电路（1）
(a)
(b)
图5-15 压电传感器的完整等效电路 （a） 电压源; （b） 电荷源
压电式传感器的测量电路（1）
由于压电式传感器的输出电信号很微弱，通常先 把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器 中，经过阻抗交换以后，方可用一般的放大检波 电路再将信号输入到指示仪表或记录器中。(其中， 测量电路的关键在于高阻抗输入的前置放大器。）
分类：
力敏传感器有机械式、电阻式、电容式、电感式、电 流式和压电式
敏感材料：金属、半导体、有机复合体和压电体等
二、压电式压力传感器
压电效应
当某些电介质受到一定方向外力作用而变形时， 其内 部便会产生极化现象， 在它们的上、 下表面会产生 符号相反的等量电荷； 当外力的方向改变时， 其表 面产生的电荷极性也随之改变； 当外力消失后又恢复 不带电状态， 这种现象称为压电效应。
如图4-1（b）所示。按照与z轴的不同夹角，多种切片可 形成一个系列家族，切片长边平行于y轴的称为X切族，平 行于x轴的称为Y切族。

传感器的应用教案传感器的应用教案【教学目标】【教学目标】1. 1.知识与技能知识与技能知识与技能: : (1)(1)、了解传感器应用的一般模式、了解传感器应用的一般模式、了解传感器应用的一般模式; ;(2) (2)、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。

、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。

、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。

(3) (3)、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。

4 4、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理(5) (5)、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。

、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。

、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。

2. 2.过程与方法过程与方法过程与方法: :通过实验结合物理学的知识通过实验结合物理学的知识,,探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理电熨斗等的工作原理,,从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用声传感器和温度传感器的一般应用,,进一步总结出传感器应用的一般模式。

进一步总结出传感器应用的一般模式。

3. 3.情感、态度与价值观情感、态度与价值观情感、态度与价值观 激发学生的学习兴趣激发学生的学习兴趣,,培养动手能力培养动手能力,,提高创新意识提高创新意识,,提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。

知识与实际相结合的综合实践能力。

【教学重点】【教学重点】::各种传感器的应用原理及结构。

各种传感器的应用原理及结构。

【教学难点】【教学难点】::各种传感器的应用原理及结构。

各种传感器的应用原理及结构。

【教学方法】【教学方法】:PPT :PPT 课件课件,,演示实验演示实验,,讲授讲授【教学用具】【教学用具】::小型电子秤小型电子秤,,话筒话筒,,电熨斗、示波器。

学时： 学分：传感器与检测技术》课程标准编写执笔人及编写日期：审定负责人及审定日期：1、课程定位和课程设计1.1课程性质与作用课程的性质本课程是电气、自动化、电子、测控专业的专业基础课程，是自动化专业的主干课程，必修课，电子、测控专业一般在第三学期开设，自动化专业一般在第四学期开设，电气专业在第五学期开设。

课程的作用本课程主要培养学生理解传感器的基本原理，掌握工业现场检测的基本技能，为学习后续课程及就业打下基础。

课程衔接在课程体系中，前导课程有《电工技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、 《单片机应用实训》等课程，需要学生具备电工技术、电子技术、单片机系统等方面知识和技能；后续课程有《计算机控制技术》、《自动化仪表及装置实训》、《毕业实践》等。

1.2课程设计理念与思路本课程具有一定的理论性，同时又有较强的实践性，结合课程的作用和教学目标，课程设计理念与思路如下几点：1.本课程是专业基础课，同时又兼有专业课的特点，课程设计时既要考虑为后续专业课程服务，强调理论性，又要考虑知识的现场应用，强调实用性。

所以在学习各类传感器时，一般重点是基本原理、调试和应用维护，对内部结构和电路设计只作一般要求。

2. 以生为本、因材施教充分考虑学生的实际情况，尤其是前导课程的掌握情况，在课程教学目标方面，要求掌握检测仪表的使用，检测系统的维护，对检测系统的设计不作要求。

考虑学生没有学习大学物理方面的知识，在课程内容上增加了温度、压力、流量等物理量的基本概念及检测方法。

3.按照“以职业能力为主线，以典型工作为载体，以真实工作环境为依托，以完整工作过程为行动体系”为要求，进行课程内容设计、教学模式设计、实施方案设计及考核评价体系设计。

课程编码： 课程类别：适用专业： 授课单位：2、课程目标2.1总体目标通过本课程学习，使学生在三个方面达到预期目标：熟悉常用传感器基本原理、结构，掌握现场物理量的检测方法，检测仪表及系统的安装、调试、运行和维护的基本技能，培养适应仪表检修和维护岗位、自动化生产线运行和维护岗位的职业素质。

图2-5 直流电桥的连接方式
半桥双臂 （b）全桥电路
对于半桥双臂 （2-5） 全桥 （2-6） 即半桥双臂可使电压灵敏度比半桥单臂提高一倍，而全桥电路电压灵敏度又比半桥双臂电压灵敏度提高一倍。可见，利用全桥，并提高供电电压E，可提高灵敏度系数。
（2-3）
一般 ，可忽略，由此可得
可见，输出电压与电阻变化率成线性关系，也即和应变成线性关系，由此即可测出力值，由式（2-3）可得半桥单臂工作输出的电压灵敏度
（2-4）
为了提高输出电压灵敏度，可以采用半桥双臂或全桥电路，如图2-5所示。图2-5（a）为半桥双臂，图2-5（b）为全桥电路。
图2-4 直流电桥
（2-2）
若使此电桥平衡，即 ，只要 。一般我们取 即可实现。现将 换成电阻应变片，即组成半桥单臂电桥，随构件产生应变造成传感器电阻变化时，式（2-2）变成
应变片补偿法分自补偿和互补偿两种。自补偿法的原理是合理选择应变片阻温系数及线膨胀系数，使之与被测构件线膨胀系数匹配，使应变片温度变化时，由热造成的输出值为0。应变片互补偿法的原理是检测用的应变片敏感栅由两种材料组成，在温度变化时，它们的阻值变化量 相同，但符号相反，这样就可抵消由于温度变化而造成传感器误输出。使用中要注意选配敏感栅电阻丝材料。
（1） 温度误差
（2） 温度补偿
一般采用桥路补偿法、应变片补偿法或热敏电阻补偿法。
所谓桥路补偿法，如图2-4所示，当ab间接入应变片传感器，bc间也接入同样的应变片，但bc间接入的应变片不受构件应变力的作用，将它用同样的方法粘贴在与ab间应变片所贴构件材料相同的材料上，并与ab间应变片处于同一温度场中，这样ab、bc间应变片的阻温效应相同，电阻的变化量 也相同，由电桥理论可知，它们起了互相抵消作用，对输出电压没有影响。