传感器技术应用 项目七 温度的测量

传感器与检测技术课程设计《传感器与检测技术》课程改革设计方案一、课程性质本课程作为机电一体化技术专业基础课程，在本专业的职业能力培养中所起着承前启后的桥梁作用，它既是前期理论课的延续，又是学习其他专业课的前提。

本课程主要培养学生选择应用各类传感器的能力，组成各种检测系统的能力和各种测试模块电路的设计制作能力，这些能力是构成本专业职业岗位技能的重要部分。

本课程的前期课程主要有《工程制图》《电子电路基础》《电子线路cad》《应用数学基础》等。

二、课程整体设计1课程目标设计1.1能力目标（1）能够用万用表、示波器等常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏；（2）能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器；（3）能够根据被测信号的特点，用不同类型的传感器设计合理的检测电路；（4）能够设计一般电子检测产品；（5）能够正确维护常用电子检测设备。

1.2知识目标（1）掌握测量及误差理论等知识，传感器及检测技术基本知识，电桥测量电路的基本特性；（2）掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点，理解它们的工作过程，掌握它们的各种应用场合和方法；（3）掌握信号处理及抗干扰技术的基本知识，理解典型检测系统的工作原理，清楚各组成部分的功能及其特性。

1.3职业目标（1）能独立学习、工作，掌握交流与团队合作能力，具备相应的职业道德；（2）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨的工作作风；（3）在实际工作中能创造性地完成各项任务，了解电子信息产业的相关法律法规常识；（4）掌握文明生产、安全生产与环境保护的相关规定及内容。

2课程内容设计课程教学内容根据课程目标，按照职业岗位能力要求进行选择，采取项目教学结合虚拟真实工作场景的实践教学，培养典型电子产品设计和生产管理人员。

教学内容包括产品开发市场调研、产品电子线路设计制作、工艺文档编制、质量检验等，通过项目执行使学生了解项目从调研到成品检验的全过程，具体教学内容安排见表1。

表1《传感器与检测技术》课程内容工作过程课程内容模块子模块课时市场调研传感器常识传感器在电子产品中的应用情况4电子线路设计制作传感器选用模块电阻传感器及其应用4电容传感器及其应用4电感传感器及其应用6热电偶传感器及其应用6光电传感器及其应用4霍尔传感器及其应用4压电传感器及其应用4超声波传感器及其应用4工艺文档编制及产品质量检验检测系统集成模块信号处理与抗干扰技术4传感器网络的组成与应用4简易电子秤系统的设计10小组答辩23能力训练项目设计学期初，将学生分成四至六名一组的学习小组，每个学习小组分配在编号固定的传感器实验台上，上课在传感器实验室进行，在整个学习过程中完成常用传感器选型应用训练和典型检测系统集成与使用维护训练等10个项目。

《传感器与检测技术》教案项目七光电式传感器的应用一、教学目标1.了解光电效应。

2.了解各类光电元件。

3.掌握各类光电式传感器的工作原理。

4.掌握光电式传感器测量转速的方法。

二、课时分配本项目共2个任务，本项目安排4课时。

其中理论课时2课时，实践课时2课时。

三、教学重点通过本项目的学习，让学生理解能正确识别各类光电式传感器能根据任务要求，正确安装光电式传感器，正确完成光电式传感器测量转速的电路接线，正确测量转速并且读数正确。

的相关知识。

通过本项目的学习，新旧知识得以重新整合，使学生对传感器的认识更完整，更清晰。

四、教学难点1.能识别各类光电式传感器。

2.能根据任务要求，正确安装光电式传感器。

3.正确完成光电式传感器测量转速的电路接线。

4.正确测量转速并且读数正确。

五、教学内容任务一光电式传感器在转速检测中的应用知识链接一、光电效应用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串具有能量（每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ，即E=hγ）的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。

由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。

1.外光电效应在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。

2.内光电效应半导体材料受到光照时，使其导电性能增强，光线越强，阻值越低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。

3.光生伏特效应在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为光生伏特效应。

具有光生伏特效应的光电器件有硅、硒、砷化镓、氧化铜、锗等材料做成的光电池。

二、光电元件1.基于外光电效应的光电元件（1）光电管光电管是基于外光电效应原理工作的光电元件。

《传感器应用技术》课程标准一、课程定位本课程为物联网应用技术专业方向职业基本技能学习领域的一门重要的专业课程，该课程不仅是前导课程：电路基础分析、模拟电路分析与实践、数字电路分析与实践等在专业学习领域的有效扩展，也为后续职业岗位专项能力学习领域中单片机应用技术、智能电子系统开发与设计、自动检测系统等课程的教学开展提供了重要支撑。

二、课程目标1．职业素质目标：通过本课程的学习培养学生举一反三，认真求实、团结协作的优良作风。

实验室实施5S管理理念，从而培养学生形成规范的操作习惯、养成良好的职业行为习惯。

2．职业能力目标：能根据实际检测需要选择合适的传感器，能使用常用传感器进行各种物理量的检测与信号处理，能对物联网设备与产品中的传感器故障作出正确的分析、判断并做基本的检修。

3．知识目标：常用工业传感器的基本工作原理、外特性，几种典型传感器的应用电路、信号处理、变换接口电路的结构及工作过程、传感器的基本使用常识。

三、课程内容与要求四、教学方法建议1．宏观教学法：理论教学结合实验教学，部分内容可尝试一体化教学。

2．微观教学法：理论教学部分采用多媒体教学与板书结合鼓励学生自主进行相关传感器知识的整理归纳与总结。

实验教学通过传统实验项目与综合实训的有机结合训练强化学生实际的动手能力。

五、课程实施基础与条件1．学生的学习基础电路基础分析、模拟电路、数字电路分析与实践的能力，同时具有一定的数学计算能力和物理问题分析解决能力（尤其具有高中物理运动学、力学、光学的基础）。

2．课程主讲教师和教学团队要求说明主讲教师应具备电子技术或电气自动化专业背景，能独立指导传感器实验，具有良好的动手能力与实践经验。

3．课程教学资源要求教材：《传感器技术及其应用》机械工业出版社陈黎敏主编实训教材：《传感器实验指导书》校本教材实训环境及硬件条件：本课程理论教学内容可在多媒体教室进行，实训教学应在传感器与执行器实训室进行小班教学，实训室具备多媒体教学设备一套、传感器实验台不少于18台，综合实训的内容须单独配备相关实验器材以进行强化动手实践。

温度传感器的温度特性测量实验【目的要求】测量PN结温度传感器的温度特性；测试PN结的正向电流与正向电压的关系（指数变化规律）并计算出玻尔兹曼常数。

【实验仪器】FD-ST-TM温度传感器温度特性实验模块（需配合FD-ST系列传感器测试技术实验仪）含加热系统、恒流源、直流电桥、Pt100铂电阻温度传感器、NTC1K热敏电阻温度传感器、PN结温度传感器、电流型集成温度传感器AD590、电压型集成温度传感器LM35、实验插接线等）。

【实验原理】“温度”是一个重要的热学物理量，它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果至关重要，所以温度传感器应用广泛。

温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。

常用的温度传感器的类型、测温范围和特点见下表。

PN结温度传感器1．测试PN结的Vbe与温度变化的关系，求出灵敏度、斜率及相关系数PN结温度传感器是利用半导体PN结的结电压对温度依赖性，实现对温度检测的，实验证明在一定的电流通过情况下，PN结的正向电压与温度之间有良好的线性关系。

通常将硅三极管b、c极短路，用b、e极之间的PN 结作为温度传感器测量温度。

硅三极管基极和发射极间正向导通电压Vbe 一般约为600mV （25℃），且与温度成反比。

线性良好，温度系数约为-2.3mV/℃,测温精度较高，测温范围可达-50——150℃。

缺点是一致性差，互换性差。

通常PN 结组成二极管的电流I 和电压U 满足（1）式[]1/-=kT qU S e I I （1）在常温条件下，且1/〉〉KTqU e时，（7）式可近似为kT qU S e I I /= （2）（7）、（8）式中:T 为热力学温度 ； Is 为反向饱和电流；正向电流保持恒定条件下，PN 结的正向电压U 和温度t 近似满足下列线性关系U=Kt+Ugo （3）（3）式中Ugo 为半导体材料参数，K 为PN 结的结电压温度系数。

《传感器与检测技术》温度测量实验报告课程名称：传感器与检测技术实验类型：验证型实验项目名称：温度测量一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范围。

二、基本原理：热电偶测温原理是利用热电效应。

当两种不同的金属组成回路，如两个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。

温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端（也称自由端），冷端可以是室温值或经补偿后的 0ºC、25ºC。

冷热端温差越大，热电偶的输出电动势就越大，因此可以用热电动势大小衡量温度的大小。

常见的热电偶有 K（镍铬-镍硅或镍铝）、E（镍铬-康铜）等，并且有相应的分度表即参考端温度为 0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表，可以通过测量热电偶输出的热电动势再查分度表得到相应的温度值。

热电偶分度表是定义在热电偶的参考端为 0℃时热电偶输出的热电动势与热电偶测量端温度值的对应关系。

热电偶测温时要对参考端进行补偿，计算公式：E(t,to)=E(t,to′）+E（to′，to）式中：E(t，to）是热电偶测量端温度为 t，参考端温度 to=0℃时的热电动势值； E（t，to′）是热电偶测量温度 t，参考端温度为 to′不等于 0℃的热电动势； E（to′，to）是热电偶测量端温度为 to′，参考端温度为 to=0℃的热电动势。

三、需用器件与单元：K 型、E 型热电偶、温度测量控制仪、温度源、差动放大器、电压表、直流稳压电源+15V。

四、实验步骤：1、将温控表上的“加热”和“冷却”拨到内控，将 K、E 热电偶插到温度源的插孔中，K 型的自由端接到温度控制仪上标有传感器字样的插孔中。

然后将温度源的航空插头插入实验箱侧面的航空插头，将实验箱的+15V 电压、地接到温度源的 2-24V 上，将实验箱的多功能控制器 D0 两端接到温度源的风机电源 Di 上。

2、首先将差动放大器的输入端短接并接到地，然后将放大倍数顺时针旋转到底，调节调零电位器使输出电压为零。