《传感器原理》课程教学大纲

《传感器原理》课程教学大纲 课程编号：06031002 课程名称：传感器原理 英文名称：Sensor Principle 课程类型: 必修课 课程性质：专业基础课 总 学 时：64 讲课学时：56 实验（实践）学时：8 学 分：4 适用对象: 仪器仪表、自动化、计算机专业 先修课程：大学物理、电路基础、电子技术基础

一、编写说明 （一）制定大纲的依据 本大纲是按照《大庆石油学院本科生培养方案》（04 版），并参照教育部制订的有关 测控技术与仪器专业本科培养目标和教学基本要求编写。 （二）课程简介 传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处 理和传输的另一种物理量的装置。传感器技术是涉及传感（检测）原理的传感器件。传感 器开发和应用的综合技术，随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越 受到重视。本课程系统的阐述了传感器的基本原理及有关信号测量电路，内容丰富，新颖、 既有应用广泛的结构性传感器，又有正在发展的物性传感器和光导纤维传感器等。学生通 过本课程的学习，可以获得比较全面而系统的传感器知识，为以后的工作打下一个坚实的 基础。 （三）课程的地位与作用 传感器是现代检测技术和测控系统的首要部件。传感器原理是测控技术、电子信息、 自动化、机械工程等专业的一门重要专业技术课。 （四）课程性质、目的和任务 本课程是“测控技术与仪器专业”的一门专业必修课程，通过本课程的学习使学生了 解和掌握各种非电量的物理信息的检测、转换和测量原理，为学生毕业后在各个行业从事 信息检测和处理工作打下坚实的理论基础。 （五）与其他课程的联系 是测试技术、测控电子线路等课程的先修课程。（六）对先修课的要求 本课程要求学生具有雄厚的物理学、电子技术基础，因此需在开设完上述两门课的基 础上才能开设此课程。

二、大纲内容

第一章 传感器的基本概念 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义、静态特性指标名 称、线性度和灵敏度的定义，了解传感器迟滞、重复性等技术指标。 （二）教学基本要求 1．掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义 2．掌握传感器中敏感元件、传感元件、弹性元件灵敏度的定义 3．了解精密度、准确度、精确度的定义及其关系 4．了解弹性元件的形式及应用范围。 （三）教学重点和难点 重点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度 难点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度 （四）教学建议与说明 由于本章是前言性质的内容，不要讲述过于深奥的理论知识，应该把抽象的内容具体 化，便于学生理解和接受。 （五）教学内容 传感器的定义及组成、敏感元件、传感元件，弹性元件、传感器静态特性和动态特性 的定义、线性度和灵敏度、弹性敏感元件的输入量和输出量的类型、传感器的分类、传感 器的数学模型。 第二章 电阻式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生了解电位器及电阻应变片的结构，掌握其工作原理和工作特性， 掌握信号测量电路——电桥。 （二）教学基本要求 1．掌握电位器工作特性、线性和非线性电位器的定义、常用非线性电位器结构形式 2．掌握应变式传感器的组成及各部分的作用 3．了解应变片的结构和分类，掌握广泛使用的敏感珊形式和材料 4．了解电阻应变片的工作原理5．掌握电阻应变片灵敏系数和横向效应的定义、主要参数的名称及初始电阻和允许 工作电流的定义、常用的初始电阻值 6．掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法(结构和电路接法) （三）教学重点和难点 重点：电位器结构和工作特性、电阻应变片灵敏系数、电阻应变片桥路 难点：电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法 （四）教学建议与说明 注意区分电阻应变片与电位器的差异。 （五）教学内容 电位器的结构、用途、分类、特性和非线性线绕电位器；电阻应变片的结构、材料、 工作原理、特性、参数、温度误差、补偿方法、测量电桥、电阻应变仅、应变式传感器等。

第三章 电容式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握电容式传感器的结构形式及工作原理，掌握电容式传感器 的信号调理电路，了解影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施。 （二）教学基本要求 1．掌握电容传感器的定义 2．掌握变间隙式电容传感器的工作原理、灵敏度与非线性误差的解决办法 3．掌握测量介质介电常数变化和介质的厚度变化的变介电常数式电容传感器原理图 4．了解电容式传感器的优缺点，了解分布电容对其应用的影响 （三）教学重点和难点 重点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路 难点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路 （四）教学建议与说明 电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步应 用于压力、压差、液面、料面、成分含量等方面的测量。多举实例使学生初步掌握电容式 传感器的原理及应用。 （五）教学内容 电容式传感器的结构原理及结构形式、电容式传感器的等效电路、电容式传感器的信 号调节电路、影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施、电容式传感器的应用 第四章 电感式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握自感式和差动变压器式电感传感器的结构、工作原理，掌 握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移 时得到较好线性度和灵敏度的条件。（二）教学基本要求 1．掌握单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量范围与灵敏度 2．掌握螺线管式差动变压器传感器的结构、线圈绕组的排列方式、工作原理、影响灵 敏度的因素、改善线性度的方法、零点残余电压 3．掌握差动变压器测量电路的名称及差动半波整流电路 4．掌握电涡流式传感器的基本结构及其与被测体经成测量系统的依赖关系 5．掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、 测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件 6．了解电涡流式传感器用于位移测量，并配用定频调幅式测量电路的 （三）教学重点和难点 重点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路 难点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路 （四）教学建议与说明 在本章中可以把测量电路与测控电子线路的内容对比讲解。 （五）教学内容 单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量电路；差动变压器传 感器的工作原理、输出特性、测量电路；电涡流传感器的工作原理、电涡流强度、测量电 路 第五章 压电式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握压电式传感器的工作原理，掌握压电式传感器的等效电路 和信号调节电路等，使学生初步掌握压电式传感器的原理及应用。 （二）教学基本要求 1．掌握压电效应、石英晶体的纵向压电效应的定义 2．掌握影响石英晶体表面电荷密度大小的因素 3．掌握压电陶瓷的构成、极化处理、工作原理、压电陶瓷式传感器的优点 4．掌握压电元件的等效电路和电荷放大电路 5．了解压电式传感器的几种应用、优缺点和预载概念 （三）教学重点和难点 重点：压电式传感器的工作原理、等效电路、信号调节电路 难点：压电式传感器等效电路、信号调节电路 （四）教学建议与说明 压电式传感器是基于某些电介质材料的压电材料，它是典型的有源传感器。本章着重 是压电晶体和压电陶瓷两类压电材料。 （五）教学内容压电式传感器的工作原理、压电材料、压电式传感器的等效电路、压电式传感器的信 号调节电路。 第六章 热电式等测温传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握热电偶和热电阻的工作原理、结构及应用，熟悉晶体管和 集成温度传感器；使学生了解热电式传感器的原理及应用。 （二）教学基本要求 1．了解热电阻效应及其原理 2．了解常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值 3．掌握热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图) 4．掌握热电偶、热电效应及热端和冷端的定义 5．掌握热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 6．掌握选用热电极材料的规律、选用标准、热电偶的优点、热电偶按结构划分的种 类 （三）教学重点和难点 重点：热电阻测温原理、测温线路及其接线方法；热电偶的测温原理、中间导体定律 难点：热电阻效应及其原理、热电偶的测温原理、中间导体定律 （四）教学建议与说明 （五）教学内容 热电阻效应及其原理、常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值、热电阻测温 原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图)、热电偶、热电效应、热电偶的组成及 其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 热电偶的优点、热电偶按结构划分的 种类 第七章 光电式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光电效应原理，掌握光电管、光电倍增管、光敏电阻、光 敏二极管和晶体管等光电器件的结构和工作原理；使学生初步了解光电式传感器的原理及 应用。 （二）教学基本要求 1．掌握外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料的重要 性 2．掌握内光电效应、光导效应(本征和非本征) 3．了解半导体产生光导效应的临界光波长的限制 4．掌握硅光电池的结构、工作原理、光电特性 5．了解光敏电阻的结构,掌握光敏电阻的工作原理