《模塊4發(fā)電傳感器》教案PAGE1第1頁共7頁《單元1熱電偶傳感器》教案課題單元1熱電偶傳感器教學(xué)目的了解熱電勢(shì)效應(yīng)，了解熱電偶的結(jié)構(gòu)及種類掌握熱電偶回路的主要性質(zhì)掌握熱電偶自由端溫度補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ㄊ煜犭娕嫉膽?yīng)用教學(xué)重點(diǎn)熱電偶回路的主要性質(zhì)，熱電偶自由端溫度補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒?，熱電偶的?yīng)用教學(xué)難點(diǎn)熱電偶自由端溫度補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒ń虒W(xué)資源多媒體教學(xué)課件，熱電偶實(shí)物教學(xué)手段多媒體課堂教學(xué)，實(shí)物演示教學(xué)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法引入模塊四發(fā)電傳感器發(fā)電傳感器的基本原理是把被測(cè)量的變化直接轉(zhuǎn)換為電壓量或電流量的變化，然后通過對(duì)此信號(hào)的放大處理并把此信號(hào)檢測(cè)出來，從而達(dá)到測(cè)量被測(cè)量的目的。單元1熱電偶傳感器熱電偶傳感器是將溫度轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)的一種測(cè)溫傳感器?！緞?dòng)畫】用熱電偶傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)的熱處理溫控系統(tǒng)提綱挈領(lǐng)法動(dòng)畫展演法概念分析一、熱電偶傳感器的工作原理1．熱電勢(shì)效應(yīng)＋符號(hào)＋符號(hào)【動(dòng)畫】熱電勢(shì)效應(yīng)動(dòng)畫熱電勢(shì)EAB(T,T0)可分為接觸電勢(shì)EAB(T)和溫差電勢(shì)EA(T,T0)2．熱電偶回路的主要性質(zhì)（1）中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則這一導(dǎo)體的引入將不會(huì)改變?cè)瓉頍犭娕嫉臒犭妱?dòng)勢(shì)大小。即EABC(T,T0)=EAB(T,T0)（C兩端溫度相同）【應(yīng)用舉例】可以在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，也允許采用任意的焊接方法來焊制熱電偶。還可以采用開路熱電偶對(duì)液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量。（2）標(biāo)準(zhǔn)電極定律當(dāng)工作端和自由端溫度為T和T0時(shí)，用導(dǎo)體A、B組成熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)之代數(shù)和。即EAB(T，T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)（3）中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T1、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T1、T2和T2、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)總和。即EAB(T1,T3)=EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3)概念推演法動(dòng)畫展演法概念推演法應(yīng)用舉例法概念推演法概念分析二、熱電偶的結(jié)構(gòu)及種類1．熱電偶的結(jié)構(gòu)【實(shí)物演示】熱電偶外形及結(jié)構(gòu)普通型熱電偶是工程實(shí)際中最常用的一種型式，其結(jié)構(gòu)由熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒四部分組成。2．熱電偶的種類根據(jù)熱電偶的用途、結(jié)構(gòu)和安裝形式有各種類型，可分標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶?！緢D示】普通型熱電偶外形圖；鎧裝型熱電偶外形圖；其它熱電偶外形圖。三、熱電偶自由端溫度的補(bǔ)償熱電偶在測(cè)溫過程中，為了保證輸出熱電動(dòng)勢(shì)是被測(cè)溫度的單一函數(shù)，必須保持自由端(冷端)的溫度恒定。為了消除或補(bǔ)償由于自由端溫度不恒定而引入的測(cè)量誤差，常用以下幾種方法。1．補(bǔ)償方法（1）儀表調(diào)零修正法在t0基本不變的情況下，儀表預(yù)先機(jī)械調(diào)零到t0處，即儀表預(yù)先輸入E（t0，0℃）則指針指向t0?！緢D示】指針被預(yù)調(diào)到室溫（40°C）可補(bǔ)償冷端損失。（2）冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償一般采用電橋補(bǔ)償法：在熱電偶回路中串入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾娢徊钚盘?hào)來補(bǔ)償熱電勢(shì)的變化值。E（t，0℃）=E（t，t0）+UAB【圖示】XT－WBC熱電偶冷端補(bǔ)償器【列表】常用的國產(chǎn)冷端補(bǔ)償器性能比較表2．補(bǔ)償導(dǎo)線延引電極（1）問題的提出：自由端高溫?zé)嵩吹挠绊?；自由端溫度要求基本保持恒定；熱電偶做得長，貴重金屬的耗費(fèi)加大。（2）解決辦法：溫度范圍（0℃～100℃）；熱電特性相近的材料；自由端延長，用補(bǔ)償導(dǎo)線相連?！緢D示】各種補(bǔ)償導(dǎo)線的外形圖【列表】常用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的特性實(shí)物講演法概念推演法圖示展演法引導(dǎo)探究法圖示展演法圖示展演法列表分析法引導(dǎo)探究法圖示展演法列表分析法例題講解【例1】如圖為鉑銠10—鉑（S）熱電偶，A’、B’為補(bǔ)償導(dǎo)線，溫度t1=50℃，t2=0℃，t3=30℃，t0＝0℃。（1）當(dāng)U0=934μV時(shí)，求被測(cè)點(diǎn)溫度t。（2）如果A’、B’改為銅導(dǎo)線，此時(shí)U0=810μV，再求溫度t。AA’CD+tU0Bt1B’t2Ct3Dt0【分析】（1）由于C、D均為導(dǎo)體，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，t2處的電壓就等于t0處的電壓，即U2＝U0而A’、B’為補(bǔ)償導(dǎo)線，視同熱電偶A、B所以EAB(t,t2)＝U2＝U0＝934t2=0℃，直接查表可得溫度t=138℃（2）根據(jù)中間導(dǎo)體定律，t1處的電壓就等于t0處的電壓，即U1＝U0，而t1＝50℃，EAB(t,t1)＝U1＝U0，根據(jù)中間溫度定律所以EAB(t,0℃)＝EAB(t,t1)＋EAB(t1,0℃)＝U0＋EAB(50℃,0℃)＝1109μV直接查表可得溫度t=160℃例題講演法概念分析四、熱電偶的測(cè)溫線路及熱電勢(shì)的測(cè)量1．熱電偶的測(cè)溫線路【圖示】兩點(diǎn)間溫度之和、兩點(diǎn)間溫度之差的測(cè)量電路圖。注意：兩個(gè)同型號(hào)的熱電偶其冷端溫度必須相同，并且它們的熱電動(dòng)勢(shì)都與溫度呈線性關(guān)系，否則將產(chǎn)生測(cè)量誤差。2．熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量【圖示】XCZ系列指針式顯示儀表電路圖；電位差計(jì)熱電偶測(cè)溫電路圖；XMZ系列智能數(shù)字顯示儀表外形圖。熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)溫度有對(duì)應(yīng)關(guān)系，熱電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量可用動(dòng)圈式儀表、電位差計(jì)、電子電位差計(jì)，或通過微機(jī)識(shí)別后輸出顯示溫度值。五、熱電偶溫度變送器模塊【圖示】K型熱電偶溫度變送器實(shí)物圖將熱電偶的冷端補(bǔ)償、信號(hào)放大、線性化處理、電壓/電流轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路經(jīng)過集成化處理后直接產(chǎn)生工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，并且與被檢測(cè)的溫度量成線性關(guān)系的這樣的裝置稱為熱電偶溫度變送器。圖示講演法圖示講演法圖示展演法概念推演法案例分析六、熱電偶傳感器的應(yīng)用案例1．燃?xì)鉄崴骰鹧鏈囟葴y(cè)量【圖示】燃?xì)鉄崴鲗?shí)物圖、結(jié)構(gòu)示意圖；燃?xì)鉄崴鞣老ɑ稹⒎廊毖跏疽鈭D【動(dòng)畫】燃?xì)鉄崴鞣老ɑ鸱廊毖鮿?dòng)畫在燃?xì)鉄崴髦性O(shè)置有防止熄火裝置、防止缺氧不完全燃燒裝置、防缺水空燒安全裝置及過熱安全裝置等。2．高溫氣體溫度測(cè)量【圖示】抽氣式熱電偶示意圖在一般流速下氣流與感溫元件之間的放熱系數(shù)α比同樣流速下的液體小得多，使得氣流與感溫元件間換熱困難，誤差增大。工程上常用抽氣式熱電偶來達(dá)到這一目的。圖示講演法動(dòng)畫演示法圖示講演法作業(yè)教材認(rèn)知訓(xùn)練4－3，4－4練習(xí)鞏固法本課教育評(píng)注（課堂設(shè)計(jì)理念，實(shí)際教學(xué)效果及改進(jìn)設(shè)想）

《單元2霍爾式傳感器》教案課題單元2霍爾式傳感器教學(xué)目的了解霍爾元件的工作原理及結(jié)構(gòu)、霍爾式傳感器的應(yīng)用類型熟悉霍爾式傳感器的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)霍爾元件的工作原理和霍爾式傳感器的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)霍爾傳感器工作原理及應(yīng)用教學(xué)資源多媒體教學(xué)課件，霍爾元件實(shí)物教學(xué)手段多媒體課堂教學(xué)，實(shí)物演示教學(xué)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法引入單元2霍爾式傳感器現(xiàn)在霍爾元件已廣泛應(yīng)用于非電量檢測(cè)、自動(dòng)控制、電磁測(cè)量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域中。【實(shí)物演示】霍爾元件實(shí)物演示提綱挈領(lǐng)法實(shí)物演示法概念分析一、霍爾元件的工作原理及結(jié)構(gòu)1．霍爾效應(yīng)【動(dòng)畫】霍爾效應(yīng)動(dòng)畫演示分析可得霍爾電壓UH為2．材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)【圖示】霍爾元件示意圖；霍爾元件外形圖霍爾元件結(jié)構(gòu)很簡單，是一種半導(dǎo)體四端薄片，它由霍爾片、引線和殼體組成。3．基本電路在實(shí)際使用時(shí)，I或B或兩者同時(shí)作為信號(hào)輸入，而輸出信號(hào)則正比于I或B或兩者乘積。注意：建立霍爾效應(yīng)的時(shí)間短（約10-12s～10-14s之間），所以控制電流為交流時(shí)頻率可以很高（幾千兆赫）。二、霍爾式傳感器的應(yīng)用1．應(yīng)用類型霍爾式傳感器主要有三個(gè)方面的應(yīng)用類型（1）霍爾電勢(shì)正比于磁感強(qiáng)度（2）霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流（3）霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積【圖示】霍爾特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）動(dòng)畫演示法結(jié)果展示法圖示講演法概念推演法概念推演法圖示展演法案例分析三、霍爾式傳感器的應(yīng)用案例1．霍爾式傳感器的應(yīng)用案例【圖示】霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量示意圖；霍爾轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將開關(guān)型霍爾元件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤，隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁路的磁阻也周期性地變化，測(cè)量霍爾元件輸出的脈沖頻率就可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速n與脈沖頻率f關(guān)系滿足：【動(dòng)畫】霍爾轉(zhuǎn)速測(cè)量動(dòng)畫2．霍爾式微壓力傳感器【圖示】霍爾式微壓力傳感器原理示意圖被測(cè)壓力P使波紋膜盒膨脹，帶動(dòng)杠桿使霍爾元件在磁路系統(tǒng)中向上移動(dòng)，改變了霍爾元件所感受的磁場(chǎng)大小及方向，引起霍爾電勢(shì)的大小和極性的變化。由于波紋膜盒及霍爾元件的靈敏度很高，所以可用于測(cè)量微小壓力的變化。3．霍爾鉗形電流表【圖示】霍爾鉗形電流表的使用應(yīng)用案例法圖示講演法動(dòng)畫演示法圖示講演法圖示講演法作業(yè)教材認(rèn)知訓(xùn)練4－6練習(xí)鞏固法本課教育評(píng)注（課堂設(shè)計(jì)理念，實(shí)際教學(xué)效果及改進(jìn)設(shè)想）

《單元3壓電式傳感器》教案課題單元3壓電式傳感器教學(xué)目的了解壓電式傳感器基本工作原理熟悉壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路了解壓電式傳感器的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路教學(xué)資源多媒體教學(xué)課件，壓電元件實(shí)物教學(xué)手段多媒體課堂教學(xué)，實(shí)物演示教學(xué)教學(xué)過程及教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法引入單元3壓電式傳感器壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電式傳感器，它由傳力機(jī)構(gòu)、壓電元件和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成。壓電元件是力敏感元件，它也可以測(cè)量最終能變換為力的那些非電物理量，如壓力、加速度等。【動(dòng)畫】壓電傳感器振動(dòng)分析動(dòng)畫【實(shí)物演示】壓電元件實(shí)物提綱挈領(lǐng)法動(dòng)畫演示法實(shí)物演示法概念分析一、基本工作原理1．壓電效應(yīng)某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用產(chǎn)生變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其表面產(chǎn)生電荷。當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)?！緞?dòng)畫】壓電效應(yīng)動(dòng)畫2．逆壓電效應(yīng)【動(dòng)畫】逆壓電效應(yīng)動(dòng)畫3．壓電材料的主要特性指標(biāo)（1）壓電材料具有實(shí)用價(jià)值的壓電材料基本上可分為三大類①石英晶體：【圖示】石英晶體、天然形成的石英晶體外形圖。②壓電陶瓷：【圖示】壓電陶瓷外形圖③有機(jī)壓電材料：【圖示】高分子壓電材料外形圖（2）壓電材料的主要特性指標(biāo)（1）壓電系數(shù)d；（2）剛度H；（3）介電常數(shù)ε；（4）電阻R；（5）居里點(diǎn)二、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1．壓電元件的等效電路【圖示】電荷等效電路圖；電壓等效電路圖?！咎釂枴繅弘娛絺鞲衅髂苡糜陟o態(tài)測(cè)量嗎？2．測(cè)量轉(zhuǎn)換電路壓電式傳感器的輸出為電荷信號(hào)或電壓信號(hào)，與之匹配的轉(zhuǎn)換電路也有電荷放大器和電壓放大器兩種。由于電壓放大器中的輸出電壓與電纜電容有關(guān)，故采用電荷放大器?！緢D示】電荷放大器等效電路；電荷放大器外形圖電荷放大器輸出電壓UO與壓電元件電荷Q的關(guān)系式為：概念推演法動(dòng)畫演示法循序漸進(jìn)法圖示展演法概念推演法圖示講演法結(jié)論探究法圖示講演法結(jié)果展示法應(yīng)用介紹三、壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用1．壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式壓電片有串聯(lián)和并聯(lián)兩種接法。（1）串聯(lián)接法