距离传感器原理及应用（精选10篇）
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首先、激光在检测领域中的应用十分广泛，技术含量十分丰富，对社会生产和生活的影响也十分明显。激光测距是激光最早的应用之一。这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点。利用激光传输时间来测量距离的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。
其次、传输时间激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。
扭矩又叫转矩, 是反映转动设备输出力的大小的重要参数。扭矩在物理学中用下面的公式计算。
其中:P表示转动设备的输出功率, 单位千瓦 (k W) ;M表示转动设备的输出扭矩, 单位牛米 (N·m) ;N表示转动设备的转速, 单位转/分钟 (r/min) 。
从公式 (1) 可以看出, 扭矩是一个与功率和转速相关的物理量, 它反映了转动设备输出功率和转速的比值关系。如果知道了转动设备的输出功率和转动速度, 就可以利用公式1计算出转动设备的扭矩。但实际生产中, 功率的测量是不容易的, 而扭矩可以利用较简单的装置把扭矩转化为力和磁的测量, 对于力和磁这两个物理量的检测, 我们有许多成熟工具, 这样扭矩的测量就变得相对简单了。
2 电阻应变式扭矩传感器的原理
我们知道, 在通常情况下, 当金属受外力作用时它的电阻值会发生变化, 其变化大小可以依据虎克定律求得, 这就是金属应变原理。电阻应变式扭矩传感器, 就是利用应变原理制成的。它的结构原理图如图1所示。
扭矩传感器利用高档箔式应变片组成了电桥, 在力的作用下电阻值增加或减小, 当输入端加上直流电压后, 输出端就可以得到随所施力大小而改变的电压信号。再经过信号处理计算, 我们就能知道扭矩的大小了。
3 扭矩传感器应用和调试
扭矩大小是发动机台架实验的重要参数之一。“卡特皮勒1G2”发动机台架应用的就是上面介绍的电阻应变式传感器, 以此为例分析扭矩信号集散电路原理和扭矩传感器的调试。
3.1 扭矩信号集散电路原理
图2中T2、T4分别接±5V电源给扭矩传感器提供激励电压。T3接传感器的信号输出端, 以IC7650高稳定的自稳零放大器为核心组成信号放大电路, 再经过LM348进行放大处理, 输出信号给计算机。
3.2 扭矩传感器的调试
扭矩传感器的调试包括零点满度的标定和静校。
当进行零点标定时, 测功机装好校正臂和校正盘, 不放砝码, 调节扭矩信号集散板上的电位器RW2及RW5, 使端子输出电压为OV;再加满砝码, 调节电位器RW3和RW4, 使端子输出电压后9.8V。
当零点和满度标定好以后, 就可以进行静校。校验的方法很简单, 就是往校正盘中逐次放入适当砝码, 然后根据公式 (2) :
其中Me是标准力矩, G是砝码质量, g是当地重力加速度, L是校正臂的长度。
计算出的标准力矩与计算机显示力矩上比较, 就可以完成校验。
4 扭矩传感器的故障与维修
“卡特皮勒1G2”发动机台架所使用的扭矩传感器内部接线为电桥型, 可以通过万用表测量其桥臂间的电阻来辨别好坏。参考图1, 正常时R1和R3, R2和R4的电阻值应一样, 如果阻值不一样, 说明桥臂平衡已被破坏, 传感器不能使用。根据使用和维修经验看, 扭矩传感器自身发生故障的机率很小。通常, 在激励电压正常和正确安装传感器后, 故障多发生在外围电路中, 总结如表1所示:
5 磁电感应式扭矩传感器
除了电阻应变式扭矩传感器, 还有一种较特殊的扭矩传感器, 就是磁电感应式扭矩传感器, 它电定子、转子、传感器轴和辅助电路组成。转子包括线圈固定在传感器轴上, 定子永久磁铁固定在传感器外壳上, 定、转子上都有相等的齿和槽。
测量扭矩时, 用两个完全相同的传感器, 它们的转子分别固定在被测轴的两端, 而定子用支架固定。一个传感器的定子齿和转子齿相对, 另一个则定子槽和转子槽相对。当转轴以一定角速度旋转时, 则在两个传感器输出线组内感应出电势大小相等, 频率相同, 相位差180°的近似正弦波, 而当被测轴受扭矩时, 两个绕组内感应电热相位差将不再是180°, 而是扭转角与定 (转) 子齿数的积。在弹性限度内, 材料扭矩与扭转角成正比, 因此, 测出扭转角也就得到了扭矩的值。这种扭矩传感器反应较电阻应变式传感器反应灵敏, 但抗干扰能力较弱, 对应用场所的电磁强度有较高要求。
6 结论
在发动机台架试验中, 大部分测功机的扭矩测量都像“卡特皮勒1G2”发动机台架一样, 利用固定在定子上的平衡臂将扭矩变为拉压力的测量。这时扭矩传感器严格地说应该叫拉压传感器。当然, 在发动机试验台架中也有进行纯扭矩测量的, 如CL-100齿轮油试验机使用的扭矩传感器。它的工作原理与电阻应变式扭矩传感器一样, 只是传感器外形不是传统的桥形, 而是圆柱形, 四个电阻应变片是贴在转轴上使用的, 输出信号是频率信号。
参考文献
摘要：本文基于近几年的教学实践，结合实际，打破了传统的教材上分章教学的方法，探讨了理科专业传感器原理及应用课程新的教学尝试。
关键词：理科专业；传感器教学；教学方法
【中图分类号】TP212-4
1.绪论
随着电子计算机、生产自动化、现代信息、交通、环保、遥感等科学技术的发展，社会对传感器的需求量与日俱增，其应用的领域已渗透到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。
《传感器原理及应用》这门课程已作为应用物理学专业、机械类、电气信息类等国内外理工科学生的专业基础课或专业方向课，在教学中占有重要的地位。掌握传感器技术，不仅有助于学生对专业知识技能的提高和动手能力与创新精神的培养，更重要的是能够获得实用的技能，增强就业竞争力。
然而一直以来，理科的学生学习传感器原理及应用这门课程的效果都不太理想，造成教学效果不理想的原因主要有：（1） 对物理学原理的学习本身就是非常枯燥的；（2） 对于大多数的传感器教材[1-4]来说，其章节的划分都是根据传感器的工作原理进行分类的，如应变式、电容式、压电式、磁电式等。章节的划分太过于固定，致使教学缺乏灵活性；（3） 教学手段为单一的课堂教学。
针对学生学习过程中出现的这些问题，作者在传感器原理及应用课程的教学过程中从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，进行了一些新的教学尝试。
2.新的教学尝试
（1） 从生活中遇到的实际问题出发。我们学习传感器的目的，就是将学到的基本知识应用到实际生活中去。因此学习的出发点也应源于现实生活中遇到的各种问题，为了解决这些问题，我们应该如何去做？按照这个思路逐渐引出所需要的传感器，进而再去分析该类传感器的原理及实际应用过程。
例如，随着社会经济的不断发展，人均汽车拥有量越来越多，汽车成为了人们的代步工具。这样不仅提高了人们的出行效率，而且缩短了时空距离。因此汽车成了现在人们经常谈论的话题，并且在高校里面，拿到驾照似乎成了必修课，学生逃课去考驾照的现象已屡见不鲜。然而，在汽车使用的过程中也随之出现了各种各样的问题。在汽车这样一个狭小的空间内，空气的质量显得尤为重要。由于汽车内部不通风、车体装修等原因，通常情况下车内空气质量极差，这种车内空气污染对人们的身体健康会带来严重的影响。据统计，我国每年冬、夏两季都会发生多起空调车内一氧化碳中毒死亡的事故，是有车族必须警惕的另类“车祸”。除了一氧化碳，汽车内还存在二氧化碳、苯、甲醛、二甲苯等。如何来有效的检测出这些气体，几乎成了每一个人关注的问题。由此便可引出对红外探测器，各种气敏传感器的原理及使用的了解。爆胎是汽车在行驶过程中、尤其是在高速公路上行驶时遇到的非常危险的情况。怎么样提前预防这些危险呢？可以在车上安装胎压监测系统。而胎压监测系统最主要的部分就是压力传感器，由此便又可引出对各种压力传感器的学习。
（2） 有效使用多种教学手段。为了达到应用为本、学以致用的教学目标，国内外学者对传感器教学在教学体系、教学理念、教学方法、考试方法等方面都在进行研究，并将项目化教学法、仿真教学法、多媒体教学法等先进的教学方法引入到传感器教学当中。基于自身的特点，我们在教学过程中也采用了多种教学手段。
多媒体教学。多媒体“声、图、文、颜色、光彩、视听”并举的特点，使得其在教学的过程中被广泛使用。多媒体的优点很多，如多媒体教学可以激发学生的学习兴趣，多媒体教学可以启发学生的想象力，多媒体教学可以扩大信息容量，满足学生的求知欲等。
注重实验。加强实验教学，有助于培养学生的观察能力、操作能力、独立分析问题解决问题的能力以及实事求是的科学态度和创新意识和创造能力。对照各种实实在在的传感器，使教学更形象、直观。我们在理论教学结合实验的过程中主要注重了：① 把部分演示实验改成学生上台演示形式，给学生提供更多的亲自动手操作机会，这些做法可以让学生亲身体验研究过程，激发兴趣。② 培养学生严肃认真，实事求是的科学态度和独立分析问题、解决问题的能力。③ 提供适当的机会让学生能根据所学的知识自己设计实验，培养创新意识。
考察传感器实际生产过程。现在很多的高校为了提高学生的就业率，也给学生提供实习的机会，都会与一些企业建立联系，一些企业成为了学生的实习基地。如作者所在的学校与格利尔数码科技股份有限公司建立了合作关系。该公司有一个传感器加工车间。借助于合作关系，带学生亲临车间去观看实实在在的传感器生产过程。
考查方式多样。把考查方式由单一的试卷考试转换到多种考查模式。如在教学中，给学生留下这样的一个问题：根据所学的传感器理论知识，解决生活中存在的一个问题。再比如，把考试的时间和空间都扩展到教室外面，我们曾经让学生写出一天之中见到的传感器以及可能和传感器有关的器件等。学生对这些课外考查方式更感兴趣。
（3） 师生互动讨论，发挥学生的主观性。爱因斯坦曾指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要。因为解决问题，也许仅是技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”因此，鼓励让学生去主动提出问题。并且，学生提出的问题才是他们真正关注、感兴趣的问题。
针对以上学生提出的问题，鼓励学生上讲台提出来并给出自己设计的解决方案，然后师生集体讨论优缺点。在相互探讨的过程中需注意：① 让学生成为学习的主人。苏霍姆林斯基曾说过：“人的心灵深处，总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者的固有需要。”② 营造良好氛围。在教学中营造宽松、民主的课堂氛围，营造师生间，生生间相互尊重，接纳的学习氛围。③ 给学生空间。给学生质疑的空间，给学生求同存异的空间。
3.结论
本文针对理科学生在学习传感器原理及应用课程中出现的问题，从现实生活中遇到的实际问题出发，打破了教材上的分章教学体系，并采用多种教学手段，结合近几年的教学经验，我们发现，通过这些新的尝试，学生学习的主动性有所提高，学生的学习兴趣也有所增强。更重要的是，培养了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。
参考文献
[1] 郁有文，常健，程继红编著，传感器原理及工程应用[M]，西安电子科技大学出版社，2003.
[2] 孟立凡，藍金辉主编，传感器原理及应用[M]，电子工业出版社，2011.
[3] 何道清，张禾，谌海云编著，传感器与传感器技术[M]，科学出版社，2014.
基本原理
化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。
识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。
化学传感器在环境与卫生监测中的应用
（一）空气检验
1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。
在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。1986年，德国ErbenUwe[提出了一种测定湿度用的传感器，并获得专利。该传感器采用以硅为基体的金属-绝缘体-半导体（MIS）型结构。在MIS型结构中涂有二氧化硅和敏湿层，敏湿层的材料包含有金属氧化物、氧化物以及低极性组分的聚合物。敏湿材料的吸水量与每湿材料的相对介电常数的变化有关，该传感器可用准表态和支态两种方法进行测定，不过前者比后者更为方便省力，在空气调节系统、建筑工地和日常生活环境中都能监测、控制和调节湿度。
我国科技工作者采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容，推出一种稳定性好，调节十分方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于恒湿箱、计算机房、防湿机等许多场合的空气湿度监测，是一种性能价格比很高的通用型湿度传感器，有人利用磷酸盐涂膜的感湿性研制出性能十分可靠的湿度传感器。它的主要电极为不锈钢线材，直径0.4~1.0mm，表层涂有磷酸薄膜，在膜上再旋绕一层镀金丝作为主电极的对置电极，两电极间仅仅相隔一层20~50um厚的涂膜，距离大大小于一般的湿度传感器，响应速度得到提高，改变磷酸盐涂膜，又能制成特性不同的多种感湿元件。传感器工作期间，由于磷酸盐涂膜表面吸附水分而产生的离子在电极间来回运动，致使传导发生变化，从而显示感湿性。若对传感器元件加以交流负荷，则可借检测阻抗的变化测定出空气湿度。该传感器何种小，可封闭在注射器针关内，利用针尖可插入狭窄的被测处，使用方便，检测迅速，还可用于露点测定。
现在日本制造销售湿度传感器及湿度测量控制仪器的公司已超过30家。温度传感器数量大，品种多，使用的感湿材料有电解质陶瓷和有机高分子膜等，范围甚广，大部分检测精度高，结构简单，具有超小型化和集成化的特点。
2、氧化氮传感器 氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。
我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共存离子及温度等多种因素的影响，目前沿末完全统一。传感器测定是近年发慌起来的新方法。
文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐（DIMP）。它利用电压脉冲激发传感器，测量时域和频域响应，测定的峰形与归一化差分傅立叶变换频谱有关，能清晰地区分二氧化氮和DIMP的响应，每个峰面积可以相应地反应出传感器对特定气体浓度的灵敏度，科技人员研究了工作频率600MHZ的高频表面声波（SAW）气敏装置。该装置包括三个分离的SAW延迟线，它们是振荡电路的频率测定元件，在其表面涂了一层有机膜，作为气体吸附剂，该膜为1~15nm厚酞花青铅膜或由可溶酞花青铁衍生物组成的LB(Langmuir-Blodgett)膜。在吸附过程中，薄膜质量增加，引起表面波速的降低，随即引起振荡频率的降低，达到测定二氧化氮浓度的目的。
锡在高于熔点的温度下沉积，而镉在室温下沉积，利用加热蒸镀新方法可制得掺有1%~6%镉的二氧化锡薄膜。在520℃下缓慢氧化该膜，便形成了二氧化锡和氧化镉的多晶体，薄膜表面对低浓度氧化氮和二氧化氮有吸附。在300℃条件下，该膜对10g/m3的一氧化氮和二氧化氮具有最高灵敏度，按电导率相对变化百分比计，其值分别为10000%和400%，相同条件下，对空气中0.01%的一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气的灵敏度都在300%以下，这种基于掺镉二氧化锡薄膜组成的传感器，对氧化氮和二氧化氮的测定不仅灵敏度高，而且具有很好的选择性。半导体本花青膜的电导率对电子受体气体具有极佳的灵敏度，这一特点给人们提供了制造廉价、低能耗、体积小的二氧化氮传感器系统的理论基础。但是，这种膜用于传感器也有一缺点，如响应慢，在潮湿条件下，响应呈可逆地降低等。为此，WilsonA等人研制了一种微处理控制传感系统。该系统通过控制取样和传感器操作条件，获得可再现的动力学过程，从而把上述缺点带来的影响降低到了最低点。
3、硫化氢气体传感器 硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化氢。
对含量常常低至mg/m3级的空气污染物进行测定是气体传感器的一项主要应用，但在短时期内半导体气体传感器还不能满足监测某些污染气体灵敏度和选择性要求。他提出利用掺银薄膜传感器监测实验室和城市空气中的硫化氢。该传感器阵列由四个传感器构成，通过基于库化滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的信号，同时记录二氧化硫和硫化氢浓度，实践表明，在150℃下以恒温方式盍的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。Yomogoe N对半导体气体传感器进行了改进和研究，克服了它检测硫化氢等气体的不足之处。他通过控制能影响接收和转换功能的基本因素，改进了二氧化锡半导体气体传感器的传感性能。他发现，转换功能与元件的微观结构密切相关，如与二氧化锡的粒度大小（D）和表面空间电荷层的厚度（L）相关。当D≤2L时，传感器的灵敏度大幅度提高。在二氧化锡表面引入其它受体，极大地改善了传感器的受体功能，特别是用银和钯作助催化剂，在空气中形成的氧化物与二所化锡表面相互作用，产生缺电子实质问题电荷，大大提高了检测气体的灵敏度。用CaO-SnO2元件能十分灵敏地检测空气中的硫化氢。
4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。
1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些指标？并理解其意义。3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。
4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是
0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？
5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、非线性度？
第二章应变式传感器
6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。7.什么是压阻效应？
8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片
桥式传感器为什么应配差动放器？
9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。
10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。第三章电容式传感器
12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？
13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容
影响的方法有那些？
14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。第四章电感式传感器
16.了解差动变压器的用途及特点。
17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？ 第五章压电式传感器
18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？
20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放大
器、电荷放大器的作用。第六章数字式传感器
21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。第七章热电式传感器
23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。25.掌握热电偶的热电效应。
26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？
28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原
理。
29.集成温度传感器AD590的主要特点。
30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。第八章固态传感器 31.霍尔效应
32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。33.探测微弱光应采用何种传感器？
34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？
35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？
38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？
41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。
42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交
流电源？。
43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。第九章光纤式传感器
44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？ 第十章传感器的标定
46.什么是传感器的标定？何情况下需要标定？
第一章 传感器的一般特性
1.传感器技术的三要素。传感器由哪3部分组成？ 2.传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。3.画出传感器的组成方框图，理解各部分的作用。
4.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？
5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些？灵敏度、非线性度？
第二章应变式传感器
6.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。7.什么是压阻效应？
8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。应变片桥式传感器为什么应配差动放器？
9.掌握电子称的基本原理框图，以及各部分的作用。
10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应？ 11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。第三章电容式传感器
12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种？
13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响？解决电缆电容影响的方法有那些？
14.什么是电容电场的边缘效应？理解等位环的工作原理。15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。第四章电感式传感器
16.了解差动变压器的用途及特点。
17.差动变压器的零点残余电压产生的原因？ 第五章压电式传感器
18.什么是压电效应？什么是逆压电效应？常用压电材料有哪些？ 19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号？为什么？
20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种？理解电压放大器、电荷放大器的作用。第六章数字式传感器
21.光栅传感器的原理。采用什么技术可测量小于栅距的位移量？ 22.振弦式传感器的工作原理。第七章热电式传感器
23.热电偶的热电势由那几部分组成？ 24.热电偶的三定律的理解。25.掌握热电偶的热电效应。
26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点？
28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。
29.集成温度传感器AD590的主要特点。
30.数字式集成温度传感器DS18B20的主要特点。第八章固态传感器 31.霍尔效应
32.霍尔集成传感器——线性、开关两类内部构成。33.探测微弱光应采用何种传感器？
34.什么是光电效应，什么是光电导效应和光生伏特效应？
35.什么是内/外光电效应？利用此效应制作的典型传感器有那些？ 36.为什么光电池作光照度测量时要采用短路输出形式？ 37.硅光电池的最大开路电压是多少？
38.硅光电池的光电转换效率理论最大值和实际值？ 39.在电路中使用光敏二极管怎样偏置？ 40.光电隔离耦合器的内部结构是怎样的？
41.气敏传感器的原理，掌握可燃气体报警电路工作原理。42.用电阻式湿度传感器测量湿度时，所加的激励电源为什么应为交流电源？。
43.用光敏传感器设计一个自动开关路灯的控制电路。第九章光纤式传感器
44.光纤传感器的特点有哪些？ 45.光纤传感器的分类？ 第十章传感器的标定
在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器;在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：
（1)激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3)信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路
五 工作过程
向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生４００Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±５V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源;由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.５v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。
1 光电高温测温传感器基本原理
1.1 热辐射原理
根据斯蒂芬一波尔兹曼定律, 物体表面热辐射光强度
E为热辐射能力;δ0为黑体辐射常数5.67×10-8W/9m2k4) , ε为实际物体发射率, 0<ε<1;T为物体的绝对温度。
有公式可见, 当ε已知时, 利用光电转换器对E值进行测量, 即可计算出物体温度t。
1.2 点温测量
为准确测量某一物体的表面温度, 消除表面温度梯度的影响, 应该测量该物体表面极小面积, 近似一个点的温度, 称为点温测量, 才能实现精确测温。点温测量由光学系统保证。
光路示意图如下。
JF-接触非接触光电高温传感器为点温测量, 测温采光面面积见表1所示。
由表1可知对相当大的物体表面, 完全实现点温测量。
1.3 光电转换器
理想的光电转换器应达到以下技术要求:响应速度快.ms级;输出特性准确度高, 一致性好。
JP一接触非接触光电高温传感器输出特性传递函数:
该函数在800℃~1600℃复现性优于±5℃。700℃~800℃和1600℃~1900℃为外延所得;热稳定性好。在0℃~95℃温漂≤±3℃;抗氧化, 还原介质腐蚀。抗电磁干扰, 耐高压;输出信号由铜芯屏蔽导线与显示仪表连接, 不用补偿导线。
2 高温传感器在热风炉中的应用
在炼铁生产工艺中, 炼铁高炉需用高温空气进行炼铁的还原反应, 热风炉送风风温对冶炼有很大的影响。顶燃式热风炉需要监视燃烧室温度, 温度过高影响炉内耐高温材料和蓄热球寿命, 温度过低影响高炉效率。在高炉热风炉中稳定温度是炼铁炉况顺行的重要保障。该企业使用的光电高温传感器与热电偶进行试用比照测量。
1-光学透镜;2-光栏;3-光电转换器;4-功能附件;5-被测温靶面。
高压密封接触式光电测温系统示意图见图2所示。
应用时, 将感温管插入被测温环境中, 外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端经辐射至光电转换器接收, 转换成毫伏电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。
光电转换器由光学透镜、光栏、硅光电池, 温度稳定性网络组成。视场角约为0.4度, 环境温度0~95℃。
高压密封器将感温管开口端高压密封, 防止感温管透气或断裂产生高压泄露, 不影响辐射光传输, 所以传感器在现场工作时, 可拆卸光电转换器通过高压密封器观察感温管状况或检修光电转换器, 信号传输导线为双芯屏蔽铜电缆, 将传感器输出端按正负端与仪表信号输入端相接, 接地端与地线相接, 仪表上电即可实现测温。信号导线以不超过200M为宜。仪表上电, 预热20min后, 能稳定显示测量温度。显示仪表输出的4~20m A信号可接其它仪表其控制系统。
光电测温传感器显示仪表为香港昌辉自动化系统公司生产的SWP系列专用配套仪表, 显示温度范围700~1900℃。
光电测温传感器损坏原因是感温管弯曲或断裂, 因此成套的测温传感器只需更换低成本的感温管, 降低了维护成本。
3 使用效果分析和注意事项
某企业热风炉燃烧室安装光电高温传感器, 用信号线传输至室内二次表, 经二次变输出4-20m A信号给PLC在电脑画面上进行显示。仪表选用连接后送电二次表显示正常。同时测得比较值入表2。
在安装光电测温传感器时, 不能完全保证光电感温管插入深度应与热电偶插入深度一致, 和同时保证两个测点的介质温度及工艺参数相同。因此适当调整插入深度使测量显示与热电偶显示误差最小。
4 经济效益对比结论
热电偶用于高炉热风炉等的高温测量, 偶丝昂贵且损坏率高, 在生产中占维护成本比重大。光电测温传感器在制造工艺中, 感温高刚玉管进行严格检测, 相同长度的刚玉管互换使用时, 应急误差不超过5%, 产品出厂前在实验室的标准黑体炉内, 对刚玉管发光特性进行100%离散性校准。产品使用简单。产品受热易损部分就是高刚玉管, 损坏后只需更换部件, 备件容易, 成本低廉。我公司使用的8支光电测温传感器除一支使用中炉内蓄热球滚落砸损外, 其余7支光电测温传感器一直使用正常。
5 存在问题及使用效果
700℃以下无法准确测量, 刚玉管可测量范围900~1600℃时工作正常;测光元件存在使用寿命;插入深度及与其相关的工艺条件对测量有影响。
根据光电高温传感器在热风炉的使用效果, 光电测温传感器能满足钢铁行业的高炉、热风炉的高温测量工艺需要, 具备普及的条件。光电高温传感器的大量普及, 能大量减少进口的稀有金属消耗, 降低设备维护成本, 提高经济效益。
摘要：主要介绍一种可替代昂贵的铂铑热电偶的新型的高温测温传感器, 温度测量方法及使用的基本原理, 使用效果分析, 旨在推广光电测温传感器大范围使用, 节省稀有金属用量, 降低生产成本, 提高社会经济效益。
关键词：电涡流；传感器；探头；前置放大器
中图分类号： TP212.9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-187-2
0 引言
在笔者所在单位大空分空气透平压缩机、天然气转化制甲醇合成气压缩机，低密度聚乙烯循环气压缩机等大型旋转机械上都使用本特利电涡流传感器来测量压缩机的轴的位移、振动及转速等，本文说明了电涡流传感器的构成及工作原理，介绍其在大型旋转机械设备监测中的应用、安装方法并总结常见故障。
1 本特利监测系统结构
1.1 本特利电涡流传感器的构成
电涡流传感器系统由三个部分组成，分别是传感器探头、延伸电缆、前置放大器。传感器探头内部含有一个线圈，探头的端部由聚苯撑硫（PPS）材料组成，线圈被厚实的封装到探头的端部，探头壳体材料为不锈钢，线圈与75欧姆宽带同轴电缆相连，同轴电缆中心是导体芯，有中心向外展开依次为绝缘层、内屏蔽层、外屏蔽层（网状屏蔽层）和外护套，内屏蔽层和线圈相连，外屏蔽层不和线圈相连，延伸电缆同样为同轴电缆，两端的接头分别与探头和前置放大器相连接。前置器是一种内部装有振荡电路和调制解调器测量电路的密闭金属盒，接收电涡流传感器和延伸电缆的信号，需要给前置器的电压VT端和公共端COM端输入-17.5VDC～
-26VDC的驱动电压。前置器的VOUT端为输出端。传感器系统的结构构成图如图1所示。
1.2 本特利监测系统结构组成
监测系统由电涡流传感器系统，3500监测模块组成，其中前置器接收由探头和延伸电缆传输的信号，并将其转换为3500监测模块接收的电压信号，通过内部逻辑运算，向各保护装置（DCS和SIS）送出模拟量和数字量信号。3500系统模块组件如图2所示。
1.3 电涡流传感器工作原理
电涡流传感器是一种相对式非接触传感器，前置器的振荡电路产生的高频振荡电流流入探头内部线圈，线圈中便会产生交变的磁场，当被测金属转轴靠近这一交变磁场，就会在转轴表面产生感应电流，同时，该感应电流也产生一方向与探头内部线圈方向相反的交变磁场，两个磁场相叠加，将改变线圈的阻抗。该线圈阻抗可近似看成是探头顶部到金属表面间隙的单值函数，即两者之间成正比例关系。当探头与被测金属物体表面间隙最小时，线圈阻抗最小，反之，线圈阻抗最大。通过前置器调制解调电路检测探头线圈的阻抗变化，再经放大电路将阻抗变化量变换放大，输出正比于探头与被测导体表面之间的距离的电压信号。
2 电涡流传感器探头的安装
在安装过程中应注意以下事项：①两探头之间的距离；②探头与安装面之间的间隙；③轴的最小直径应符合要求；④金属转轴表面应光滑无毛刺。
2.1 轴位移探头的安装间隙的锁定
机组的轴都有一个适当的允许的轴向窜量，机组运行时，当工艺条件或机组设备自身原因造成轴被推向一端时，轻则损坏推力瓦，重则损坏压缩机，造成事故，因此用轴位移的大小反映轴偏离中心的间隙量的大小。这里轴位移的零点（基准点）定在轴窜动量的中间位置。
位移探头安装前，应由设备专业人员把轴调到窜动量的中间位置。再安装探头，首先将探头在安装孔内旋到探头测量面与被测面大约1mm的距离（用塞尺测量），然后将探头，延伸电缆和前置器相连接，送上电源，用万用表测量前置放大器VOUT 和COM端之间的输出电压值，慢慢旋动探头，观察万用表输出，当输出电压调整到-9V即零点基准电压时旋紧探头锁紧螺母，固定探头。
备注：轴振动和转速电涡流探头的安装间隙的锁定方法参考轴位移探头间隙锁定方法。
2.2 延伸电缆的安装
延伸电缆作为连接探头和前置器的中间部分，是电涡流传感器的一个重要组成部分，所以延伸电缆的安装应可靠，使用过程中不易受损坏，当应用在高温环境时，优先选用铠装，大温度范围延伸电缆，探头与延伸电缆的连接处应锁紧，接头用热缩管或绝缘胶、四氟带等包裹好，这样可以避免接地并防止接头松动。在盘放延伸电缆时应避免盘放半径过小而折坏电缆线。一般要求延伸电缆盘放直径不得小于55mm。
注意：探头安装固定好后必须将在大盖之内的电缆布好线并固定，防止压缩机主轴在高速旋转时将电缆绝缘破坏，电缆出机壳的孔必须进行密封，以防止压缩机壳体内润滑油泄露，顺着延伸电缆进入到电缆连接金相接头和前置器接线箱内，而可能造成前置器的稳定性下降，延伸电缆的穿线管一般从前置器接线箱下部进入接线箱内。
2.3 前置器的安装
前置器是整个传感器系统的信号处理部分，前置器的安装环境要求比探头的安装环境要求更高，需将其安装在远离高温环境，周围应干燥，无腐蚀性气体，振动小的场合。前置器的安装有两种方式，它既可以采用导轨安装，也可以采用面板安装，两种形式的安装基板均具有电绝缘性，不需要独立的绝缘板，但在安装时需注意前置器壳体金属部分不要同前置器安装盒或大地再次连接，否则，可能导致不同地电位引起的电势差，对测量带来较大误差，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安装成本。
3 常见故障及处理方法
压缩机振动，位移与转速的测量对于压缩机组的稳定运行至关重要，其常见的故障有以下几方面：
3.1 探头的安装质量引起的故障
当探头安装好后，探头锁紧螺母未完全紧固到位，导致探头测量值变化较大；延伸电缆中间接头松动，有油污或接触不良；前置器连接接头松动等原因都会引起测量值不准确。处理方法：重新紧固探头锁紧螺母；在切除联锁后将探头延伸电缆的中间接头的油污及杂质处理干净后重新连接中间接头并紧固。
3.2 系统故障
3.2.1 传感器系统故障
①传感器系统接线松动（前置器接线端子，3500系统卡件接线端子松动）。
处理方法：解除联锁，将接线端子紧固。
②延伸电缆破皮，线路屏蔽接地。
处理方法：查找破损处，用绝缘胶布将破损处包好，避免信号干扰。
③探头引起的故障。
处理方法：观察探头端面是否有磨损或碰撞的痕迹，用万用表测量探头本体电缆导体芯与接头锁扣的阻止，若不在规定范围内，则更换探头。注：本特利不同规格的电涡流传感器其探头阻值特性不同。
④延伸电缆引起的故障。
处理方法：用万用表测量延伸电缆内芯与内芯，外芯与外芯阻止，若阻止不在规定范围内，则考虑更换同型号的延伸电缆。注：本特利不同规格的电涡流传感器其延伸电缆阻值特性不同。
⑤前置器引起的故障。
处理方法：前置器供电正常时将延伸电缆与前置器脱开，用万用表测量前置器的输出电压，如无变化，则更换前置器。
3.2.2 供电系统故障
电源系统24VDC供电故障。
处理方法：用万用表测量24VDC输出电压是否正常，如不正常，检查或更换24VDC电源模块。
3.2.3 本特例3500系统卡件故障
处理方法：观察系统卡件的状态指示灯或利用系统诊断软件进入组态查看，判断故障类型，予以解决。
4 结论
本特例电涡流传感器系统应用在大型机组上，运行至今，故障率极低，说明了其技术的成熟与可靠，而作为自控人员，必须在平时的巡检中，认真、仔细巡检，发现问题及时解决，这样，才更能更好地保证大机组的稳定运行。
参 考 文 献
[1] 本特利电涡流传感器选型手册.GE检测控制技术.
摘要：集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。文中介绍了KMI15系列磁阻式集成转速传感器的工作原理与典型应用。
关键词：转速传感器;磁阻;电磁干扰滤波器;KMI15
转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙(亦称磁感应距离)只有零点几毫米;第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差;第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂;第四，它无法测量非常低(接近于零)的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。
目前，转速传感器正朝着高灵敏度、(本网网收集整理)高可靠性和全集成化的方向发展，典型产品有飞利浦(Philips)公司生产的KMI15系列磁阻式集成转速传感器。该传感器性能优良，安全性好，稳定性强，是分立式转速传感器理想的升级换代产品。KMI15系列包括KMI15-1、KMI15-2、KMI15-4等型号，它们的工作原理相同，仅性能指标略有差异。下面就以KMI15-1为例来介绍该系列集成转速传感器的工作原理与具体应用方法。
1 KMI15-1型传感器的性能特点
KMI15-1芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和IC。它利用IC来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，电流信号的变化幅度为7mA～14mA。由于其外围电路比较简单，因而很容易配二次仪表测量转速。
KMI15-1器件的`测量范围宽，灵敏度高，它的齿轮转动频率范围是0～25kHz，而且即使在转动频率接近于零时，它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁感应距离为2.9mm(典型值)，由于与齿轮相距较远，因此使用比较安全。
该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，它对轴向振动不敏感。另外，芯片内部还有电磁干扰(EMI)滤波器、电压控制器以及恒流源，从而保证了其工作特性不受外界因素的影响。
KMI15-1的体积较小，其最大外形尺寸为8×6×21mm，能可靠固定在齿轮附近。
KMI15采用+12V电源供电(典型值)，最高不超过16V。工作温度范围宽达-40～+85℃。
图2 图3
2 工作原理
KMI15-1型集成转速传感器的外形如图1所示，它的两个引脚分别为UCC(接+12V电源端)和U-(方波电流信号输出端)。为使IC处于较低的环境温度中，设计时专门将IC与传感元件分开，以改善传感器的高温工作性能。
该传感器的简化电路如图2所示。其内部主要包括以下六部分：
(1)磁敏电阻传感器;
(2)前置放大器A1;
(3)施密特触发器;
(4)开关控制式电流源;
(5)恒流源;
(6)电压控制器。实际上，该传感器是由4只磁敏电阻构成的一个桥路，可固定在靠近齿轮的地方，其测量原理如图3所示。
当齿轮沿Y轴方向转动时，由于气隙处的磁力线发生变化，磁路中的磁阻也随之改变，从而可在传感器上产生电信号。此外，该传感器具有很强的方向性，它对沿Y轴转动的物体十分敏感，而对沿Z轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要的。
工作时，传感器产生的电信号首先通过EMI滤波器滤除高频电磁干扰，然后经过前置放大器，再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号UK，并将其加到开关控制式电流源的控制端。KMI15-1的输出电流信号ICC是由两个电流叠加而成的，一个是由恒流源提供的7mA恒定电流IH，另一个是由开关控制式电流源输出的可变电流IK。它们之间的关系式为：
ICC=IH+IK
当控制信号UK=0(低电平)时，该电流源关断，IK=0，ICC=IH=7mA。当UK=1(
高电平)时，电流源被接通，IK=7mA，从而使得ICC=14mA。图4给出了从U-端输出的方波电流信号的波形，其高电平持续时间为t1，周期为T。输出波形的占空比D=t1/T=50%±20%。上升时间和下降时间分别仅为0.5μs和0.7μs。
KMI15芯片中的电压控制器实际上是一个并联调整式稳压器，可用于为传感器提供稳定的工作电压UC。而电阻R3、稳压管VDZ和晶体管VT1则可构成取样电路，其中VT1接成射极跟随器。A2为误差放大器，VT2为并联式调整管。这样，IH在经过R1、R2分压后可给A2提供基准电压UREF，从而在UCC发生变化时，由A2对取样电压与基准电压进行比较后产生误差电压Ur，同时通过改变VT2上的电流来使UC保持不变。
3 KMI15-1的典型应用
3.1 安装方法
KMI15-1应当安装在转动齿轮的旁边。若被测转动工件上没有齿轮，亦可在转盘外缘处钻一个小孔，套上螺扣，再拧上一个螺杆并用弹簧垫圈压紧，以防止受震动后松动，并以此代替齿尖获得转速标记信号。
3.2 典型应用电路
KMI15-1型集成转速传感器的典型应用电路如图5(a)所示。工作时，转速传感器输出方波电流信号，从而在负载电阻RL与负载电容CL上形成电压频率信号UO(f)，并送至二次仪表。通常取RL=115Ω、CL=0.1μF。需要指出：KMI15-1输出的是齿轮转动频率f(单位是Hz，即次/s)信号，欲得到转速n(r/min)，还应将f除以齿轮上的齿数N，并将时间单位改成分钟，公式如下：
n=60f/N
1 课程分析
课堂设计首先基于对课程的分析和合理的把握。根据机电专业学生将来的职业岗位进行分析。其将来面临的职业岗位主要有机电设备装配与调试、机电设备维护与维修等。而在任何的机电设备中无疑都有控制系统, 传感检测技术作为控制系统的重要环节, 是机电专业学生必须掌握的重要技术, 所以, 传感器课程在机电专业的课程体系设计中, 是一门重要的专业课程。
2 学情分析
对于不同的授课对象, 理应采用不同的授课方法及手段。本课程的授课对象为高职机电专业学生。根据高职学生的特点分析, 学生具有以下特点:学生的学习主动性较差, 对理论性过强的知识点理解会存在一定困难;但这些学生喜欢动手, 喜欢探索实际应用性的问题, 具有较强的挑战性和竞争意识。
3 对教材的分析及使用
传感器本身是一门应用性较强的课程, 学习的目的就是为了能在实际的机电一体化系统中进行应用。所以, 在授课过程中, 以够用为尺度, 教材仅仅作为参考, 在每种传感器的学习过程中, 充分利用多媒体资源, 给学生展示传感器的实际应用场景, 使理论知识在实际应用场合中慢慢渗入。
4 课程教学目标及重难点的把握
教学目标:使学生在理解传感器工作原理的基础上掌握其应用方法和注意事项等。那么, 本次课的教学目标就是掌握电容式传感器的工作原理以及它的应用。
教学重点:学生通过本次课堂学习后能够根据电容的定义式推知电容式传感器的工作原理;掌握电容式传感器的应用。
难点定位:通过分析, 本次课的难点就在于它的应用, 也就是它的应用功能与其他的传感器有何区别, 它在实践中能够解决哪些实际问题。
5 教学过程
“行动导向教学”看似是要让大家都真正的“动”起来。但究其内涵, 并非如此。本次课重点在电容式传感器的工作原理及应用, 所以本次课对于行动导向教学的设计应该注重学生“思维上的行动”, 在课堂上充分发挥学生的主观能动性, 引导学生积极思维, 从思想上行动起来, 把课堂变成老师和学生共同学习, 解决问题的场所。
接下是对这堂课具体的过程设计。
(1) 回顾总结。
在新课之前, 设置问题, 用悬念引导对已有相关知识的回顾, 并导入新课。
如:“要想检测位移, 可以用哪些传感器进行检测?”这个问题学生会有很多的答案, 因为位移的检测用前面学过的传感器都可以解决。
(2) 导入新课。
提出新的问题, 并在幻灯片上用图片进行展示:指纹识别、汽车安全气囊、飞机油量检测、管道液位高度等等, 这些问题用现有的知识能不能够解决?学生通过思考, 发现用这些知识还不能够解决这些问题, 所以, 激发学习好奇心, 开始新课的兴趣学习。
(3) 书写标题, 并顾名思义, 化繁为简。
在黑板上写下标题“电容式传感器”, 并由“电容式”三个字的字面含意去猜测这种传感器的工作原理:设法将被测量的变化转换为电容量的变化。
(4) 带着问题引导学生学习。
由电容的定义式可知, 电容大小决定于:两极板的正对面积、两极板的间距、极板间介电常数三个量。所以, 得出结论:电容式传感器可以分为三种基本类型, 变面积型、变极距型和变介电常数型。
(5) 巧用动画, 直观形象。
对于每种类型的电容式传感器, 提供幻灯片及动画演示, 使学生能直观生动地认知学习, 切实理解掌握传感器的工作原理。对于传感器中关于灵敏度和非线性误差的相关推导, 由学生自己看书, 只需得出结论, 并知道解决矛盾的办法。总之, 在课堂上要教师讲授和学生学习有效结合, 提高学习的高效性。
(6) 成果验收。
以小组的形式基于该传感器设计一个简单的检测系统, 小组进行汇报, 同学及教师给予评价, 以此给学生学习的压力及动力, 促使其主动学习。
6 结语
根据高职教育特点, 传统的教学模式已无法适应高职院校学生的特点及就业要求, 因此, 高职专业教师要不断的以就业为导向, 实施行动导向的教学模式改革, 以不断提高课堂教学的趣味性和有效性, 使高职的教学质量上一个新台阶。
摘要：本文针对目前高职传感器原理及应用教学存在的问题, 以电容式传感器的课堂教学设计为例, 提出了对该课程的课堂进行改革的思路及实践方法, 在本院的课程教学中达到了较好的效果。
关键词：电容式传感器原理及应用,行动导向教学,课堂设计
参考文献
[1]姜大源.关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯, 2006 (1) .
[2]姜大源.工作过程系统化课程概念解析[J].中国职业技术教育, 2008 (27) .
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