《模塊1傳感器與自動檢測技術概述》教案PAGE1第1頁共9頁《單元1傳感器與自動檢測技術的基本概念》教案課題單元1傳感器與自動檢測技術的基本概念教學目的了解傳感器與自動檢測技術的基本概念了解自動檢測的定義及在機電產品中的作用教學重點自動檢測的定義，自動檢測在機電產品中的作用教學資源多媒體教學課件、部分傳感器實物教學手段多媒體課堂教學、實物演示、檢測場景模擬教學教學過程和教學內容教學方法引入模塊一傳感器與自動檢測技術概述本模塊力求通過對傳感器的基本概念、自動檢測技術及系統的基本概念、測量誤差與精度以及虛擬儀器檢測技術等的介紹，使讀者對傳感器與自動檢測技術中涉及的一些基本問題有一個初步的了解。單元1傳感器與自動檢測技術的基本概念一、傳感器與自動檢測技術簡介從人類對信息獲取、度量的發展歷史引出檢測的定義。例如：長度測量，步子（生物體）→尺→長度傳感器→超聲波檢測（仿生學）。長度測量的發展符合螺旋式上升規律。提綱挈領法案例引入法概念分析所謂檢測就是人們借助于儀器、設備，利用各種物理效應，采用一定的方法，將客觀世界的有關信息通過檢查與測量獲取定性或定量信息的認識過程。檢測包含檢查與測量兩個方面，檢查往往是獲取定性信息，而測量則是獲取定量信息。循序漸進法案例分析二、自動檢測技術在國民經濟中的地位1．與人類的關系及地位（1）與日常生活密切相關【圖示】空調、冰柜的溫濕度傳感器；復印件的透光率傳感器；電子門鎖的指紋傳感器等。【動畫】自動水龍頭動畫演示自動水龍頭在人的手接近時自動出水、手離去時自動斷水的過程。（2）提高勞動生產率【圖示】容器內的液位檢測；檢查軸承中滾珠是否脫漏。【動畫】演示光幕－自動收費系統的檢測過程（3）電“五官”【動畫】自動門動畫演示賓館、商店等場所的自動門在人接近時自動打開、人離去后自動關閉的過程。2．檢測技術在軍事上的應用【動畫】導彈動態瞄準動畫【圖示】步槍紅外狙擊瞄準儀3．檢測技術在航天領域的應用【圖示】火箭測控；飛行器測控4．在其他方面的應用【動畫】GPS定位導航動畫演示；超聲波測速動畫演示；電容指紋識別動畫演示【圖示】超聲波檢測金屬零件是否有瑕疵應用案例法圖示展演法動畫講演法圖示展演法動畫展演法動畫講演法動畫展演法圖示展演法動畫展演法圖示展演法概念分析三、自動檢測技術在機電產品中的作用【圖示】檢測技術在汽車中的應用的示意圖機械本體自動檢測技術控制技術執行機構【動畫】演示機床導軌三坐標位置檢測的過程；演示路面瀝青攤鋪機自動找平的過程。圖示講演法動畫展演法作業教材能力訓練1－1，1－2練習鞏固法本課教育評注（課堂設計理念，實際教學效果及改進設想）

《單元2傳感器簡述》教案課題單元2傳感器簡述教學目的了解傳感器的定義、分類及要求；熟悉傳感器的基本特性。教學重點傳感器的基本性能教學資源多媒體教學課件教學手段多媒體課堂教學教學過程及教學內容教學方法引入單元2傳感器簡述本節從傳感器的定義與組成、分類及命名、基本特性、對傳感器的要求等方面介紹。提綱挈領法概念分析一、傳感器的定義與組成將被測的非電量（工業參數）轉換成電壓或電流量的裝置。【圖示】傳感器組成框圖被測量非電量電參量電量敏感元件傳感元件測量電路傳感器的分類及命名1．按工作原理劃分：參量、發電、特殊。【圖示】各種參量傳感器、發電傳感器和特殊傳感器。2．按被測量性質劃分：機械、熱工、成分、狀態、探傷。【圖示】各種機械量傳感器、熱工量傳感器、成分量傳感器、狀態量傳感器和探傷傳感器。3．按輸出量種類劃分：模擬量、數字量。【圖示】各種模擬量傳感器和數字量傳感器。4．按傳感器結構劃分：直接、差動、補償（平衡式）。命名方法：按第一、第二類命名【舉例】電感式位移傳感器、光電式轉速計。三、傳感器的基本特性1．精度τ：（1）精密度δ（2）準確度ε【舉例】以打靶為例2．穩定性：（1）穩定度【舉例】某儀表電壓指示值每小時變化1.3mV（2）環境影響系數【舉例】某儀表由于電源電壓變化10%而引起指示值變化0.02mA。3．可靠性表征傳感器可靠性最基本的尺度是可靠度，它是衡量傳感器能夠正常工作并完成其功能的程度。【舉例】三菱公司生產的F系列PLC的可靠性就很高，平均無故障時間高達30萬小時。4．輸入輸出特性輸入輸出特性的分類說明線性度線性度概念的提出【動畫】線性度概念的動畫線性度的表達式靈敏度：相對靈敏度：（3）遲滯（4）分辨率與分辨力【舉例】一光柵傳感器，測量長度10mm，最小測量距離0.1um，則分辨率為0.1％，分辨力為0.1um。（5）動態特性：反映了當被測量隨時間迅速變化時，指示值與被測量值之間的關系。四、對傳感器的要求對傳感器的具體要求因使用條件不同而異，一般有十方面：主要從特性上、使用性能、方便程度上等提出要求。圖示講演法圖示展演法應用舉例法概念推演法應用舉例法提綱挈領法動畫講演法應用舉例法提綱挈領法作業教材認知訓練1－1練習鞏固法本課教育評注（課堂設計理念，實際教學效果及改進設想）

《單元3自動檢測系統的組成與接口技術》教案課題單元3自動檢測系統的組成與接口技術教學目的了解自動檢測系統的組成和基本功能了解數據采集系統的組成教學重點自動檢測系統的組成和基本功能；數據采集系統的組成教學資源多媒體教學課件教學手段多媒體課堂教學教學過程及教學內容教學方法引入單元3自動檢測系統的組成與接口技術本節介紹自動檢測系統的組成、功能和接口技術，對自動檢測系統有一個初步認識。提綱挈領法概念分析一、自動檢測系統的組成【圖示】自動檢測系統的組成框圖顯示記錄被測量傳感器轉換電路數據處理執行機構【動畫】自動檢測系統組成的動畫二、自動檢測系統的功能1．變換功能2．選擇功能系統具有選擇有用輸入信號、抑制其他無用影響因數的功能。3．比較功能處理過程是進行不斷比較的過程，通常被測量和標準量都要變換到某一中間量才能進行比較。4．顯示功能顯示是人機聯系的方法之一。【圖示】指針的轉動指示、數字值及符號文字顯示、圖像顯示、記錄筆移動的痕跡。自動檢測系統的基本特性與傳感器的基本特性相似，故不再重復了。三、自動檢測的接口技術引入自動檢測接口技術的基本概念，“智能化測量控制系統”的接口技術通常稱為數據采集系統。【圖示】數據采集系統的典型構成數據采集系統常由包括放大器、濾波器等在內的信號調理電路、多路模擬開關、采樣/保持電路、A/D轉換器以及接口控制邏輯電路所組成。1．信號調理電路（信號預處理電路）2．多路模擬開關【圖示】多路模擬開關原理示意圖3．采樣/保持電路（S/H電路）【圖示】采樣保持原理及波形圖4．A/D轉換器5．接口電路及控制邏輯【圖示】Log2580系列現場獨立智能數據采集系統；PersonalDaqsUSB接口數據采集器；CBook2000系列高精度便攜數據采集器；Cerebus多通道數據采集系統。圖示講演法動畫展演法概念推演法圖示展演法概念推演法圖示講演法圖示講演法圖示講演法圖示展演法作業教材認知訓練1－2練習鞏固法本課教育評注（課堂設計理念，實際教學效果及改進設想）

《單元4測量誤差與精度》教案課題單元4測量誤差與精度教學目的理解誤差的基本概念、分類及測量精度與儀表精度的概念教學重點誤差的基本概念及分類教學難點相對誤差教學資源多媒體教學課件教學手段多媒體課堂教學教學過程及教學內容教學方法引入單元4測量誤差與精度誤差是所有測量必須面對的問題，任何測量必然產生誤差，但誤差有不同的類型，有大有小。我們只有對誤差進行分析研究，才能把有關誤差的理論運用到測量中去。引導探究法概念分析一、測量誤差的基本概念檢測包括：檢查與測量。測量過程實際上是一個比較過程。測量誤差為測量值與真值之間的偏差。二、測量誤差的分類按表示方法劃分：絕對誤差與相對誤差。按被測量隨時間變化的速度劃分：靜態誤差、動態誤差。按使用條件劃分：基本誤差、附加誤差（1）絕對誤差：【例1】某采購員分別在A、B、C三家商店購買100kg牛肉干、10kg牛肉干、1kg牛肉干，發現均缺少約0.5kg，但該采購員對A家賣牛肉干的商店意見最大，是何原因？（2）相對誤差：實際相對誤差標稱相對誤差滿度相對誤差其中滿度相對誤差被用來確定儀表的精度等級，我國電工儀表為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七級。概念推演法應用舉例法概念推演法例題講解【例2】今有0.5級的0oC～300oC和1.0級的0oC～100oC兩個溫度計，要測80oC的溫度，試問采用哪一個溫度計好？【分析】用0.5級儀表測量時，最大標稱相對誤差為：用1.0級儀表測量時，最大標稱相對誤差為：可見顯然本例中用1.0級儀表比用0.5級儀表更合適。因此在選用傳感器時應兼顧精度等級和量程，一般來說測量值越接近儀表的量程，則測量越精確。例題講演法課堂練習【練習】已知待測溫度200℃左右。現有3只溫度計，一只為1.5級，測量范圍0℃～400℃；另一只為1.0級，測量范圍0℃～500℃；還有一只為0.5級，測量范圍0℃～1200℃。問選用哪只溫度計測量較好？為什么？課堂練習法概念分析三、儀表精度與測量精度1．儀表精度與測量精度的關系測量精度是實際相對誤差（基本誤差+附加誤差），而儀表精度是最大引用相對誤差。2．附加誤差對實際測量精度的影響概念推演法例題講解【例3】上例中1.0級溫度儀表最大標稱相對誤差為±1.25%，若電源電壓變化為±10%時產生的附加誤差≤±0.5%，試估算實際測量誤差。【分析】按最壞的情況考慮，每次誤差都達到技術指標規定的極限值，即：基本誤差γ1=±1.25%附加誤差γ2=±0.5%γx’＝γ1＋γ2＝±(1.25%＋0.5%)＝±1.75%而γx＝±√Σγ2i＝±√(1.25%)2＋(0.5%)2＝±1.35%這樣處理的結果比較符合實際情況。例題講演法作業教材認知訓練1－2、1－3、1－4練習鞏固法本課教育評注（課堂設計理念，實際教學效果及改進設想）

《單元5虛擬儀器檢測技術簡介》教案課題單元5虛擬儀器檢測技術簡介教學目的了解虛擬儀器檢測技術的基本概念理解虛擬儀器的構成了解虛擬儀器的分類、系統優勢及發展現狀教學重點虛擬儀器檢測技術的基本概念及構成教學難點虛擬儀器檢測技術的基本概念教學資源多媒體教學課件教學手段多媒體課堂教學教學過程及教學內容教學方法引入單元5虛擬儀器檢測技術簡介采用軟件編程完成相關測控對象的運算、處理和輸出控制，并且用計算機顯示屏來代替傳統的各種數據和圖像等顯示裝置——使用同一個硬件系統，運用不同的軟件編程，得到功能完全不同的測量儀器稱為虛擬儀器。提綱挈領法概念分析一、虛擬儀器檢測技術概述介紹虛擬儀器的定義，與傳統檢測系統相比，虛擬儀器具有如下特點：（1）軟件是系統的關鍵，強調“軟件即儀器”的新概念。（2）功能由用戶自己定義，用戶可以方便地自己設計、修改測試方案，構成各種專用儀器。（3）信號的分析、實現、存儲、打印和其他管理均由計算機完成，打破了傳統儀器小而全的現狀。（4）系統功能、規模可通過軟件修改、增減，簡單靈活。（5）價格低廉，可重復使用。（6）技術更新快，開發周期短。（7）采用軟件結構、功能化模塊，由于軟件復制簡單，大大節省了硬件開發和維護費用。（8）面向總線接口控制，用戶通過軟件工具組建各種智能檢測系統。【圖示】虛擬儀器示意圖；傳統儀器與虛擬儀器比較二、虛擬儀器的構成虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。1．虛擬儀器系統的硬件構成虛擬儀器的硬件系統一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。2．虛擬儀器系統的軟件構成測試軟件是虛擬儀器的主心骨。虛擬儀器測試系統的軟件主要分為儀器面板控制軟件、數據分析處理軟件、儀器驅動軟件和通用I/O接口軟件四個部分。【圖示】虛擬儀器構成的相關軟硬件；基于虛擬儀器的新型工業測控系統三、虛擬儀器的分類虛擬儀器的發展隨著微機的發展和采用總線方式的不同，可分為PCI總線——插卡型、并行口式、GPIB總線方式、VXI總線方式虛擬儀器和PXI總線方式五種虛擬儀器類型。【圖示】PCI總線卡；DB-25標準連接器；GPIB總線卡；VXI總線卡；PXI總線卡四、虛擬儀器系統的優勢同其他技術相比，虛擬儀器技術具有性能高、擴展性強、開發時間短和無縫集成四大優勢。五、虛擬儀器技術的發展現狀目前虛擬儀器技術已經普遍被應用于測試行業，自動化、石油鉆探和提煉、生產中的機器控制等各個領域。虛擬儀器的發展取決于三個重要因素。①計算機是載體；②軟件是核心；③高質量的A/D采集卡及調理放大器是關鍵。概念推演法圖示講演法概念講演法圖示講演法概念講演法圖示展演法概念講演法作業教材認知訓練1－7，1－8練習鞏固法本課教育評注（課堂設計理念，實際教學效果及改進設想）

《單元6檢測系統中的彈性敏感元件》教案課題單元6檢測系統中的彈性敏感元件教學目的1、了解彈性敏感元件的基本特性及材料2、了解常用彈性敏感元件的形狀及轉換機理教學重點常用彈性敏感元件的形狀及轉換機理教學難點常用彈性敏感元件的轉換機理教學資源多媒體教學課件，各種彈性敏感元件實物教學手段多媒體課堂教學，實物演示教學教學過程及教學內容教學方法引入單元6檢測系統中的彈性敏感元件由淺入深的逐步引入變形、彈性變形、彈性元件、彈性敏感元件的概念。彈性敏感元件的作用：它是許多傳感器及檢測系統中的基本元件，它往往直接感受被測物理量（如力、壓力等）的變化，并將其轉化為彈性元件本身的應變或位移，然后由各種形式的傳感元件把它轉變為電量。彈性敏感元件形式上分成：變換力的彈性敏感元件和變換壓力的彈性敏感元件這兩大