河北省高等教育自學考試課程考試大綱課程名稱:《傳感器與檢測技術實驗》課程代碼:第一部分課程性質與學習目的一、課程性質與特點《傳感器與檢測技術實驗》是高等教育自學考試電子信息工程專業所開設的專業基礎課之一，它是一門理論性和實踐性要求都較強的課程，主要研究傳感器的基本工作原理和應用。《傳感器與檢測技術實驗》是《傳感器與檢測技術》課程的有效補充，通過參加必要的動手實踐，把基本理論、基本概念與實際應用相結合。使學生受到基本實驗技能的訓練，獲得傳感器與檢測技術的完整概念，在實踐中，真正掌握基本知識。

二、課程設置的目的和要求傳感器與測試技術實驗教學是課程教學的重要環節。通過學習本門課程，使學生理解傳感器的基礎知識和各種傳統傳感器的基本原理，初步掌握傳感器系統設計原理，對傳感器的發展和現狀有初步了解，了解現代新型傳感器的類型和工作方式、原理。使學生初步掌握傳感器系統的應用、開發的綜合技術。

本課程的教學側重于對傳統傳感器的工作原理、特性的理解，對傳感器的技術參數要會求取。對于常用傳感器的測量電路要會計算；掌握傳感器誤差及誤差補償的相關技術。初步了解近代傳感器技術及其工作原理。實驗教學內容的安排主要以設計型實驗為主。測量位移量實驗是金屬箔式應變片的雙臂電橋性能實驗；測量轉速實驗是霍爾傳感器測量自行車速度實驗；測量溫度實驗是熱電偶及分度表應用實驗。三、與本專業其它課程的關系傳感器與測試技術的先修課程是電路、模擬電路和數字電路。同時為后續過程控制、電力電子技術、EDA技術等專業基礎實踐課程打下基礎。第二部分課程內容與考核要求實驗1金屬箔式應變片測位移實驗一、學習的目的和要求掌握電阻應變式傳感器的基本工作原理和測量電路。掌握金屬箔應變片、電橋測量電路的工作原理和工作情況。掌握應用金屬箔應變片測量位移量的方法。二、考核知識點與考核要求本實驗的主要知識點是電阻式傳感器的工作原理及電橋測量電路；重點是電橋測量電路工作原理；難點是電橋測量電路的三種形式——單臂電橋、雙臂電橋和全橋。三、考核內容1.畫出直流電橋測量電路的電路圖，列出平衡電橋的條件。2.簡述單臂電橋單臂電橋、雙臂電橋和全橋的工作原理及區別。3.設計一個基于金屬箔式應變片的加速度傳感器，要求采用雙臂電橋測量電路，簡述其工作原理。實驗2霍爾傳感器測轉速實驗一、學習的目的和要求掌握霍爾傳感器的基本工作原理、結構特點及測量電路。掌握霍爾傳感器的誤差分析及補償方法。掌握應用霍爾傳感器測量位移和轉速的方法。二、考核知識點與考核要求本章節的主要知識點是霍爾傳感器的基本工作原理——霍爾效應和霍爾傳感器的誤差產生原因及補償方法；難點是霍爾傳感器測量位移和轉速。三、考核內容1.霍爾傳感器是基于霍爾效應，什么是霍爾效應，并作圖說明。2.畫出霍爾元件基本電路。。3.霍爾電勢，其中為霍爾元件靈敏度，為霍爾元件的激勵電流，為作用在霍爾元件上的磁感應強度。根據該公式列舉霍爾元件作為傳感器的幾種應用。4.設計一個基于霍爾元件的測量車輪轉速的傳感器，簡述工作原理。實驗3熱電偶及分度表的應用實驗一、學習的目的和要求掌握常用溫度傳感器的種類，掌握熱電偶的基本工作原理和基本定律，掌握熱電偶冷端補償方法及分度表的使用。二、考核知識點與考核要求本章節的主要知識點是熱電偶的基本工作原理，熱電偶的基本定律和分度表的使用；重點是掌握熱電偶的冷端補償方法；難點是分度表的使用。三、考核內容1.簡述熱電偶的基本工作原理——熱電效應，并畫出示意圖。2.簡述熱電偶冷端補償電橋法的工作原理，并畫出電路圖。3.T型銅-康銅熱電偶冷端室溫℃，熱電偶產生的熱電勢，根據分度表計算熱端溫度。T型熱電偶的分度表如圖所示。銅-康銅熱電偶分度表（冷端溫度為0℃）工作端溫度0123456789de/dt（vu）00.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.4921.5341.57641.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8301.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8703.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.32544.5803.3703.4153.4913.5063.5523.5973.6433.6893.7353.78145.3903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.24446.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.8第三部分有關說明與實施要求一、指定教材張建民．傳感器與檢測技術．北京：機械工業出版社，2012.4二、自學考試方法指導1.認真閱讀與鉆研大綱與教材。應考者應根據本大綱規定的考核目標，認真學習教材，全面系統地掌握教材所闡述的基本原理、基本方法和基本技能。2.本課程的學習，都是在自主完成，所以必須保證必要的學習時間。自學者應根據課程的特點和自身實際情況，合理安排學習時間。三、考核標準以上考核內容均屬考生必做的實驗，要求每個實驗均需提交相關電路及結果，回答每個實驗的思考題。由主考學校審查合格后才能取得本課程的成績。考核采用百分制，６０分合格。附：實驗報告模板實驗一金屬箔式應變片測位移實驗姓名準考證號一、實驗目的：觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。測試應變梁形變的應變輸出。比較各種橋路的性能（靈敏度）。二、實驗原理：應變片是最常用的測力傳感元件，當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變,應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常見的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為，當使用一個應變片時，；當二個應變片組成差動狀態工作，則有；用四個應變片組成二個差動對工作，且。根據戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4?E?ΣR，電橋靈敏度，于是對應于單臂、半橋、全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗所需部件：直流穩壓電源（檔）、電橋、差動放大器、金屬箔式應變片、測微頭、電壓表。四、實驗接線圖：五、實驗步驟：1、調零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“+，-”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調零后關閉儀器電源。2、按圖（1）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路，單臂橋路中R2、R3、R4和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R1為應變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±4V；半橋橋路中R1和R2為箔式應變片，R3、R4仍為固定電阻；全橋橋路中R1、R2、R3、R4全部使用箔式應變片。在接半橋、全橋橋路時應特別注意其應變片的受力方向，一定要接成差動形式。3、調節測微頭，使懸臂梁處于基本水平狀態。4、確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘。5、調整電橋電位器WD，使測試系統輸出為零。6、旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以水平狀態下輸出電壓為零，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并列表。根據表中所測數據計算靈敏度S，S=△V／△X，并在一個坐標圖上做出V-X關系曲線。比較三種橋路的靈敏度，并作出定性的結論。位移mm0.50.10.150.20.250.30.350.40.450.5電壓V（單臂）0.040.080.120.150.20.230.270.320.380.4電壓（全橋）0.180.320.470.620.80.941.101.271.441.62位移mm-0.5-0.1-0.15-0.2-0.25-0.3-0.35-0.4-0.45-0.5電壓（單臂）-0.03-0.09-0.12-0.14-0.21-0.22-0.26-0.33-0.37-0.41電壓（全橋）-0.14-0.32-0.47-0.65-0.82-0.99-1.10-1.27-1.44-1.62六、注意事項：穩壓電源不要對地短路。直流激勵電壓不能過大，以免造成應變片自熱損壞。由于進行位移測量時測微頭要從零―→正的最大值，又回復到零，再從零+→負的最大值，因此容易造成零點偏移，計算靈敏度時可將正ΔX的靈敏度分開計算，再求平均值。七、簡答題：1.畫出直流電橋測量電路的電路圖，列出平衡電橋的條件。答：電橋電路的主要特點就是當四個橋臂電阻的阻值滿足一定關系時，會使接在對角線a、b間的電阻R中沒有電流通過。這種情況稱平衡狀態。要達到平衡條件：必須滿足a、b兩點電位相同。Uda=UdbUac=UbcR1Ia=R3IbR2Ia=R4IbR1R4=R2R3直流電橋的平衡條件是：對臂電阻的乘積相等。2.簡述單臂電橋單臂電橋、雙臂電橋和全橋的工作原理及區別。電橋電路是最常見的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為，當使用一個應變片時，；當二個應變片組成差動狀態工作，則有；用四個應變片組成二個差動對工作，且。根據戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4?E?ΣR，電橋靈敏度，于是對應于單臂、半橋、全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。3.設計一個基于金屬箔式應變片的加速度傳感器，要求采用雙臂電橋測量電路，簡述其工作原理。按圖（1）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路，單臂橋路中R2、R3、R4和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R1為應變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±4V；半橋橋路中R1和R2為箔式應變片，R3、R4仍為固定電阻；全橋橋路中R1、R2、R3、R4全部使用箔式應變片。在接半橋、全橋橋路時應特別注意其應變片的受力方向，一定要接成差動形式。實驗三熱電偶原理及分度表的應用姓名準考證號實驗目的：了解熱電偶的原理和分度表的應用。所需單元和部件：—15V不可調直流穩壓電源、差動放大器、加熱器、V/F表、熱電偶、水銀溫度計、主、副電源、數字萬用電表。有關旋鈕的初始位置：直流穩壓電源置于4v檔，V/F表置于2V檔,差動放大器增益最大（此時電壓放大倍數為100）。實驗原理與公式：熱電偶的基本工作原理是熱電效應，兩種不同的導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產生電流，這一現象稱為熱電效應，產生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導體的這種組合稱為熱電偶。即熱端和冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一溫度（一般固定冷端為室溫），則另一端的溫度就可知，從而實現溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅—康銅熱電偶。在導體兩端便形成接觸電勢,其大小由下面公式給出:式中:NAT和NBT分別為A導體和B導體的電子密度,是溫度的函數。熱電偶回路中產生的總熱電勢為ＥAB(T,T0)=EAB(T)+EB(T,T0)—EAB(T0)—EA(T,T0)在總熱電勢中,溫差電勢比接觸電勢小很多,可忽略不計,熱電偶的熱電勢可表示為EAB(T,T0)=EAB(T)—EAB(T0)對于已選定的熱電偶,當參考端溫度T0恒定時,EAB(T0)=c為常數,則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數關系,即EAB(T,T0)=EAB(T)—C=f(T)實際應用中,熱電勢與溫度之間關系是通過熱電偶分度表來確定的，分度表是在參考端溫度為0℃時,實驗步驟：（1）了解熱電偶原理。（2）了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅—康銅組成的簡易熱電偶。實驗儀有兩個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面的中間兩根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，兩個熱電偶串聯在一起產生熱電勢為兩者的總和。（4）按上圖接線，開啟主、副電源，調節差動放大器調零旋鈕，使F/V表顯示為零，記錄下溫度計的讀數（該讀數即為實驗室的溫度）。（5）將—15v直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩定不變時記錄下F/V表顯示的讀數E。（6）根據熱電偶的熱電勢與溫度之間的關系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)t—熱電偶的熱端（工作端或測溫端）溫度。tn—熱電偶的冷端（自由端）溫度，也就是室溫。t0—001.熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時熱電勢：（100為差動放大器的放大倍數，2為兩個熱電偶串聯）。2.熱端溫度為室溫，冷端溫度為00C，銅—康銅的熱電勢：Eab（tn，t0）：查以下所附的熱電偶自由端的熱電勢和溫度的關系即銅3.計算：熱端溫度為t，冷端溫度為00C時的熱電勢Eab（t，t本實驗中，先根據溫度計讀出的室溫，從分度表中表出EAB(tn,to),再加上電壓表讀出的工作端熱電勢EAB(t,tn)，求出EAB(t,to)，而后從分度表中查出工作端的溫度。表2銅—康銅熱電表(自由端溫度為0℃)單位：工作端溫度0123456789熱電勢（7）實驗完畢關閉主、副電源，尤其是加熱器—15v電源，其它旋鈕置原始位置。（8）將數據填入表3。表3測量值E（mv）換算值Eab(t,tn)（mv）室溫tn（0C查表值Eab(tn,to)（mv）計算值Eab(t,to)（mv）查表所得溫度t（0C560.7467281.1141.86746