《模塊4發電傳感器》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熱電偶傳感器教學目的了解熱電勢效應，了解熱電偶的結構及種類掌握熱電偶回路的主要性質掌握熱電偶自由端溫度補償的常用方法熟悉熱電偶的應用教學重點熱電偶回路的主要性質，熱電偶自由端溫度補償的常用方法，熱電偶的應用教學難點熱電偶自由端溫度補償的常用方法教學資源多媒體教學課件，熱電偶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模塊四發電傳感器發電傳感器的基本原理是把被測量的變化直接轉換為電壓量或電流量的變化，然后通過對此信號的放大處理并把此信號檢測出來，從而達到測量被測量的目的。單元1熱電偶傳感器熱電偶傳感器是將溫度轉換成電動勢的一種測溫傳感器。【動畫】用熱電偶傳感器進行溫度檢測的熱處理溫控系統提綱挈領法動畫展演法概念分析一、熱電偶傳感器的工作原理1．熱電勢效應＋符號＋符號【動畫】熱電勢效應動畫熱電勢EAB(T,T0)可分為接觸電勢EAB(T)和溫差電勢EA(T,T0)2．熱電偶回路的主要性質（1）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要第三種導體的兩端溫度相同，則這一導體的引入將不會改變原來熱電偶的熱電動勢大小。即EABC(T,T0)=EAB(T,T0)（C兩端溫度相同）【應用舉例】可以在回路中引入各種儀表、連接導線等，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液態金屬和金屬壁面進行溫度測量。（2）標準電極定律當工作端和自由端溫度為T和T0時，用導體A、B組成熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢之代數和。即EAB(T，T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)（3）中間溫度定律熱電偶AB在接點溫度為T1、T3時的熱電動勢，等于熱電偶在接點溫度為T1、T2和T2、T3時的熱電動勢總和。即EAB(T1,T3)=EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3)概念推演法動畫展演法概念推演法應用舉例法概念推演法概念分析二、熱電偶的結構及種類1．熱電偶的結構【實物演示】熱電偶外形及結構普通型熱電偶是工程實際中最常用的一種型式，其結構由熱電極、絕緣套管、保護套管和接線盒四部分組成。2．熱電偶的種類根據熱電偶的用途、結構和安裝形式有各種類型，可分標準化和非標準化熱電偶。【圖示】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償熱電偶在測溫過程中，為了保證輸出熱電動勢是被測溫度的單一函數，必須保持自由端(冷端)的溫度恒定。為了消除或補償由于自由端溫度不恒定而引入的測量誤差，常用以下幾種方法。1．補償方法（1）儀表調零修正法在t0基本不變的情況下，儀表預先機械調零到t0處，即儀表預先輸入E（t0，0℃）則指針指向t0。【圖示】指針被預調到室溫（40°C）可補償冷端損失。（2）冷端溫度自動補償一般采用電橋補償法：在熱電偶回路中串入一個自動補償的電位差信號來補償熱電勢的變化值。E（t，0℃）=E（t，t0）+UAB【圖示】XT－WBC熱電偶冷端補償器【列表】常用的國產冷端補償器性能比較表2．補償導線延引電極（1）問題的提出：自由端高溫熱源的影響；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，用補償導線相連。【圖示】各種補償導線的外形圖【列表】常用熱電偶補償導線的特性實物講演法概念推演法圖示展演法引導探究法圖示展演法圖示展演法列表分析法引導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’為補償導線，溫度t1=50℃，t2=0℃，t3=30℃，t0＝0℃。（1）當U0=934μV時，求被測點溫度t。（2）如果A’、B’改為銅導線，此時U0=810μV，再求溫度t。AA’CD+tU0Bt1B’t2Ct3Dt0【分析】（1）由于C、D均為導體，根據中間導體定律，t2處的電壓就等于t0處的電壓，即U2＝U0而A’、B’為補償導線，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）根據中間導體定律，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、熱電偶的測溫線路及熱電勢的測量1．熱電偶的測溫線路【圖示】兩點間溫度之和、兩點間溫度之差的測量電路圖。注意：兩個同型號的熱電偶其冷端溫度必須相同，并且它們的熱電動勢都與溫度呈線性關系，否則將產生測量誤差。2．熱電偶熱電動勢的測量【圖示】XCZ系列指針式顯示儀表電路圖；電位差計熱電偶測溫電路圖；XMZ系列智能數字顯示儀表外形圖。熱電偶輸出的熱電動勢與被測溫度有對應關系，熱電動勢的測量可用動圈式儀表、電位差計、電子電位差計，或通過微機識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物圖將熱電偶的冷端補償、信號放大、線性化處理、電壓/電流轉換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路經過集成化處理后直接產生工業標準電流信號，并且與被檢測的溫度量成線性關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、熱電偶傳感器的應用案例1．燃氣熱水器火焰溫度測量【圖示】燃氣熱水器實物圖、結構示意圖；燃氣熱水器防熄火、防缺氧示意圖【動畫】燃氣熱水器防熄火防缺氧動畫在燃氣熱水器中設置有防止熄火裝置、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到這一目的。圖示講演法動畫演示法圖示講演法作業教材認知訓練4－3，4－4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2霍爾式傳感器》教案課題單元2霍爾式傳感器教學目的了解霍爾元件的工作原理及結構、霍爾式傳感器的應用類型熟悉霍爾式傳感器的應用教學重點霍爾元件的工作原理和霍爾式傳感器的應用教學難點霍爾傳感器工作原理及應用教學資源多媒體教學課件，霍爾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2霍爾式傳感器現在霍爾元件已廣泛應用于非電量檢測、自動控制、電磁測量、計算裝置以及現代軍事技術等各個領域中。【實物演示】霍爾元件實物演示提綱挈領法實物演示法概念分析一、霍爾元件的工作原理及結構1．霍爾效應【動畫】霍爾效應動畫演示分析可得霍爾電壓UH為2．材料及結構特點【圖示】霍爾元件示意圖；霍爾元件外形圖霍爾元件結構很簡單，是一種半導體四端薄片，它由霍爾片、引線和殼體組成。3．基本電路在實際使用時，I或B或兩者同時作為信號輸入，而輸出信號則正比于I或B或兩者乘積。注意：建立霍爾效應的時間短（約10-12s～10-14s之間），所以控制電流為交流時頻率可以很高（幾千兆赫）。二、霍爾式傳感器的應用1．應用類型霍爾式傳感器主要有三個方面的應用類型（1）霍爾電勢正比于磁感強度（2）霍爾電勢正比于激勵電流（3）霍爾電勢正比于激勵電流與磁感應強度乘積【圖示】霍爾特斯拉計（高斯計）動畫演示法結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、霍爾式傳感器的應用案例1．霍爾式傳感器的應用案例【圖示】霍爾傳感器轉速測量示意圖；霍爾轉速傳感器轉速測量系統在被測轉速的轉軸上安裝一個轉盤，也可選取機械系統中的一個齒輪，將開關型霍爾元件及磁路系統靠近齒盤，隨著轉盤的轉動，磁路的磁阻也周期性地變化，測量霍爾元件輸出的脈沖頻率就可以確定被測物的轉速。轉速n與脈沖頻率f關系滿足：【動畫】霍爾轉速測量動畫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壓力P使波紋膜盒膨脹，帶動杠桿使霍爾元件在磁路系統中向上移動，改變了霍爾元件所感受的磁場大小及方向，引起霍爾電勢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用案例法圖示講演法動畫演示法圖示講演法圖示講演法作業教材認知訓練4－6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壓電式傳感器》教案課題單元3壓電式傳感器教學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量轉換電路了解壓電式傳感器的應用教學重點壓電式傳感器的測量轉換電路教學資源多媒體教學課件，壓電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3壓電式傳感器壓電式傳感器是一種典型的自發電式傳感器，它由傳力機構、壓電元件和測量轉換電路組成。壓電元件是力敏感元件，它也可以測量最終能變換為力的那些非電物理量，如壓力、加速度等。【動畫】壓電傳感器振動分析動畫【實物演示】壓電元件實物提綱挈領法動畫演示法實物演示法概念分析一、基本工作原理1．壓電效應某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用產生變形時，內部會產生極化現象，同時在其表面產生電荷。當外力去掉后，又重新回到不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。【動畫】壓電效應動畫2．逆壓電效應【動畫】逆壓電效應動畫3．壓電材料的主要特性指標（1）壓電材料具有實用價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（1）壓電系數d；（2）剛度H；（3）介電常數ε；（4）電阻R；（5）居里點二、測量轉換電路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。【提問】壓電式傳感器能用于靜態測量嗎？2．測量轉換電路壓電式傳感器的輸出為電荷信號或電壓信號，與之匹配的轉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，故采用電荷放大器。【圖示】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的關系式為：概念推演法動畫演示法循序漸進法圖示展演法概念推演法圖示講演法結論探究法圖示講演法結果展示法應用介紹三、壓電式傳感器的結構和應用1．壓電元件常用的結構形式壓電片有串聯和并聯兩種接法。（1）串聯接法