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传感器及检测技术3(3),传感器及检测技术3(3)传感器及检测技术3(3)上节回顾:本节主要内容:1.电容传感器1.电阻应变式传感器2.固态压阻式传感器3.热电阻式传感器4.热敏电阻传感器8/12/20212第3章 电容传感器 本章学习电容传感器的原理及应用，还涉及压力、液位及流量的测量方法。8/12/20213,数学思想是教学的灵魂，只有掌握数学思想，才能体会数学的奥妙，领会数学的精髓。初中数学学习相对于小学数学学习是一个质的飞跃，从初一开始，在数学教学中，就逐步渗透整体思想、转化思想、分类思想、教形结合等数学思想，才能使学生的学习更深入，理解力更强，并为以后的学习打下坚实的基础。一、整体思想 例：计算（）（）（）（）。分析：经过观察，可将看做一个整体，不妨用x表示，设=x，则原式=（1+x）（x+）x=x2+x+xx2。以上例题，通过整体思维，使计算变得非常简洁，体现了整体思想的优越性。教师在数学教学中，多渗透整体思想，会使学生的思维能力、解题能力有一个很大的提高。二、转化思想 初中数学中关于有理数减法和除法的运算法则分别是：减去一个数，等于加上这个数的相反数。除以一个数，等于乘以这个数的倒数。这两条法则充分体现了数学中的转化思想，即将未知的问题转化为已知的问题来解决。这种思想在我们初中数学学习中也有很大的体现，对于学生自我探究尤为重要。如，解二元一次方程组中的代入消元法、加减消元法等，其实质是通过消元，把二元一次方程组转化为一元一次方程组来解；解一元二次方程也是通过直接开方法、因式分解法等转化为一元一次方程来解；分式方程则是通过去分母转化为整式方程来解。例：已知:x=3，求x2+的值。分析：x2=x2+（）2由此联想到a2+b2与（a+b）2的关系，就容易想到将其转化为与完全平方公式有关的式子来解决。解：（x）2=x2+2x x2=（x）22=322=7 三、分类思想 初一代数在引入有理数概念后就有了分类思想，并在以后的学习内容中不断强化这种思想。如，在绝对值一节中，有a=a a00 a=0-a a0 在二次根式化简中也有=a a00 a=0-a a0 函数学习中有了分类思想，才能把一次函数、反比例函数、二次函数综合探究，形成近年来中考考试中非常热门的分段函数。有了分类思想，掌握了“不重不漏”的分类原则，就能使学生在探究问题时思维更严密，考虑问题更全面。四、数形结合思想 在学习了数轴后，我们知道，数可以用数轴上的点表示，反之，数轴上的点也可以表示一个数，这就初步奠定了数形结合的思想，在后续教学中，这种思想也不断地得到体现。如，相反数的意义可在数轴上表示为，原点两旁离开原点距离相等的两个点所表示的两个数。绝对值得几何意义是：一个数a的绝对值就是数轴上表示数a的点与原点的距离。平面直角坐标中每一对有序数对与平面内一个点形成一一对应。函数的表达式与它的图象更是数形结合的直接应用。种种由形象与抽象的结合，会使学生的思维得到锻炼，也会为探究学习奠定基础。当然，数学思想还有很多，教师自身要更多地掌握和理解数学思想，才能在平时教学中更多地渗透给学生，这种渗透就是在教给学生一些数学学习方法和思考问题的方式，学生在探究学习中才能有更多的针对性，才能提高学习效果。这些数学思想，会使学生受益终生，教师也提高了教学效率，教学效果才能得到保障，教学改革才能更快更好地推进。（河南开封市三十三中；）教学案例，是教师把教学实践中出现的、能够启发思考的典型事例，客观地写成指导教学实践的描述性文稿。教学案例有利于解决教学问题，总结教学经验，提高教学能力；有利于增强教研效益，提高教研水平，形成教研成果。小学语文教学案例的写作，应注意以下几个方面：一、要注意案例素材的特点 1、案例要典型 能反应事件发生的特点的教育背景，能隐含普遍存在、大家关心、比较重要的问题，能体现问题的深刻性，有无穷的回味，有实用的价值。2、故事要生动 应该是一个能够很好地反应某个隐含观点的教学故事，要具体、生动，要包括一些戏剧性的冲突。3、寓意要明确 教学案例能够启发大家思考，能够让教师看出故事揭示的某些规律和本质，对教学工作有指导作用。二、要提炼案例的主题 教师收集到的教学案例素材，仅仅是教学情景，需要针对某个现象或某个情况，进行反复、深入的研究，明确要解决的问题是什么，从而提炼出重要的、鲜明的、深刻的，有 指导意义的主题。三、介绍案例事实 1.目的要明确 2.内容要真实 3.情景要完整 4.取舍要恰当 5.叙述要客观 四、进行案例分析 1、理论与实际紧密结合 撰写案例分析时，不要就事论事，而要就事论理。对 案例中描述的事实、提出的问题，要运用教育学、心理学的基本原理，进行科学分析，力求提出解决具体问题的较好的措施。分析自始至终要紧扣案例，不能脱离案例本身去讲教学理论。2、体现先进的教学思想 案例分析的主意要新，有用先进的教学思想、教学理念做指导，要跟得上教学改革与发展的步伐。当前，案例分析要贯彻素质教育、创新教育的基本精神，要引导教师培养学生的创新精神和实践能力。3、分析务必实事求是 案例分析要有求实精神，分析要实在，要有针对性，要讲关于这个案例的小道理，要将教育教学理论的观点自然地融汇于分析之中。4、论述要突出重点 对于以写成的教学案例，要反复阅读，找出案例的基本目标和主意问题，力求抓住要害，深入细致地进行分析，论述时要画龙点睛，把问题点明，把道理说清，把主题揭示出来。5、观点要有充分依据 分析案例时首先要认真思考，采用已选中的分析方法来分析某个特定的问题，寻找所需事实，严格选材，深入挖掘。下面就选一个案例，供大家参考学习。笔者在前不久观摩教师执教熟能生巧最后一课时时，在总结全文的时候，问学生：“学完了课文，你有什么收获和感受？”学生小手林立，争着回答问题。A生说：“我学会了文中的生字词，知道了熟能生巧的意思，就是熟练了就能想出巧妙的办法，或找出窍门。”B生说：“我知道武士有百步穿杨本领，卖油老翁有从铜钱孔中注油，不沾湿铜钱的本领。我觉得他们真了不起。”C生说：“我知道武士很骄傲，觉得他自己很了不起，故意卖弄，要知道山外有山，人外有人。这一点我觉得卖油翁做的比武士好。我喜欢老翁。”突然，学生D站起来说：“我跟C不一样，我喜欢武士。因为武士身强力壮，他的本领能保护自己，保卫国家。而卖油翁的本领却不怎么样！我觉得武士比卖油翁厉害。”听了D的发言后，学生们都把手举得更高了，有的甚至站了起来，或离开座位，有的则和旁边的同学私语起来，似乎在小声讨论买油翁和武士到底谁厉害。此时，这是个让学生充分展示自我，体现他们个性的时候，也是讨论交流的良好机会。接着，教师便稍稍做了个安静的手势，说：“同学们，卖油翁和武士到底谁厉害呢？请你们有秩序地发自己的见解，能说明理由。”（学生稍稍安静）有的说：“我觉得武士厉害，因为卖油翁年纪大了，书上都称他为老翁了。如果让他去拉弓射箭，肯定是不行的，人老眼花，一定射不准箭。”马上就有人提出反对意见：“我觉得卖油翁厉害。如果让武士去注油，肯定会把油滴在铜钱上。”紧接着，一学生反驳说：“武士年轻，还可以在学，而老翁胡子都已经白了（从书上插图中看出来），不可能练成武士那样的本领了。所以，我觉得武士厉害。”又有一生说：“我觉得老翁厉害，不但注油的本领高，而且人也很谦虚，不象武士那样故意炫耀。”（就这样你来我往的，下课的铃声响了。）作为教师，她并没有急于下结论，而是引导学生在课后去思考：是不是年纪大了，就不厉害了；武士和老翁的本领又是怎么练就的；老翁是在告诉武士，他比武士厉害吗；请同学在课后再好好研究和讨论。分析与反思 以上教学片段真可谓“一石击起千层浪”，也是我没有预料到的。但学生的回答却让我看到了学生的世界是充满无限想象力的，他们思维的发散性很强，并富有开拓性，他们对课文的理解有自己独特的感受。结合现代语文教学的新理念和新思想，以上教学片段主要体现了两个方面的新观念：一是以学生为主体，学生成了课堂的主人翁，而教师却成了课堂的发现者、开发者、欣赏者、组织者、和引导者。整个教学片段当中教师自始至终没有去干涉学生的学习行为，充分体现了以学生为主，让学生在课堂中交流、讨论、争辩、质疑。教师只是在规范学生学习行为，维护课堂秩序方面，作了适当地引导。学生在课堂上尽情地发言，抒发对课文的感悟与质辩：卖油翁和武士到底谁厉害？学生从不同的角度发表了自己的看法，有的甚至从武士的年轻和老翁的年迈上去比较，从现在和将来去思考，还有的从课文的字里行间与插图中去寻找答案，可以看出学生是思考了，是探究了，真正体现了以学生为主体，使课堂成了他们学习的演练场。二是开放式教学思想的体现。新课程所提出的开放式教学思想的渗透，并不是放任学生，而是对教材的开放，对学生评价的开放，提倡多元化教学，这当中包括学生对教材的不同体验和感受。以上教学片段就是体现了学生对课文人物的不同理解，从不同角度去欣赏。教师并没有否认学生的看法，只要学生不反党，不违法，不违反人性，他的回答，教师都应给予肯定。对学生的评价不再是以教师一言定论，而是建立了生生、师生等交互网式的评价，还可以在评价空间上由课内延伸到课外。总之，新课程、新理念导引下的语文教学还有许多东西要我们去探究，去实践。,12.04.2023,2,上节回顾:,本节主要内容:1.电容传感器,1.电阻应变式传感器2.固态压阻式传感器3.热电阻式传感器4.热敏电阻传感器,12.04.2023,3,第3章 电容传感器,本章学习电容传感器的原理及应用，还涉及压力、液位及流量的测量方法。,12.04.2023,4,简介,电容式传感器是将被测非电量（如尺寸、压力等）的变化转换为电容量变化的一种传感器。,压差变送器,接近开关,三轴加速度传感器,物位开关,12.04.2023,5,第一节 电容式传感器的工作原理及结构形式,上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？,电容传感器的基本理想公式为,12.04.2023,6,第一节 电容式传感器的工作原理及结构形式,改变A、d、三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。,电容传感器的基本理想公式为,12.04.2023,7,变面积型电容传感器,平面形直线位移式,圆柱形直线位移式,角位移式,12.04.2023,8,一、变面积式电容传感器,图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。,12.04.2023,9,变面积式电容传感器的特性,变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。请画出变面积式电容传感器的输出特性曲线！,12.04.2023,10,二、变极距式电容传感器,当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。,实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。,12.04.2023,11,变极距式电容传感器的特性曲线,从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？,a）结构示意图 b）电容量与极板距离的关系1定极板 2动极板,12.04.2023,12,三、变介电常数式,因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。,表5-1 几种介质的相对介电常数,12.04.2023,13,变介电常数式电容传感器的用途,根据表5-1，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？,12.04.2023,14,第二节 电容式传感器的测量转换电路,12.04.2023,15,测量转换电路-电桥,Cx为电容传感器，没有变化时，输出电压U0=0。Cx变化时，U00，由此可测得电容的变化值。,相邻的两臂接入差动式电容传感器。空载时的输出电压为,12.04.2023,16,12.04.2023,17,12.04.2023,18,12.04.2023,19,12.04.2023,20,第二节 电容式传感器的测量转换电路（调频电路）,调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx 发生变化，就使振荡器的频率 f 产生相应的变化。,式中哪些量是变量？,12.04.2023,21,调频式测量转换电路,当输入量导致传感器的电容量发生变化时，振荡器的振荡频率也相应地变化，即振荡器频率受传感器输出电容的调制，故称调频式。在实现了电容到频率的转换后，再用鉴频器把频率的变化转换为幅度的变化，经放大后输出，进行显示和纪录,12.04.2023,22,调频（FM）电路,TTL电平的高电平和低电平电压范围分别是多少伏？,TTL高电平3.6-5V,低电平0-2.4V,12.04.2023,23,运算放大器式测量转换电路,输出电压如果传感器为平板形 电容器，则 此电路能解决变极距型电容式传感器的非线性问题,12.04.2023,24,12.04.2023,25,12.04.2023,26,第三节 电容式传感器的应用,电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、相对面积A 和极间介电常数。固定其中两个变 量，电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来达到非电量电测的目的。,12.04.2023,27,12.04.2023,28,电容式压差传感器,1-硅油 2-隔离膜 3-焊接密封圈 4-测量膜片（动电极）5-固定电极,结构,外形,应用测量液位,12.04.2023,29,12.04.2023,30,二、硅微加工加速度传感器,图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作电压为2.75.25V，加速度测量范围为数个g，可输出与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的PWM 脉冲。,12.04.2023,31,微加工三轴加速度传感器,技术指标：灵敏度：500mV/g，量程：10g，频率范围：0.5-2000Hz，安装谐振点:8kHz，分辨力：0.00004g，重量：200g，安装螺纹：M5 mm，线性误差：1%,12.04.2023,32,硅微加工加速度传感器原理,1加速度测试单元 2信号处理电路 3衬底 4底层多晶硅（下电极）5多晶硅悬臂梁 6顶层多晶硅（上电极）,12.04.2023,33,利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结 构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、C2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将C 转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz以上，允许加速度范围可达10g 以上。如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。,12.04.2023,34,加速度传感器在汽车中的应用,加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。,装有传感器的假人,气囊,12.04.2023,35,汽车气囊的保护作用,使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。,12.04.2023,36,汽车气囊对驾驶员的保护作用,12.04.2023,37,3.应用-电容式测厚仪,在被测带材的上下两侧各装设一块面积相等且与带材距离相等的极板，这样两极板与带材之间形成两个电容C1、C2。,1-带材 2-轧辊 3-工作电极,带材在轧制过程中若发生厚度变化，将引起电容的变化，再调频测量电路将电容的变化检测出来，经过单片机处理，即可由显示面板显示出带材厚度的变化。,12.04.2023,38,12.04.2023,39,12.04.2023,40,一、电容式液位计,棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。,聚四氟乙烯外套,12.04.2023,41,电容式液位限位传感器,液位限位传感器与液位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出开关量。当液位到达设定值时，它输出低电平。但也可以选择输出为高电平的型号。,12.04.2023,42,液位限位传感器的设定,智能化液位传感器的设定方法十分简单：用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信号和控制信号。,设定按钮,12.04.2023,43,智能化液位限位传感器的设定按钮,超限灯,正常工作指示灯,设定按钮,电源 指示灯,12.04.2023,44,四、电容式油量表,机械式油量表：,在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表指示出油量。,12.04.2023,45,电容式油量表,当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（x 处）。,该油量表属于开环系统还是闭环系统？,12.04.2023,46,电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示,12.04.2023,47,不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响,12.04.2023,48,电容式湿度传感器,以铝棒和能渗透水的黄金膜为极板，极板间充以氧化铝微孔介质。多孔氧化铝可以从含有水分的气体中吸收水蒸气或从含水液体介质中吸收水分，吸水以后，极板间的介电常数发生变化，电容量随之改变。,1-电极引线 2-铝棒 3-多孔氧化铝 4-黄金膜,12.04.2023,49,电容式指纹识别传感器,笔记本指纹识别,汽车防盗指纹识别,指纹识别手机,12.04.2023,50,本章作业,习题P45第2题、8题，4、5、6题（选做）,12.04.2023,51,休息一下,谢谢你的阅读,知识就是财富丰富你的人生,71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。康德72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。西塞罗73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。伏尔泰74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。屈原75、内外相应，言行相称。韩非,