传感器技术教案.docx
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传感器技术教案
教案首页
授课班级
课题序号
授课课时
1
4
授课形式
讲授
授课章节
名称
第一章绪论
第一节传感器应用电路模型
使用教具
多媒体课件
1.掌握传感器的定义
2.了解传感器的结构作用和特点
3.认识传感器应用电路一般结构
4.掌握传感器选择的一般原则
教学目的
教学重点
教学难点
传感器的结构作用和特点
应用电路一般结构
更新、补
充、删节
内容
无
课外作业
复习本节内容、预习下节相关知识内容
教学后记
授课主要内容或板书设计
第一章绪论
第一节传感器应用电路结构模型
一、传感器的定义
传感器：
利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物
量等非电量转换成电量的器件或装置。
二、传感器的结构作用和特点
三、传感器应用电路结构
主要包括：
微处理器、传感器、键盘电路、显示器、执行电路、提示器。
四、传感器选择的一般原则
1、量程大小
2、被测位置对传感器体积的要求
3、测量方式为接触式还是非接触式
4、信号的引出方法，有线或者是非接触测量
5、传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承受，或者是自行
研发。
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
引入新课
在日常生活中经常会使用到电视遥控器、手机、电脑等
电子产品，那么遥控器是怎样遥控电视、手机是怎么记录运
动步数、电脑内部是怎样实现对CPU等器件的温度检测
呢？
教学过程
一、传感器的定义
传感器：
利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、
化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。
二、传感器的作用和应用领域
1.通过把计算机比作人的大脑，把传感器比作人的感觉
器官，执行器比作人的四肢，就可以制造出工业机器人。
2.用途：
信息收集、信息数据的交换、控制信息采集的
功能
3.传感器的应用范围：
（1）在制造业中
（2）在汽车中
（3）在智能楼宇中
（4）在家用电器中
（5）在安全防范中
（6）在机器人中
（7）在人体医学上
（8）在环境保护中
（9）在航空航天中
（10）在遥感技术中
（11）在军事上的应用
三、传感器在国民经济中的地位
传感器在现代科学技术、农业及工业自动化的发展起
到基础和支柱作用，在世界各国也成为一种重要产业。
传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可
分三代：
第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受
和转化信号。
第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种
传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是
利用材料某些特性制成。
如：
利用热电效应、霍尔效应、
光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传
感器。
第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，
是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具
有一定的人工智能。
四、传感器的组成
常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。
敏感元件：
能直接感受被测量的部分。
转换元件：
将收到的非电量转换成电量的器件。
转换电路：
将无源型传感器输出的电参数量转换成电
能量。
五、传感器的分类
1、按输入量分物理量传感器、化学量传感器、生物量
传感器。
2、按物换原理分结构型、物性型、复合型。
3、按输出信号形式分开关式、模拟式、数字式。
4、按输入和输出特性分线性、非线性。
5、按转能量转换的方式分有源型、无源型。
六、传感器应用电路
传感器应用电路是以微处理器为核心，以传感器、键盘
电路为输入，显示器、执行电路、提示器为输出的结构。
七、传感器选择的一般性原则
（1）量程大小
（2）被测量位置对传感器体积的要求
（3）测量方式为接触式还是非接触式
（4）信号的引出方法，有线或者是非接触式测量
（5）传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承
受。
对传感器数量和量程的选择：
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要
支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心
重合的原则而确定）而定。
一般来说，秤体有几个支撑点
就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩
秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际
情况来确定选用传感器的个数。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感
器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因
素综合评价来确定。
一般来说，传感器的量程越接近分配
到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。
但在实际
使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在
秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感
器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和
寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各
个因素后，经过大量的实验而确定的。
传感器应用电路实训任务建议
职业学校电工电子类专业的教学与实训应该以产品为
依托进行。
用制作传感器电路产品作为工作任务学习传感
器也完全符合教学及实训的世纪，在这里使用电子产品单
元电路进行实训学习，是的传感器知识能够在“做中学、做
中教”，但是要注意解决以下问题：
（1）要认真阅读传感器电路产品的相关电路
（2）要深入学习传感器知识，必须从传感器的结构、
工作作用、性能特点、参数和检测方法等内容进行学习。
（3）在制作电子产品单元电路时要小心爱护传感器和
微处理器，防止实验过程中损坏器件。
（4）传感器种类繁多，其相应的输出形式也是多种多
样。
实际中需要看情况增加放大电路及滤波电路等。
总结：
传感器定义、结构作用及特点、应用电路、实训
建议
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授课班级
课题序号
授课课时
2
4
授课形式
讲授
授课章节
名称
电阻式温度传感器
使用教具
多媒体课件
1、学会使用温度传感器测量温度
2、熟悉温度的控制电路和了解电路的工作过程
3、了解温度传感器的种类和特性
教学目的
4、掌握检测部分温度传感器的方法。
教学重点
教学难点
完成温度传感器电路的安装与调试。
电阻式温度传感器
更新、补
充、删节
内容
无
课外作业
复习本节内容、预习下节相关知识内容
教学后记
授课主要内容或板书设计
电阻式温度传感器
一、进行温度测量的必要性
二、温度传感器的定义
三、温度传感器有哪些部分组成
四、任务完成的条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
五、相关应用案例
1.铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路
2.正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用
3.负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用
引入新课
温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还
需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要
知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。
温度是实
际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依
靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。
本文对不同
的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。
教学过程
一、温度传感器的定义
温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。
二、温度传感器的组成
温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化
具有自身特性的改变。
温度传感器也称为热-电传感器。
这种传感器用于各种需要对温度进行
控制、测量、监视及补偿等场合。
它们中有的可以直接转变为电信号，有的
则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。
三、任务条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
电阻式温度传感器
电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变
化的特性实现测量温度。
一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称
为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。
电阻式温度传感器按接触方式分类
温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：
接触式和非接触式。
接
触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达
到同一温度。
这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。
非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对
流传到温度传感器，以达到测温的目的。
这一类传感器主要有红外测温传感
器。
这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使
的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电
路中的温度分布）。
五、应用案例
（1）铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路
由铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路。
该电路测量误差
小于0.15%，适用于工业精密温度测量和控制的场合。
电路图如下图。
安装电路注意事项：
（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当
调整电路元器件的参数，特别掌握好RP1、RP2和RP3的调整；
（3）特别检查铂电阻RT传感器的质量是电路工作和功能准确实现的关
键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不
能正常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进
行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用
电路采用三只高精度的运算放大器IC1~3OP-07，IC4ICL7170CPL是一
块A/D模数转换集成电路，IC5TL431是一块精密基准电压集成电路。
温度
传感器是一种分度为Pt100的铂电阻。
它具有很宽的测温范围，可以在－
200~＋850℃的温区内测量，并有极好的稳定性。
电路工作过程
IC1及其外围元件构成了温度检测置换电路；IC2及其外围元件构成了放
大电路；IC3、VT1及其元件构成了比较和驱动控制电路；RP3用于设定温度
值；SA1设定和测量切换开关；IC4及其外围元件构成了A/D置换、非线性校
正、温度显示电路；RP2为线性补偿可调电位器。
（2）正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用
正温度系数热敏电阻广泛应用在防止电路电流突然浪涌过大做成损坏，
如在电力线路设备、铁路系统设备及电话线路设备等都使用正温度系数热敏
电阻加以保护。
电路图如下图。
安装电路注意事项
（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当
调整电路元器件的参数；
（3）特别检查正温度系数热敏电阻PTC传感器的质量是电路工作和功能准
确的关键；
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正
常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行
元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用
电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻PTC、消磁电阻、继电器JK电路
组成。
电路主要是给彩色电视机CRT显像管在电视机开机时进行消磁。
电路工作过程
正温度系数热敏电阻PTC在消磁电路中与消磁线圈串接，消磁线圈一般
安装在显示器的四周，由继电器电路控制消磁电路的工作。
在继电器JK吸
合的瞬间，由于热敏电阻（在电路中消磁电阻）阻值很小，故起始电流很
大，产生很大的交变电流，也就产生很强的交变磁场，但热敏电阻很快由于
电流通过而温度升高，电阻值逐渐增大而使交变电流减小，消磁线圈产生的
交变磁场呈周期性的衰减，从而达到对显示器消磁的目的。
消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电流通过，所产生的微弱交变
磁场会对图像产生影响，而且消磁电阻长期通电发热也容易发热损坏。
因此
如电路图所示，采用双刀双掷开关继电器对消磁电路进行控制，只要消磁完
毕后，继电器释放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生的交变磁场
影响图像了。
（3）负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用
在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻传
感器常用于温度控制。
热敏电阻RT是属于负温度系数热敏电阻。
电路图如
下图：
安装电路注意事项
（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适
当调整电路元器件的参数，运算放大器IC1可用相同功能集成块代换；
（3）特别检查负温度系数（NTC）热敏电阻RT传感器的质量是电路工
作和功能准确的关键；
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能
正常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行
元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用
电路是由IC176339的两个运算放大器及外围元件组成两个电压比较
器，由IC2CD4011的两个与非门电路组成RS触发器，由VT18050组成
一个冰箱压缩机开关电路。
电路主要是对冰箱内的温度进行恒温控制的作用。
电路工作过程
当冰箱接通电源后，由电阻R4和R5分压后级IC1的A级同相端“5”脚
提供一固定基准电压Ui1，由温度调节电路的电位器RP1输出一设定温度电压
Ui3给IC1的B级反相输入端“8”脚，这样就由A级组成开机检测电路（压缩
机接通工作），由B级组成关机检测电路（压缩机断开停止工作）。
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授课班级
课题序号
授课课时
3
4
授课形式
讲授
授课章节
名称
热电偶温度传感器
使用教具
多媒体课件
1.掌握热电偶温度传感器定义
教学目的
2.了解热电偶温度传感器的相关应用案例
教学重点
教学难点
热电偶温度传感器的相关应用案例
热电偶温度传感器的相关应用案例
更新、补
充、删节
内容
无
课外作业
预习相关知识内容
教学后记
授课主要内容或板书设计
热电偶温度传感器
一、进行温度测量的必要性
二、温度传感器的定义
三、温度传感器有哪些部分组成
四、任务完成的条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
五、热电偶温度传感器的定义
六、相关应用案例
热电偶测温电路
引入新课
温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还
需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要
知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。
温度是实
际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依
靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。
本文对不同
的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。
教学过程
一、温度传感器的定义
温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。
二、温度传感器的组成
温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化
具有自身特性的改变。
温度传感器也称为热-电传感器。
这种传感器用于各种需要对温度进行
控制、测量、监视及补偿等场合。
它们中有的可以直接转变为电信号，有的
则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。
三、任务条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
热电偶温度传感器
热电偶传感器是将温度变化转变为微小的电动势变化量，然后经放大后用来
控制执行机构，从而达到控制温度的目的。
它结构简单、使用方便，精确可
靠，温度控制调节范围宽，通常多用于大型自动控制系统中对温度进行检测。
四、应用案例
热电偶测温电路
该电路适用于电镀工艺流水线及温度测量范围在0~150ºC内的场合。
电
路图如下图。
安装电路注意事项
（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适
当调整电路元器件的参数；
（3）配置热电偶传感器的质量J是电路工作和功能准确的关键；可以选
择不同的热电偶；
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能
正常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行
元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用
电路由J型热电偶，具有基准点补偿功能的热电偶放大集成电路IC2
AD594（它适用于各种型号的热电偶），还有IC1的ICL7107COL驱动显示电
路，显示温度是由数码管TLR325组成的电路。
而且可以利用AD594内部的
热电偶断线检测电路，三极管VT1及外围元器件组成的热电偶断线报警电
路。
电路工作过程
热电偶的一对末端点作为热电偶的连接点，分别接在IC2AD594的“14”
脚和“1”脚，这也是AD594的补偿接点。
接点与AD594保持相同的温度。
热电偶的温度每变化1ºC，AD594集成电路的“9”脚有10mV电压输出，该
电压经电阻R10加到数字显示电路的ICL7107的“31”脚，它把输入的电压信
号模拟量转换成数字量，经内部译码后输出驱动控制信号驱动数码管
TLR352，数码管显示的数字就是当前检测到的温度。
在热电偶正常工作时，AD549的“12”脚输出高电平，经IC37404反相
后输出低电平，所以三极管VT18050截止，蜂呜器BELL不响。
当热电偶
的引线断开时，AD954的“12”脚变为低电平，通过7404反相器，三极管8050
导通，使蜂呜器BELL发出报警声音。
五、知识链接
热电偶作为传感器的测温元件，是由仪表测量热电偶的温度相应的热电
动势。
所谓的热电动势是指两种不同的导体组成一个闭合回路时，若两接点
温度不同，则在电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应，产生的电动
势称为热电动势。
由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶温度传
感器。
两个接点温度高的一端热端或商量端，另一端则称冷端或参考端。
热
电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。
由于在使用热电偶传
感器时，参考端的温度需要保持不变，这样才能准确地在热端测量温度。
所
以在实际使用热电偶测量温度时，要采取措施对热电偶进行温度补偿。
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授课班级
课题序号
授课课时
4
4
授课形式
讲授
授课章节
名称
集成温度传感器
使用教具
多媒体课件
1.掌握集成温度传感器定义
教学目的
2.了解集成温度传感器的相关应用案例
教学重点
教学难点
集成温度传感器的相关应用案例
集成温度传感器的相关应用案例
更新、补
充、删节
内容
无
课外作业
预习相关知识内容
教学后记
授课主要内容或板书设计
集成温度传感器
一、进行温度测量的必要性
二、温度传感器的定义
三、温度传感器有哪些部分组成
四、任务完成的条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
五、集成温度传感器的定义
六、相关应用案例
1、模拟集成温度传感器LM35在恒温电路中的应用
2、数字集成温度传感器DS18B20在测温电路中的应用
引入新课
温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还
需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要
知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。
温度是实
际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依
靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。
本文对不同
的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。
教学过程
一、温度传感器的定义
温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。
二、温度传感器的组成
温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化
具有自身特性的改变。
温度传感器也称为热-电传感器。
这种传感器用于各种需要对温度进行
控制、测量、监视及补偿等场合。
它们中有的可以直接转变为电信号，有的
则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。
三、任务条件
温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温
度传感器是实现温度测量和控制的关键。
除温度传感器，转换电路是必需的
电路。
输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发
光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶
显示器。
集成温度传感器
集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用半导体PN结
的电流和电压特性与温度的关系，把感温元件（半导体PN结）与有关的电子电
路集成在很小的硅片上封装而成的。
其具有体积小、线性好、反应灵敏、价
格低、抗干扰能力强等优点。
集成温度传感器又分为模拟输出和数字输出两种。
四、应用案例
1.模拟集成温度传感器LM35在恒温电路中的应用
安装电路注意事项
（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；
（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当
调整电路元器件的参数。
要调整RP3电位器使温度显示为零（要把短路跳线
取出）；
（3）配置温度传感器LM35的质量是电路工作和功能准确的关键，并把温
度传感器LM35放置在发热元件R7中；
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压
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