1、传感器原理课程教学大纲课程编号：06031002课程名称：传感器原理英文名称：Sensor Principle课程类型: 必修课课程性质：专业基础课总 学 时：64 讲课学时：56 实验（实践）学时：8学 分：4适用对象: 仪器仪表、自动化、计算机专业先修课程：大学物理、电路基础、电子技术基础一、编写说明（一）制定大纲的依据本大纲是按照大庆石油学院本科生培养方案（04 版），并参照教育部制订的有关测控技术与仪器专业本科培养目标和教学基本要求编写。（二）课程简介传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置。传感器技术是涉及传感（检测）原理
2、的传感器件。传感器开发和应用的综合技术，随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到重视。本课程系统的阐述了传感器的基本原理及有关信号测量电路，内容丰富，新颖、既有应用广泛的结构性传感器，又有正在发展的物性传感器和光导纤维传感器等。学生通过本课程的学习，可以获得比较全面而系统的传感器知识，为以后的工作打下一个坚实的基础。（三）课程的地位与作用传感器是现代检测技术和测控系统的首要部件。传感器原理是测控技术、电子信息、自动化、机械工程等专业的一门重要专业技术课。（四）课程性质、目的和任务本课程是“测控技术与仪器专业”的一门专业必修课程，通过本课程的学习使学生了解和掌握各种非电量的物理
3、信息的检测、转换和测量原理，为学生毕业后在各个行业从事信息检测和处理工作打下坚实的理论基础。（五）与其他课程的联系是测试技术、测控电子线路等课程的先修课程。（六）对先修课的要求 本课程要求学生具有雄厚的物理学、电子技术基础，因此需在开设完上述两门课的基础上才能开设此课程。二、大纲内容第一章 传感器的基本概念（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义、静态特性指标名称、线性度和灵敏度的定义，了解传感器迟滞、重复性等技术指标。（二）教学基本要求 1掌握传感器及其静态特性和动态特性的定义2掌握传感器中敏感元件、传感元件、弹性元件灵敏度的定义3了解精密度、准确度、
4、精确度的定义及其关系4了解弹性元件的形式及应用范围。（三）教学重点和难点重点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度难点：传感器及其静态特性和动态特性、灵敏度、线性度（四）教学建议与说明 由于本章是前言性质的内容，不要讲述过于深奥的理论知识，应该把抽象的内容具体化，便于学生理解和接受。（五）教学内容 传感器的定义及组成、敏感元件、传感元件，弹性元件、传感器静态特性和动态特性的定义、线性度和灵敏度、弹性敏感元件的输入量和输出量的类型、传感器的分类、传感器的数学模型。第二章 电阻式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生了解电位器及电阻应变片的结构，掌握其工作原理和工作特性，掌握信号
5、测量电路电桥。（二）教学基本要求 1掌握电位器工作特性、线性和非线性电位器的定义、常用非线性电位器结构形式2掌握应变式传感器的组成及各部分的作用3了解应变片的结构和分类，掌握广泛使用的敏感珊形式和材料4了解电阻应变片的工作原理5掌握电阻应变片灵敏系数和横向效应的定义、主要参数的名称及初始电阻和允许工作电流的定义、常用的初始电阻值6掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法(结构和电路接法)（三）教学重点和难点 重点：电位器结构和工作特性、电阻应变片灵敏系数、电阻应变片桥路难点：电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法（四）教学建议与说明 注意区分电阻应变片与电位器的差异。（五）教
6、学内容 电位器的结构、用途、分类、特性和非线性线绕电位器；电阻应变片的结构、材料、工作原理、特性、参数、温度误差、补偿方法、测量电桥、电阻应变仅、应变式传感器等。第三章 电容式传感器 （一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握电容式传感器的结构形式及工作原理，掌握电容式传感器的信号调理电路，了解影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施。（二）教学基本要求 1掌握电容传感器的定义2掌握变间隙式电容传感器的工作原理、灵敏度与非线性误差的解决办法3掌握测量介质介电常数变化和介质的厚度变化的变介电常数式电容传感器原理图4了解电容式传感器的优缺点，了解分布电容对其应用的影响（三）教学重点和难点 重
7、点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路难点：电容式传感器的工作原理、等效电路，电容式传感器的信号调节电路（四）教学建议与说明 电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步应用于压力、压差、液面、料面、成分含量等方面的测量。多举实例使学生初步掌握电容式传感器的原理及应用。（五）教学内容 电容式传感器的结构原理及结构形式、电容式传感器的等效电路、电容式传感器的信号调节电路、影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施、电容式传感器的应用第四章 电感式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握自感式和差动变压器式电感传感器的结构、工作原理
8、，掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件。（二）教学基本要求 1掌握单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量范围与灵敏度2掌握螺线管式差动变压器传感器的结构、线圈绕组的排列方式、工作原理、影响灵敏度的因素、改善线性度的方法、零点残余电压3掌握差动变压器测量电路的名称及差动半波整流电路4掌握电涡流式传感器的基本结构及其与被测体经成测量系统的依赖关系5掌握电涡流传感器的工作原理、电涡流强度与距离(线圈与被测导体之间)的关系、测量位移时得到较好线性度和灵敏度的条件6了解电涡流式传感器用于位移测量，并配用定频调幅
9、式测量电路的（三）教学重点和难点 重点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路难点：自感式、差动式、电涡流式电容传感器的工作原理及测量电路（四）教学建议与说明 在本章中可以把测量电路与测控电子线路的内容对比讲解。（五）教学内容 单线圈变隙式和差动变隙式电感传感器的结构、工作原理、测量电路；差动变压器传感器的工作原理、输出特性、测量电路；电涡流传感器的工作原理、电涡流强度、测量电路第五章 压电式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握压电式传感器的工作原理，掌握压电式传感器的等效电路和信号调节电路等，使学生初步掌握压电式传感器的原理及应用。（二）教学基本要求 1掌握压
10、电效应、石英晶体的纵向压电效应的定义2掌握影响石英晶体表面电荷密度大小的因素3掌握压电陶瓷的构成、极化处理、工作原理、压电陶瓷式传感器的优点4掌握压电元件的等效电路和电荷放大电路5了解压电式传感器的几种应用、优缺点和预载概念（三）教学重点和难点 重点：压电式传感器的工作原理、等效电路、信号调节电路难点：压电式传感器等效电路、信号调节电路（四）教学建议与说明 压电式传感器是基于某些电介质材料的压电材料，它是典型的有源传感器。本章着重是压电晶体和压电陶瓷两类压电材料。（五）教学内容压电式传感器的工作原理、压电材料、压电式传感器的等效电路、压电式传感器的信号调节电路。第六章 热电式等测温传感器（一）
11、教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握热电偶和热电阻的工作原理、结构及应用，熟悉晶体管和集成温度传感器；使学生了解热电式传感器的原理及应用。（二）教学基本要求 1了解热电阻效应及其原理2了解常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值3掌握热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图)4掌握热电偶、热电效应及热端和冷端的定义 5掌握热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 6掌握选用热电极材料的规律、选用标准、热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类（三）教学重点和难点 重点：热电阻测温原理、测温线路及其接线方法；热电偶的测温原理、中间导体定律难点：热电阻效应及其原理、
12、热电偶的测温原理、中间导体定律（四）教学建议与说明 （五）教学内容热电阻效应及其原理、常用热电阻的类型和测量范围及其初始电阻数值、热电阻测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法(电路图) 、热电偶、热电效应、热电偶的组成及其产生的条件、热电偶的测温原理、中间导体定律 热电偶的优点、热电偶按结构划分的种类第七章 光电式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握光电效应原理，掌握光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管和晶体管等光电器件的结构和工作原理；使学生初步了解光电式传感器的原理及应用。（二）教学基本要求 1掌握外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料的重要性2
13、掌握内光电效应、光导效应(本征和非本征)3了解半导体产生光导效应的临界光波长的限制4掌握硅光电池的结构、工作原理、光电特性5了解光敏电阻的结构,掌握光敏电阻的工作原理6掌握光敏二极管、光敏三极管的结构、工作原理、光电特性的特点（三）教学重点和难点 重点：外光电效应、内光电效应、光导效应，光电管的结构、测量光强度的工作原理难点：外光电效应、内光电效应、光导效应（四）教学建议与说明 光电式传感器是依据光电效应、利用光电器件将光学量转换成电学量的传感器。本章在阐述光电效应原理的基础上，重点介绍光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管等光电器件的应用实例，使学生初步了解光电式传感器的原理及应用（五）教
14、学内容外光电效应、光电管的结构、测量光强度的工作原理、光电阴极材料、光电管的光谱特性、光电特性和暗电流、光电倍增管的结构图、光电倍增管的特性、内光电效应、光导效应(本征和非本征)、光敏电阻的结构、光敏电阻的工作原理、光敏二极管的结构、工作原理第八章 磁电式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握霍尔式传感器、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性；使学生初步了解磁电式传感器的原理及应用。（二）教学基本要求 1掌握霍尔效应的物理解释2了解影响霍尔电势大小的因素 3掌握霍尔元件外形结构、基本测量电路4熟悉用霍尔元件测量微位移的原理5掌握动圈式磁电
15、传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性6掌握磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性（三）教学重点和难点 重点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性难点：霍尔效应、霍尔元件基本测量电路（四）教学建议与说明 磁电式传感器也称为电磁感应传感器，是基于电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电动势的传感器。在教学时应先熟悉电磁感应。（五）教学内容霍尔效应、霍尔电势大小的因素、霍尔元件外形结构、基本测量电路、动圈式磁电传感器和磁阻式磁电传感器的工作原理和结构、信号调节电路、频率响应特性第九章 辐
16、射式传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生掌握红外辐射、核辐射、超声波和激光传感器的基本结构和工作原理，熟悉它们的应用。（二）教学基本要求 1掌握红外辐射的基本定律2了解红外探测器的组成结构3掌握超声波的基本特性及物理性质4了解超声波传感器的结构5掌握核辐射的物理特性，了解核辐射传感器的组成结构6了解激光的特性，熟悉激光器及其特性（三）教学重点和难点 重点：红外辐射基本定律、超声波基本特性、核辐射的物理特性、激光的特性难点：红外辐射基本定律、超声波基本特性、核辐射的物理特性、激光的特性（四）教学建议与说明 本章内容较多，涉及大学物理知识较多，应布置学生复习相关知识。（五）教学内容红外
17、辐射的基本定律、红外探测器的组成结构、超声波的基本特性及物理性质、超声波传感器的结构、核辐射的物理特性、核辐射传感器的组成结构、激光的特性、激光器及其特性、辐射式传感器的应用。第十章 新型传感器（一）教学目的和任务 通过本章教学，使学生明确新型的传感器在不断出现，在实际工作中应了解传感器技术的进展，选用合适的传感器，构造合理、实用的检测系统。本章对各种新型传感器作简略介绍，指导学生进行自学。（二）教学基本要求 1了解传感器的发展趋势2熟悉目前出现的新型传感器的类型3熟悉新型传感器的特点（三）教学重点和难点 （四）教学建议与说明 本章课时较少，内容较多，涉及面广，对部分内容只作概要性介绍，指导学
18、生自学。（五）教学内容光导纤维传感器、激光传感器、仿生传感器、智能传感器、固态图象传感器、气体传感器、湿度传感器等三、实验（实践）环节及要求 第一次实验 应变式传感器实验要求：1熟悉传感器实验台2完成应变式传感器的安装，电路连接3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第二次实验 电感式传感器实验要求：1观察差动变压器（电感式传感器）的结构2完成传感器的安装、测量电路的连接、检查正确性3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第三次实验 热电式传感器实验要求：1熟悉热电偶的结构和特性2完成热电偶的安装、电路连接、并正确设置控制台的报警温度3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告第四次实验 磁电式传感器实
19、验要求：1观察霍尔式传感器的结构2完成传感器的安装、电路连接3实验并分析讨论实验结果，完成实验报告。四、习题、课程讨论及要求 作业次数为 1/6总学时，每次题量为 12 道题。通过作业，使学生及时复习所学过的重点内容。五、教学方法与手段在讲解中要着重讲明物理概念，联系实际，讲清结构，原理，特性，不必进行复杂的数学推导，可直接引用公式 。力求重点突出，由浅入深，便于学生掌握。六、各教学环节学时分配 序号 章节 内容学时分配合计七、教学形式与考核方式 （一）教学形式：理论教学+实践教学+平时预习和复习（二）考核方式：闭卷考试 80%+实验 10%+平时 10%八、推荐教材和教学参考书 教 材：传感
20、器原理与应用黄贤武，郑筱霞，电子科技大学出版社，1996 参考书：传感器原理及应用王化祥. 天津大学出版社.2003传感器与测试技术李晓莹. 高等教育出版社.2002九、其他说明 大纲制订人：曹广华大纲审定人：刘 霞大纲批准人：付光杰大纲校对人：陈 朋制订日期：2006 年 9月 24日讲课 习题课 讨论课 实验（上机） 其他1 第一章 传感器的基本概念 3 32 第二章 电阻式传感器 6 2 83 第三章 电容式传感器 6 64 第四章 电感式传感器 8 2 105 第五章 压电式传感器 5 56 第六章 热电式等测温传感器 6 2 87 第七章 光电式传感器 6 68 第八章 磁电式传感器 6 2 89 第九章 辐射式传感器 4 410 第十章 新型传感器 4 4总结复习 2 2合计 56 8 64
