主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的實(shí)踐探索 2024-10-17

傳感器與檢測(cè)技術(shù)的實(shí)踐探索

一、項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)踐：
1、課題：溫度（水溫）測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課堂教學(xué)：介紹三類常用溫度傳感器以及如何選用合適的溫度傳感器。首先，了解金屬熱電阻的電阻隨溫度而變化的特性，掌握電橋測(cè)溫原理；其次，了解熱敏電阻的特性、類型及應(yīng)用；最后，認(rèn)識(shí)熱電偶，學(xué)會(huì)使用熱電偶分度表，掌握熱電偶的使用方法。實(shí)踐教學(xué)：要求選用合適的傳感器完成水溫測(cè)量及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（要求硬件實(shí)現(xiàn)）。教學(xué)過(guò)程：要求學(xué)生先討論傳感器的選型，然后討論電路圖的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，每組各派一名同學(xué)展示電路圖，并說(shuō)明設(shè)計(jì)依據(jù)，然后各組提出元件需求，自行購(gòu)買或從實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)取，根據(jù)設(shè)計(jì)圖完成電路焊接，驗(yàn)證報(bào)警功能。教學(xué)效果：學(xué)生完成了溫度檢測(cè)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)，以熱敏電阻或其他溫度傳感器作為檢測(cè)元件，電路簡(jiǎn)單實(shí)用。有單片機(jī)基礎(chǔ)的同學(xué)還完成了溫度的顯示和控制功能，效果良好。該電路雖然簡(jiǎn)單常見(jiàn)，但學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手完成設(shè)計(jì)焊接調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充滿興趣，達(dá)到了教學(xué)目的。
2、課題：電子稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合：引導(dǎo)學(xué)生思考測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，首先完成需求分析，然后進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，接下來(lái)進(jìn)行傳感器選型和具體信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)。學(xué)生以4人一組進(jìn)行設(shè)計(jì)。需求分析：要求學(xué)生以超市稱重為應(yīng)用目標(biāo)完成需求分析，如需要電子秤實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能，稱重范圍為0～5kg，重量誤差不大于±0.01kg，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)去皮、調(diào)零等功能�？傮w設(shè)計(jì)：要求學(xué)生分組討論系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，最終大多數(shù)組給出總體設(shè)計(jì)方案。當(dāng)物體放在秤盤上時(shí)重量施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使輸出電壓發(fā)生變化。該信號(hào)經(jīng)放大濾波電路輸出到A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到CPU，進(jìn)行運(yùn)算、控制、顯示等。稱重傳感器選型：引導(dǎo)學(xué)生思考哪些傳感器可用來(lái)測(cè)重，并從中合理選型。稱重傳感器的性能很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。通常稱重傳感器產(chǎn)生的誤差約占電子秤整體誤差的50%～70%。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）、應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體狀態(tài)的影響要��；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。學(xué)生通過(guò)對(duì)比和綜合考慮，系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式傳感器，量程為5kg，精度為0.01kg。其形狀長(zhǎng)約80cm，高和寬為10cm的長(zhǎng)方體，金屬塊中間有兩個(gè)圓形挖空，作用是讓金屬塊容易產(chǎn)生彈性使貼在金屬上的四片應(yīng)變片更加靈敏地接收應(yīng)變量，輸出就更加靈敏。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)全橋電路轉(zhuǎn)換為電壓的變化。利用電橋的和差特性（引導(dǎo)學(xué)生注意應(yīng)變片電橋特性的重要性）可以提高系統(tǒng)靈敏度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)：引導(dǎo)學(xué)生思考傳感器一般輸出微弱模擬電信號(hào)，如何與后續(xù)電路配合連接。傳感器輸出信號(hào)的處理是首先選用AD7705進(jìn)入單片機(jī)后進(jìn)行相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)。教學(xué)效果：有單片機(jī)基礎(chǔ)的同學(xué)很好地完成了電子稱稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，傳感器選用合理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路清晰，完成后的系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行可靠。該項(xiàng)目的完成說(shuō)明學(xué)生已經(jīng)具備實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本思路和基本技能。
二、項(xiàng)目教學(xué)的總結(jié)與思考：
項(xiàng)目教學(xué)法中所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目大多與學(xué)生日常生活密切相關(guān)，并蘊(yùn)含工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。學(xué)生通過(guò)自己的努力以及同學(xué)之間的合作親手設(shè)計(jì)并制作出真實(shí)的產(chǎn)品，這讓學(xué)生感受到自己的學(xué)習(xí)價(jià)值。同時(shí)學(xué)生參與項(xiàng)目的討論、實(shí)施、成果展示、交流評(píng)價(jià)等，有利于培養(yǎng)其善于思考、善于溝通以及團(tuán)隊(duì)精神。有些小組去電子市場(chǎng)購(gòu)買元器件，這使學(xué)生了解了電子元器件的市場(chǎng)以及如何在市場(chǎng)中選購(gòu)合適元器件。學(xué)生認(rèn)為有助于拓展自己的課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過(guò)兩個(gè)學(xué)期的項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)踐，筆者認(rèn)為在項(xiàng)目教學(xué)法的具體實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)該注意以下問(wèn)題：首先，教學(xué)項(xiàng)目要包含教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)要實(shí)用可行，學(xué)生有條件真正完成，同時(shí)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平確定難易程度。其次，教師要適當(dāng)給予引導(dǎo)，包括對(duì)知識(shí)的講解和對(duì)項(xiàng)目具體實(shí)施思路的引導(dǎo)，這樣學(xué)生才更容易理解接受并成功完成項(xiàng)目，并能在實(shí)施過(guò)程中培養(yǎng)系統(tǒng)觀念，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。最后，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。在完成設(shè)計(jì)后，以其工程應(yīng)用背景激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)可采用一些激勵(lì)機(jī)制調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

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