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

傳感器與檢測技術(shù)的實(shí)踐探索

一、項目教學(xué)的實(shí)踐：
1、課題：溫度（水溫）測量系統(tǒng)的設(shè)計課堂教學(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)識熱電偶，學(xué)會使用熱電偶分度表，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量及報警電路的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)（要求硬件實(shí)現(xiàn)）。教學(xué)過程：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。設(shè)計完成后，每組各派一名同學(xué)展示電路圖，并說明設(shè)計依據(jù)，然后各組提出元件需求，自行購買或從實(shí)驗室領(lǐng)取，根據(jù)設(shè)計圖完成電路焊接，驗證報警功能。教學(xué)效果：學(xué)生完成了溫度檢測報警電路的設(shè)計、仿真和實(shí)現(xiàn)，以熱敏電阻或其他溫度傳感器作為檢測元件，電路簡單實(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。該電路雖然簡單常見，但學(xué)生通過自己動手完成設(shè)計焊接調(diào)試，對系統(tǒng)設(shè)計充滿興趣，達(dá)到了教學(xué)目的。
2、課題：電子稱重系統(tǒng)設(shè)計課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合：引導(dǎo)學(xué)生思考測量系統(tǒng)的設(shè)計思路，首先完成需求分析，然后進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計，接下來進(jìn)行傳感器選型和具體信號處理電路設(shè)計。學(xué)生以4人一組進(jìn)行設(shè)計。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，同時還能實(shí)現(xiàn)去皮、調(diào)零等功能。總體設(shè)計：要求學(xué)生分組討論系統(tǒng)總體設(shè)計方案，最終大多數(shù)組給出總體設(shè)計方案。當(dāng)物體放在秤盤上時重量施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使輸出電壓發(fā)生變化。該信號經(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測重，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應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體狀態(tài)的影響要��；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。學(xué)生通過對比和綜合考慮，系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式傳感器，量程為5kg，精度為0.01kg。其形狀長約80cm，高和寬為10cm的長方體，金屬塊中間有兩個圓形挖空，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，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。信號處理電路設(shè)計：引導(dǎo)學(xué)生思考傳感器一般輸出微弱模擬電信號，如何與后續(xù)電路配合連接。傳感器輸出信號的處理是首先選用AD7705進(jìn)入單片機(jī)后進(jìn)行相關(guān)的軟硬件設(shè)計。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，傳感器選用合理，系統(tǒng)設(shè)計思路清晰，完成后的系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行可靠。該項目的完成說明學(xué)生已經(jīng)具備實(shí)際設(shè)計系統(tǒng)的基本思路和基本技能。
二、項目教學(xué)的總結(jié)與思考：
項目教學(xué)法中所設(shè)計的項目大多與學(xué)生日常生活密切相關(guān)，并蘊(yùn)含工業(yè)測量系統(tǒng)設(shè)計思路。學(xué)生通過自己的努力以及同學(xué)之間的合作親手設(shè)計并制作出真實(shí)的產(chǎn)品，這讓學(xué)生感受到自己的學(xué)習(xí)價值。同時學(xué)生參與項目的討論、實(shí)施、成果展示、交流評價等，有利于培養(yǎng)其善于思考、善于溝通以及團(tuán)隊精神。有些小組去電子市場購買元器件，這使學(xué)生了解了電子元器件的市場以及如何在市場中選購合適元器件。學(xué)生認(rèn)為有助于拓展自己的課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過兩個學(xué)期的項目教學(xué)法實(shí)踐，筆者認(rèn)為在項目教學(xué)法的具體實(shí)踐過程中應(yīng)該注意以下問題：首先，教學(xué)項目要包含教學(xué)內(nèi)容，同時要實(shí)用可行，學(xué)生有條件真正完成，同時根據(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)，包括對知識的講解和對項目具體實(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目，并能在實(shí)施過程中培養(yǎng)系統(tǒng)觀念，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。最后，要充分調(diào)動學(xué)生的積極性。在完成設(shè)計后，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，同時可采用一些激勵機(jī)制調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

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