3.电容式传感器（教案）-《传感器应用技术》同步教学（高教版.第2版）

3.电容式传感器 课 题 电容式传感器 计划学时 4 学时 授课类型 新授课 教学方法 讲授，多媒体教学，实物观察，提问设问，对比法，任务驱动法等。 教具准备 多媒体课件 电容式传感器 教学目标 知识目标： 1.理解电容式接近开关的工作原理和特性，了解电容式接近开关的结构。 2.认识常见的电容式传感器，并了解它们的使用场合和特点。 技能目标： 能按要求安装、调试电容式接近开关 情感目标： 通过自主探究、团队协作，培养学生的团队合作意识，树立企业产品质量意识，强化学生 的规范操作。 教学重点 电容式传感器的类型与结构 教学难点 电容式接近开关的工作原理 教学过程 步骤 时间 教师活动 学生活动 设计意图 一、导入新课 （5 分钟） 案例引入：在工业控制上，为了提高设备可靠性与安全性，常常应用接近传感器对工件或其它物体的靠近来检测，以实现安全可靠的自动控制。一般情况下接近传感器采用较多的是电容式接近传感器。例如注塑机的安全控制电路中，将电容式接近传感器安装在防护门附近，当防护门关好时，它能检测门已接近（关好）而允许注塑机正常开机工作，以避免因门没关好而烫伤操作人员而产生危险。由此导入新课。 学生观看案例视频 引发学生学 习本节课程 的兴趣 二、教学新课 1.电容式传感器简介 结合案例介绍：电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。 2.电容式传感器工作原理 （1）电容式接近开关的基本结构原理与类型 ①电容式接近开关是由一个或几个具有可变参数的电容器组成。 电容式接近开关的基本工作原理可用如图所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为： C = —εA d 平板电容器结构图 ②基本类型与应用介绍 提问：要引起平板电容器的电容变化，有哪些方式？ 式中ε为极间介质的介电常数，S为两电极互相覆盖的有效面积,d为两电极之间的距离。d、S、ε 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化（见电容式压力传感器）。 面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。 （2） 电容式接近开关的工作原理与调频电路 采用对比的教学方法，对比前面所学的电桥电路，介绍电容传感器转换电路的必要性。 电容式传感器把检测量转换为电容量的变化的过程中，其中电容值以及电容变化值都十分微小，这微小的电容量还不能直接被目前的显示仪表显示，也很难被记录仪接受，不便于传输。所以必须借助测量电路检出这微小电容增量，并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。 调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分。当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。加入鉴频器，用此鉴频器可调整地非线性特性去补偿其他部分的非线性，并将频率的变化转换为振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。 3.电容式传感器的特点 （1）结构简单，适应性强 （2）动态响应好 （3）分辨率高 （4）温度稳定性好 （5）可实现非接触测量、具有平均效应 4.常见的电容式传感器 （1）电容式接近传感器 直接输出开关量信号，比较简单易用，专门用于工业控制等场合。 以下两图认识解基本结构，结合课本内容作出重点勾画，简授基本工作原理。 原理：当被检测物体靠近接近开关工作面时，回路的电容量发生变化，由此产生开与关的作用，从而检测物体的有或无。 应用：开关不仅能检测金属，而且也能对非金属物质如塑料、玻璃、水、油等物质进行相应的检测。 （2）电容式润滑油实时在线监测传感器（了解） （3）在线电容式水分检测传感器（了解） 勾画重点部分 图文结合，认识基本结构原理 请2位学生回答提问问题 学生对比电阻式与电容式传感器，感知它们的不同 对重点内容做出勾画 自主阅读，学习探究，教师作以总结 认识电容式接近传感器结构，明确其工作原理及应用 学生自我探究、阅读，做出重点勾画。 学生整体感知 以平板电容器结构图为主认识接近开关电容变化的基本原理 与学生互动增强课堂凝聚力 了解学生对知识的掌握程度，加强自主学习能力 提高学生自主学习能力 提升学生自主学习能力 三、课堂小结 本节课学习了项目三电容式传感器相关内容，由电容式接近传感器实验入手，对电容式传感器的原理、类型、特点、应用等知识进行了全面学习，使学生对这种新认识的传感器有了初步了解，给以后的传感器应用打下了基础。 四、课堂练习 1.电容式传感器利用了将非电量的变化转换为 的变化来实现对物理量的测量。 2.电容式传感器根据其工作原理的不同可分为 电容式传感器、 电容式传感器和 电容式传感器。 3.极距变化型一般用来测量 。 面积变化型一般用于测量 。 介质变化型常用于 的测定。 五、课后作业 1.什么是电容式传感器？ 2.电容式传感器的检测原理是什么？ 3.常见的电容式传感器有哪些？ 六、教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $$