自考02202传感器与检测技术考试大纲
Ⅰ 课程性质与课程目标
一、课程性质和特点
《传感器与检测技术》课程是高等教育自学考试中机械设计制造及其自动化（专升本）专业的一门重要专业技术课程，是在相关基础课和专业基础课之后开设的专业课程之一，本课程的学习对全面运用专业基础知识、掌握专业技能起着重要的作用。
本课程是将传感器技术、计算机技术和检测技术集于一体的综合性、应用型课程。课程介绍了多种传感器的原理、结构和特点，以及其与检测技术的综合应用。
二、课程目标
本课程的课程目标是通过误差理论、数据处理和传感器原理等知识的学习，学生掌握合理选择和使用传感器的综合应用能力和检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器 ， 能更好地提高研发和设计检测系统等方面的能力，为今后从事机电一体化系统设计和使用等方面的工作打下必要的知识和设计基础。
通过本课程的学习和相关实践环节的配合，要求：
1. 了解测量的基本概念、测量误差及其分类、对测量结果的数据分析；
2. 掌握将被测的各种物理量转变为电量的方法；
3. 掌握各种传感器的工作原理、基本结构、及其测量电路；
4. 熟悉传感器在工业生产和科学技术中的基本应用。在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。
三、与相关课程的联系与区别
本课程的主要先修课程是“几何量公差与检测”课程，后续课程主要有“电气控制与可编程控制器 （PLC）”和“数控原理与数控技术运用”等课程。本课程在课程体系中处于中端，对应于能力链的中位，是一门涉及检测和控制专业职业能力培养和职业素养养成，与生产实践紧密结合的专业课程。
四、课程的重点和难点课程的重点
：传感器的组成和分类，传感器的静态性能指标，电阻应变式传感器的基本工作原理，及其在悬臂梁等测力系统中的应用，电容式传感器的原理及其表达式，自感式电感传感器的工作原理和互感式传感器的结构原理，电涡流传感器的结构和工作原理，霍尔效应，霍尔元件的基本特性，光电管和光电倍增管、光敏电阻、光电池、光电二极管和光电三极管的原理和异同，热电效应的概念。
课程的次重点：光电耦合器和光电式数字转速表的工作原理、结构和主要性能参数，电感线圈的等效电路。
课程的一般性内容：压电效应，压电材料，热电偶基本定律，热电阻和热敏传感器的工作原理。
课程的难点：测量误差分类与误差合成，电阻应变式传感器在悬臂梁等测力系统中测量应变的计算方法，等效电路的结构组成，影响电容实际变化量的因素，互感式传感器的三种类型在结构上和工作原理上的差异，霍尔元件的不等位电势补偿和温度补偿的方法，石英晶体受压产生的轴向形变导致的电荷移动，脉冲盘式传感器的辨向原理，热敏传感器的特性。
考生要注意把握重点和考核知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。
Ⅱ 考核目标
本大纲在考核目标中，按照识记、领会、应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递进关系，各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够对大纲各章中知识点，如传感器的定义，传感器的工作物理基础的四大基本定律等名词识记，对传感器的组成，测量误差的概念和互感式传感器等概念定义的记忆和理解，各章对有关计算公式，原理、方法等有清晰、准确地认识，并能做出正确的判断。例如根据不同的分类方式，分析传感器的类型和对应变片的分类的识记等。
领会（Ⅱ）：要求考生在识记的基础上，能够领悟和理解本课程中基本概念（如光电效应、霍尔效应）、基本原理（如热电偶传感器的工作原理） 的内涵和外延。理解其确切含义及适用条件， 能够根据考核要求对具体问题进行推理和论证以做出正确的判断、解释和说明。
应用（Ⅲ）：能运用传感器的性质等基本概念理解其输出量、输入输出关系，能了解系统误差和粗大误差判别方法，区分检测误差性质，采用变间隙式、变面积式和螺线管式自感式传感器的灵敏度公式分析传感器的检测精度和应用场合等有关问题。在对一些重要概念、基本原理和方法熟悉和深入理解的基础上，综合相关的知识点，计算、分析和解决比较复杂的问题。例如综合测量电路和传感器检测特点的方法，掌握脉冲盘式传感器的辨向方法。
考核时要特别注意考察学生对基本结论和性质的正确应用能力，而不要过多的纠缠于结论和性质的数学推导和证明等。
Ⅲ 课程内容与考核要求
第一章 绪论
通过对本章内容的学习，掌握测量过程中误差的表示与处理方法，培养对基本概念的理解能力与基础知识的应用能力。
1、理解传感器的基本概念，掌握传感器的作用；
2、理解传感器的组成与分类；
3、掌握测量误差的概念及表示方法，掌握常用的数据处理方法；
4、认识传感器的静态特性与动态特性。
传感器的物理基础和定义识记：传感器的定义，传感器工作物理基础的四大基本定律；
领会：传感器的性质、输出量、输入输出关系等；
应用：能运用传感器的定义，分析器件或者装置是否为传感器。
传感器的组成和分类
识记：掌握传感器的组成；能区分按照不同方式分类的传感器种类；
领会：能对传感器的能量变化关系有一定的理解；
应用：学会根据不同的分类方式，分析传感器的类型。
测量误差与数据处理方法识记：掌握测量误差的概念、表示方法和分类；
领会：能区分检测误差，了解系统误差和粗大误差判别方法；
应用：应用标准差的合成方法计算测量电路的标准差的合成。
传感器的基本特性
识记：掌握传感器的静态特性指标及其表示方法；
领会：了解传感器的时域特性和频域特性的性能指标；
应用：基于传感器的静态特性指标判断传感器性能。
重点：传感器的组成和分类；传感器的静态性能指标。
难点：测量误差分类与误差合成。
通过对本章内容的学习，掌握电阻式传感器的基本原理、测量电路及工程应用方法，通过理解传感器的应用案例培养知识应用能力。
理解弹性敏感元件的概念及其在传感器应用中的作用；
掌握电位式传感器的工作原理、测量电路及应用方法；
掌握电阻应变式传感器的工作原理、测量电路及其在悬臂梁等测力系统中测量应变的计算方法。
弹性敏感元件
识记：掌握弹性元件在传感器中的作用；
领会：掌握弹性敏感元件的弹性特性及对其材料的要求；
应用：能分析并计算弹性圆柱和悬臂梁的受力及其变形的对应关系；
电位式传感器的原理与应用识记：掌握电位式传感器多测量的物理量及其优点，线性电位器的测量原理；
领会：掌握电位式传感器与其他测量同类物理量的传感器的差异；
应用：了解电位式传感器在测量位移和压力上的工程应用，说明其在应用的检测过程；
电阻应变式传感器的原理与应用识记：掌握应变片的分类，对相关的计算公式，原理、方法等有清晰、准确地认识；
领会：掌握应变效应的概念，对测量电路有一定的认识，并清楚这些电路之间的联系和区别；
理解应变片的温度误差及补偿中相关概念；
应用：掌握根据条件运用不同的测量电路的方法；电阻应变式传感器在悬臂梁等测力系统中测量应变的计算方法。
重点：电阻应变式传感器的基本工作原理，及其在悬臂梁等测力系统中的应用。
难点：电阻应变式传感器在悬臂梁等测力系统中测量应变的计算方法。
备注：建议助学
1.5 学时
通过对本章内容的学习，掌握三种电容式传感器的基本原理及工程应用方法，并学习电容式传感器的等效电路、测量电路，通过实际案例，培养知识的综合应用能力。
掌握三种类型的电容式传感器的工作原理及应用方法；
掌握电容式传感器的灵敏度；
了解电容式传感器的等效电路。
变极距型电容式传感器的原理及应用识记：掌握变极距型电容式传感器的原理；
领会：能用公式表示变极距型电容式传感器的测量原理；
应用：了解变极距型传感器的工程应用，能说明检测方法。
变面积型电容式传感器的原理及应用识记：掌握变面积型电容式传感器的原理；
领会：能用公式表示变面积型电容式传感器的测量原理；
应用：了解变面积型电容式传感器的工程应用，能说明检测方法；
变介质型电容式传感器的原理及应用识记：掌握变介质型电容式传感器的原理；
领会：能用公式表示变介质型电容式传感器的测量原理；
应用：了解变介质型电容式传感器的工程应用，能说明检测方法；
电容式传感器的灵敏度和等效电路识记：掌握电容式传感器灵敏度的计算公式，及其影响因素；
领会：了解等效电路的结构组成，掌握影响电容实际变化量的因素。
重点：电容式传感器的原理及其表达式；
难点：等效电路的结构组成，影响电容实际变化量的因素。
通过对本章内容的学习，掌握三种电感式传感器的基本原理及工程应用方法，通过实际应用案例，培养知识的综合应用能力以及实践能力。
掌握三种类型的电感式传感器的工作原理；
理解电感式传感器的应用方法。
自感式传感器的原理及应用识记：掌握自感式传感器的原理，并能做出等效电路；
领会：掌握变间隙式、变面积式和螺线管式自感式传感器的灵敏度公式、各自特点和它们之间的差异；
应用：了解自感式传感器的工程应用，能说明检测过程；
差动变压器式传感器的原理及应用识记：掌握互感式传感器的概念和种类；
领会：理解互感式传感器的三种类型在结构上和工作原理上的差异；
电涡流式传感器的原理及应用识记：电涡流效应和集肤效应的概念，电涡流传感器的应用方向；
领会：电涡流形成范围，包括径向形成范围、强度与距离的关系和轴向贯穿深度；
应用：了解采用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理。
重点：自感式电感传感器的工作原理和电感线圈的等效电路，互感式传感器的结构原理，电涡流传感器的结构和工作原理；
难点：互感式传感器的三种类型在结构上和工作原理上的差异。
通过对本章内容的学习，掌握磁电感应式传感器与霍尔式传感器的基本原理及工程应用方法， 通过实际应用案例，培养知识的综合应用能力以及系统认知、设计与开发能力。
掌握磁电感应式传感器的工作原理；
掌握霍尔效应的基本原理；
理解磁电式传感器的应用方法。
磁电感应式传感器的原理及应用识记：掌握传感器的工作原理；
领会：掌握磁电感应式传感器的类型和特点；
应用：了解采用磁电感应式传感器测量扭矩的原理；
霍尔式传感器的原理及应用识记：掌握霍尔效应的概念，以及霍尔式传感器的工作原理；
领会：理解霍尔元件的不等位电势补偿和温度补偿的方法；
应用：理解采用霍尔式传感器测量振动和转速的工作原理。
重点：霍尔效应、霍尔元件的基本特性；
难点：霍尔元件的不等位电势补偿和温度补偿的方法。
通过对本章内容的学习，掌握压电式传感器的基本原理、测量电路及工程应用方法，通过实际应用案例，培养知识的综合应用能力以及系统认知、设计与开发能力。
掌握压电效应（包括正和逆压电效应）的概念；
理解压电式传感器的工作原理；识记：掌握压电效应效应（包括正和逆压电效应）的概念，压电材料的主要特性参数；
领会：理解压电陶瓷的极化处理方法；
应用：能分析石英晶体受压产生的轴向形变导致的电荷移动。
重点：压电效应、压电材料；
难点：石英晶体受压产生的轴向形变导致的电荷移动。
备注：建议助学
0.5 学时
通过对本章内容的学习，掌握光电效应的基本原理和光电式编码器的基本原理及工程应用方法， 通过实际应用案例，培养知识的综合应用能力以及系统认知、设计与开发能力。
掌握光电式传感器的工作原理；
理解光电式编码器的原理。
光电效应式传感器
识记：掌握光电效应的概念；
领会：光电管和光电倍增管、光敏电阻、光电池、光电二极管和光电三极管、光电耦合器和光电式数字转速表的工作原理、结构和主要性能参数；
光电式编码器
识记：掌握光电式编码器的工作原理；
领会：了解码盘式光电传感器和脉冲盘式传感器的结构特点；
应用：了解脉冲盘式传感器的辨向方法。
重点：光电管和光电倍增管、光敏电阻、光电池、光电二极管和光电三极管、光电耦合器和光电式数字转速表的工作原理、结构和主要性能参数；
难点：脉冲盘式传感器的辨向原理。
第八章 热电式传感器
通过对本章内容的学习，掌握热电偶传感器、热电阻传感器和热敏电阻传感器的基本原理及工程应用方法，通过实际应用案例，培养知识的综合应用能力以及系统认知、设计与开发能力。
掌握热电偶传感器的工作原理与应用方法；
理解热电阻传感器的原理及应用方法；
理解热敏电阻传感器的原理及应用方法。
热电偶传感器
识记：掌握热电效应的概念和热电偶基本定律；
领会：了解热电偶的结构形式，并能比较它们之间的异同；
应用：能分析采用热电偶测炉温的工作原理；
热电阻和热敏传感器
识记：掌握热电阻和热敏传感器的工作原理；
领会：了解热敏传感器的特性；
应用：能分析热电阻在热水器控温中的应用，热敏传感器在电子体温计和电热杯恒温器中的应用。
重点：热电效应的概念，热电偶基本定律，热电阻和热敏传感器的工作原理；
难点：热敏传感器的特性。
Ⅳ 关于大纲的说明与考核实施要求
一、
自学考试大纲的目的和作用本课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。
本课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。
因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。
二、课程
自学考试大纲与教材的关系课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材讲述了课程知识的基本内容与范围，是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥，不在大纲中出现的课程知识不做考核要求。课程内容在教材中可以具有一定的深度或难度，大纲对考核的要求遵循适当的原则。
三、关于自学教材
《传感器技术及应用》，付华、徐耀松、王雨虹主编，电子工业出版社，2017 年第 1 版。
四、关于
自学要求和自学方法的指导
1. 自学要求
本课程大纲的基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容的掌握程度和课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了课程的重点和难点，在章节的基本要求中也指明了章节内容的重点和难点。
本课程的理论学分共 4 学分（不包括实践教学学分）。
2. 自学方法指导
（1） 在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
（2）阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
（3）在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
（4）完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识、培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节。在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际，做到具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导， 明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
五、对社会助学的
要求对每章都提出了自学和助学的基本学时建议和要求，在助学活动中应注意的问题。要强调注意正确引导、把握好助学方向，正确处理学习知识和提高能力的关系。
1. 应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2. 应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
3. 辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4. 辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
5. 辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6. 注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。
7. 要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8. 助学学时：本课程共 4 学分，建议自学总课时 64 学时，章节学时分配如下：
章节内容学时
第一章 绪论
第八章 热电式传感器
合计
六、对考核内容的说明
1.本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识点自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按三个认知层次确定其考核要求。
2.在考试之日起 6 个月前，由全国人民代表大会和国务院颁布或修订的法律、法规都将列入相应课程的考试范围。凡大纲、教材内容与现行法律、法规不符的，应以现行法律法规为准。命题时也会对我国经济建设和科技文化发展的重大方针政策的变化予以体现。
七、关于考试命题的若干规定
1. 本课程考试采用闭卷笔试方式考核，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。
2. 本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。考试命题既要覆盖到章，要避免面面俱到。要注意突出课程的重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。
3. 命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练应用。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。
4. 本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占 25%，领会占 35%，应用占 40%。
5. 要合理安排试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。
6. 课程考试命题的主要题型一般有填空题、判断题、简答题、计算题、综合分析题等题型。
附录题型举例
一、填空题
1. 按被测量分类，传感器可分为 、热工量传感器和物性参量传感器、状态参量传感器。
二、判断题
：本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分。判断下列每小题的正误。正确的打“√”；错误的打“×”。
1. 差动式电容传感器能测量金属带材的厚度。（ ）
三、简答题
1. 简述变面积型电容式传感器的检测原理。
四、计算题
已知变隙式电感传感器的铁芯截面积 A=1.5cm2，磁路长度 L=20cm，相对磁导率 =5000，气隙 =0.5cm，气隙变化量 = 0.1mm，真空磁导率 = 4π×10-7H/m，线圈匝数 W=3000， 求单端式传感器的灵敏度。若将其做成差动结构形式，灵敏度将如何变化？
五、综合分析题
请说明电感式传感器的检测原理，并举例说明其工程应用。
