關(guān)于電容傳感器項(xiàng)目教學(xué)的設(shè)計(jì)

柏華春

摘 要：傳感器是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。掌握運(yùn)用傳感器的相關(guān)知識(shí)，對(duì)于中職學(xué)校的學(xué)生來說，有著重要的意義。本文主要介紹了電容傳感器項(xiàng)目教學(xué)的設(shè)計(jì)。通過傳感器知識(shí)的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和思維能力，并將其廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化生產(chǎn)中，促進(jìn)科技革新和生產(chǎn)力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì) 電容傳感器 項(xiàng)目教學(xué)

中等職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材配套教學(xué)用書《傳感器及其應(yīng)用》第四章第二節(jié)講述了電容式傳感器的原理及分類。傳感器在測(cè)量與控制電路中不可或缺，在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中也已被廣泛應(yīng)用。如何使學(xué)生更高效的學(xué)習(xí)，教學(xué)過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)起著極其關(guān)鍵的作用。要提高教學(xué)效率，教師必須在教學(xué)設(shè)計(jì)上多下工夫。

一、項(xiàng)目教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1.引入項(xiàng)目

水是生命之源。我國(guó)水資源總量位居世界前列，可是人均水資源占有量卻很少，再加之人們對(duì)水的不重視，水資源浪費(fèi)、污染的情況日益嚴(yán)重。所以，教師要讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來保護(hù)水資源，減少人為浪費(fèi)。這樣從情感上激勵(lì)學(xué)生，要努力完成這個(gè)有意義的項(xiàng)目。

2.明確項(xiàng)目

設(shè)計(jì)電容感應(yīng)式水龍頭。

3.實(shí)施項(xiàng)目

（1）通過實(shí)驗(yàn)了解電容性能，引出電容公式及分類。

實(shí)驗(yàn)：將兩片方形金屬片相互靠近，用萬用表的電容擋，測(cè)量?jī)烧咧g的電容量。隨著兩金屬片的緩慢靠近，電容量從0pF逐漸變大，最大可以達(dá)到30pF。請(qǐng)一名學(xué)生，在兩金屬片之間緩慢地放入塑料薄膜，同時(shí)觀察萬用表。學(xué)生們發(fā)現(xiàn)電容量逐漸增大至40pF。請(qǐng)另一名學(xué)生，在保持兩金屬片相對(duì)距離不變的情況下，沿水平方向?qū)⑵浞珠_，此時(shí)萬用表顯示的電容值逐漸變小。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們感性地認(rèn)識(shí)到，電容量與兩極板間相對(duì)的有效面積、介電常數(shù)成正比，而與兩極板間的相對(duì)距離成反比。

根據(jù)以上原理，學(xué)生們把電容傳感器分為三類：變面積式、變極距式、變介電常數(shù)式。

（2）分組分類討論查閱資料，選擇變介電常數(shù)式電容傳感器為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

①變面積式。變面積式傳感器，兩極板水平相對(duì)，其中一個(gè)為定極板，固定不動(dòng)；另一個(gè)為動(dòng)極板，可以左右直線運(yùn)動(dòng)，兩極板間的相對(duì)位置為原始距離。學(xué)生討論表達(dá)式K=-εb/δ，指出變面積式電容傳感器，其靈敏度為常數(shù)，輸出特性為線性，同時(shí)明確變面積式電容傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合，多用于直線位移、角位移、尺寸等參數(shù)的測(cè)量。

②變極距式。變極距式電容傳感器，被測(cè)物連接動(dòng)極板上下運(yùn)動(dòng)，使其兩極板之間的距離發(fā)生改變，從而電容量也隨之改變。初始極距與靈敏度相互矛盾，因此變極距式電容傳感器適合測(cè)量小位移。為了使靈敏度得到提高，一般采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。

③變介電常數(shù)式。由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異很大，因此在電容器兩極板之間放入不同介質(zhì)時(shí)，電容C是不相同的。根據(jù)這種原理制成的電容傳感器稱為變介電常數(shù)式電容傳感器。

（3）分析實(shí)施。

①教師提出設(shè)計(jì)要求：當(dāng)手或物體靠近水龍頭時(shí)，水龍頭會(huì)自動(dòng)定量出水。

②學(xué)生通過資料整理討論設(shè)計(jì)方案，提出獨(dú)立電源供電，變介電常數(shù)式電容傳感器采集信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換電路將控制信號(hào)傳給自動(dòng)水龍頭開關(guān)電路，同時(shí)計(jì)時(shí)電路開始倒計(jì)時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)切斷水源，達(dá)到節(jié)水目的。

③各小組對(duì)提出方案集體討論并改進(jìn)，提出自己的想法，使學(xué)生的思路得到了開闊。

學(xué)生在拓展思考過程中，擴(kuò)大電容傳感器在生活中的應(yīng)用范圍，根據(jù)電容傳感器的工作原理再提出新的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)意識(shí)。

二、項(xiàng)目教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

組織各小組派代表在班級(jí)匯報(bào)，學(xué)生在項(xiàng)目教學(xué)過程中，進(jìn)一步理解非電量到電量的轉(zhuǎn)換概念，了解電容傳感器的工作原理及在日常生活中的應(yīng)用。通過查閱資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)傳感器的現(xiàn)狀。各組匯報(bào)完成后，進(jìn)行小組互評(píng)，班級(jí)氣氛很活躍。最后教師點(diǎn)評(píng)并給各小組打分，激勵(lì)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情更加高漲。

三、小結(jié)

該次課是依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律安排教學(xué)的，其引入項(xiàng)目是從珍惜水資源和一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)開始的，通過不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電容傳感器了解的積極性，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)傳感器的熱情。項(xiàng)目教學(xué)主要分成三大塊，學(xué)生變成學(xué)習(xí)的主體，很多學(xué)生介紹了日常生活中，藏在我們身邊的傳感器。提出自己的想法，設(shè)計(jì)了新的傳感器應(yīng)用項(xiàng)目。在項(xiàng)目教學(xué)過程中培養(yǎng)了學(xué)生的自主、合作、思考的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈聿農(nóng).傳感器及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]王俊峰.孟令啟.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]嚴(yán)鐘豪.譚祖根.非電量電測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

（作者單位：安徽省淮南技工學(xué)校）