《检测技术及控制仪表》教学大纲 课程名称（汉）：《检测技术及控制仪表》 课程名称（英）：《Measurement Technologies and Control Instruments》 课程代码：132013041 课程类型：专业教育平台专业核心课程模块 适用对象：自动化专业本科大二 学时/学分：64学时（理论学时48、实验学时16）/3.5学分 先修课程：《大学物理》《电路》《模拟电子技术》《数字电子技术》 方案版本：2021版 一、课程简介 本课程是根据教学内容和课程体系改革的要求，将内容联系紧密的传感器原 理、非电量电测法和控制仪表的主要内容有机地整合而成的一门学科基础课程， 是自动化类一门综合性专业主干课程。通过本课程的学习，培养学生利用现代电 子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力， 为工业测控系统的设计与开发奠定基础。 二、课程的教学目标 课程目标1：熟悉检测系统与传感器的静、动态特性和主要性能指标。 课程目标2：掌握常用传感器的工作原理和常见非电量参数的检测方法。 课程目标3：了解检测系统中常用的信号放大电路、信号处理电路与信号转换电 路。 课程目标4：掌握工业测控系统信息采集与处理系统的设计、开发基础知识。 三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点（非认证专业可以 省略本项内容) 课程目标 支撑 权重 工程知识方面，能够将数学、自 然科学和自动化专业知识用于 1-4 0.02 解决自动化工程问题。 问题分析方面，能够应用数学、 自然科学的基本原理，参考相关 文献，研究和分析自动化专业领 1~4 0.02 域的工程问题，以获得有效结 论。 设计开发解决方案方面，能够 1~4 0.08
《检测技术及控制仪表》教学大纲 课程名称（汉）：《检测技术及控制仪表》 课程名称（英）：《Measurement Technologies and Control Instruments》 课程代码：132013041 课程类型：专业教育平台专业核心课程模块 适用对象：自动化专业本科大二 学时/学分：64 学时（理论学时 48、实验学时 16）/3.5 学分 先修课程：《大学物理》《电路》《模拟电子技术》《数字电子技术》 方案版本：2021 版 一、课程简介 本课程是根据教学内容和课程体系改革的要求，将内容联系紧密的传感器原 理、非电量电测法和控制仪表的主要内容有机地整合而成的一门学科基础课程， 是自动化类一门综合性专业主干课程。通过本课程的学习，培养学生利用现代电 子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力， 为工业测控系统的设计与开发奠定基础。 二、课程的教学目标 课程目标 1：熟悉检测系统与传感器的静、动态特性和主要性能指标。 课程目标 2：掌握常用传感器的工作原理和常见非电量参数的检测方法。 课程目标 3：了解检测系统中常用的信号放大电路、信号处理电路与信号转换电 路。 课程目标 4：掌握工业测控系统信息采集与处理系统的设计、开发基础知识。 三、课程目标对自动化专业毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点（非认证专业可以 省略本项内容） 课程目标 支撑 权重 工程知识方面，能够将数学、自 然科学和自动化专业知识用于 解决自动化工程问题。 1～4 0.02 问题分析方面，能够应用数学、 自然科学的基本原理，参考相关 文献，研究和分析自动化专业领 域的工程问题，以获得有效结 论。 1～4 0.02 设计/开发解决方案方面，能够 1～4 0.08
毕业要求 毕业要求指标点（非认证专业可以 课程目标 支撑 省略本项内容) 权重 针对自动化专业领域的工程问 题，设计可行有效的解决方案： 并能够在设计过程体现一定的 创新意识，考虑社会、健康、安 全、法律、环境等综合因素。 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 熟练掌握计算机控制系统的一般概念计算机控制 系统的分类。掌握计算机控制系统的分类的评价性 1 第1章绪论 能及其指标。了解计算机控制系统的发展概况和趋 势。教学重点：传感器的分类和命名法：检测仪表 与系统的基本构成。 熟练掌握静态特性、动态特性。掌握检测系统的性 第2章检测系统 能指标。了解测量误差。教学重点：检测系统的静 的基本特性 态特性和动态特性。教学难点：阶跃响应和时域动 态性能指标：正弦响应和频域动态性能指标。 熟练掌握电阻式传感器、电容式传感器、电感式传 第3章阻抗型传 感器。掌握基本原理及结构类型。了解等效电路分 3 2、3 感器 析。教学重点：各类电阻式传感器基本原理及接口 电路。教学难点：电桥电路。 熟练掌握各类电压式传感器的基本原理和组成，热 电效应、霍尔效应和光电效应。掌握电压型传感器 第4章电压型传 结构类型。了解接口电路。教学重点：各类电压式 2、3 感器 传感器基本原理。教学难点：冷端补偿式热电偶测 温电路。 熟练掌握各类半导体传感器的工作原理。掌握磁敏 二极管和磁敏晶体管。了解光敏二极管、光敏晶体 第5章半导体传 5 管、湿敏器件、集成温度传感器、集成霍尔传感器、 2、3 感器 集成温度、压力、加速度传感器。教学重点：磁敏 二极管和磁敏晶体管。教学难点：磁敏二极管。 熟练掌握编码器和光栅工作原理。掌握感应同步 第6章数字式传 6 器。了解频率式传感器。教学重点：直接编码器和 2、3 感器 增量编码器。教学难点：光栅辨向原理与细分技术
毕业要求 毕业要求指标点（非认证专业可以 省略本项内容） 课程目标 支撑 权重 针对自动化专业领域的工程问 题，设计可行有效的解决方案； 并能够在设计过程体现一定的 创新意识，考虑社会、健康、安 全、法律、环境等综合因素。 四、教学内容及其基本要求 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 1 第 1 章 绪论 熟练掌握计算机控制系统的一般概念计算机控制 系统的分类。掌握计算机控制系统的分类的评价性 能及其指标。了解计算机控制系统的发展概况和趋 势。教学重点：传感器的分类和命名法；检测仪表 与系统的基本构成。 1 2 第 2 章 检测系统 的基本特性 熟练掌握静态特性、动态特性。掌握检测系统的性 能指标。了解测量误差。教学重点：检测系统的静 态特性和动态特性。教学难点：阶跃响应和时域动 态性能指标；正弦响应和频域动态性能指标。 1 3 第 3 章 阻抗型传 感器 熟练掌握电阻式传感器、电容式传感器、电感式传 感器。掌握基本原理及结构类型。了解等效电路分 析。教学重点：各类电阻式传感器基本原理及接口 电路。教学难点：电桥电路。 2、3 4 第 4 章 电压型传 感器 熟练掌握各类电压式传感器的基本原理和组成，热 电效应、霍尔效应和光电效应。掌握电压型传感器 结构类型。了解接口电路。教学重点：各类电压式 传感器基本原理。教学难点：冷端补偿式热电偶测 温电路。 2、3 5 第 5 章 半导体传 感器 熟练掌握各类半导体传感器的工作原理。掌握磁敏 二极管和磁敏晶体管。了解光敏二极管、光敏晶体 管、湿敏器件、集成温度传感器、集成霍尔传感器、 集成温度、压力、加速度传感器。教学重点：磁敏 二极管和磁敏晶体管。教学难点：磁敏二极管。 2、3 6 第 6 章 数字式传 感器 熟练掌握编码器和光栅工作原理。掌握感应同步 器。了解频率式传感器。教学重点：直接编码器和 增量编码器。教学难点：光栅辨向原理与细分技术。 2、3
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 目标 熟练掌握光纤传感器的工作原理。掌握CCD的工作 第7章其他传感 原理。了解红外传感器、超声波与核辐射传感器。 2、3 器 教学重点：光纤传感器。教学难点：光纤的传光原 理。 熟练掌握厚度和物位的电测法。掌握位移的电测 法。了解倾角的电测法。教学重点：电感式、电涡 第8章几何量的 流式、电容式和超声波式厚度的电测法：超声波法、 电测法 浮力法、差压法和电容法的物位的电测法。教学难 点：超声波法。 熟练掌握转速和振动的电测法。掌握力与荷重的电 测法。了解力矩的电测法。教学重点：磁电、霍尔、 第9章机械量的 9 光电式转速的电测法：位移、磁电、惯性式振动的 电测法 电测法。教学难点：磁电式传感器配接绝对振动敏 感器。 熟练掌握压力、差压的电测法。掌握流量的电测法。 了解温度的电测法。教学重点：应变、位移、谐振、 第10章热工量的 10 电容、压阻式压力与差压的电测法：位移、磁电、 电测法 惯性式振动的电测法。教学难点：流量一转速转换 法、流量一差压转换法、流量-频率转换法。 熟练掌握表头的原理与刻度。掌握调零、调满度与 第11章模拟式检 量程切换。了解模拟非线性校正、环境及温度误差 11 测仪表 校正。教学重点：表头的原理与刻度。教学难点： 调零、调满度与量程切换。 熟练掌握数字表头电路。掌握调数字式仪表的标度 变换、零位调整与量程切换。了解数字式仪表的非 第12章数字式检 12 线性校正。教学重点：数字式表头的原理与电路。 4 测仪表 教学难点：数字式仪表的标度变换、调零与量程切 换。 熟练掌握智能仪表的基本组成。掌握测量通道的总 体设计。了解量程自动切换、超限自动报警、标度 第13章智能检测 13 变换、非线性校正软件算法、温度误差软件校正算 仪表 法。教学重点：智能仪表的硬件、软件组成。教学 难点：测量通道总体设计方法、标度变换。 14 第14章现代检测 熟练掌握微型传感器、智能传感器、物联网传感器 4
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 7 第 7 章 其他传感 器 熟练掌握光纤传感器的工作原理。掌握 CCD 的工作 原理。了解红外传感器、超声波与核辐射传感器。 教学重点：光纤传感器。教学难点：光纤的传光原 理。 2、3 8 第 8 章 几何量的 电测法 熟练掌握厚度和物位的电测法。掌握位移的电测 法。了解倾角的电测法。教学重点：电感式、电涡 流式、电容式和超声波式厚度的电测法；超声波法、 浮力法、差压法和电容法的物位的电测法。教学难 点：超声波法。 4 9 第 9 章 机械量的 电测法 熟练掌握转速和振动的电测法。掌握力与荷重的电 测法。了解力矩的电测法。教学重点：磁电、霍尔、 光电式转速的电测法；位移、磁电、惯性式振动的 电测法。教学难点：磁电式传感器配接绝对振动敏 感器。 4 10 第 10 章 热工量的 电测法 熟练掌握压力、差压的电测法。掌握流量的电测法。 了解温度的电测法。教学重点：应变、位移、谐振、 电容、压阻式压力与差压的电测法；位移、磁电、 惯性式振动的电测法。教学难点：流量—转速转换 法、流量-差压转换法、流量-频率转换法。 4 11 第 11 章 模拟式检 测仪表 熟练掌握表头的原理与刻度。掌握调零、调满度与 量程切换。了解模拟非线性校正、环境及温度误差 校正。教学重点：表头的原理与刻度。教学难点： 调零、调满度与量程切换。 4 12 第 12 章 数字式检 测仪表 熟练掌握数字表头电路。掌握调数字式仪表的标度 变换、零位调整与量程切换。了解数字式仪表的非 线性校正。教学重点：数字式表头的原理与电路。 教学难点：数字式仪表的标度变换、调零与量程切 换。 4 13 第 13 章 智能检测 仪表 熟练掌握智能仪表的基本组成。掌握测量通道的总 体设计。了解量程自动切换、超限自动报警、标度 变换、非线性校正软件算法、温度误差软件校正算 法。教学重点：智能仪表的硬件、软件组成。教学 难点：测量通道总体设计方法、标度变换。 4 14 第 14 章 现代检测 熟练掌握微型传感器、智能传感器、物联网传感器 4
对应课程 序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 目标 新技术简介 基本组成原理。掌握虚拟仪器概念、特点。了解软 测量技术、多传感器融合技术。教学重点：微型传 感器、智能传感器、物联网传感器基本组成原理及 其组成。 了解应变电阻效应，掌握电阻应变片的工作原理与 实验1应变片单 应用，掌握应变片电桥测量电路的测量原理，利用 15 臂特性及单臂、全 2、3 悬臂梁、应变片测量位移，比较单臂、全桥输出时 桥特性比较实验 的灵敏度和非线性度。 了解互感式传感器的工作原理、典型结构、输出特 实验2差动变压 16 性，掌握接口电路的测量原理，利用差动变压器测 2、3 器的性能实验 量位移，分析测量过程中的各种误差。 了解热电效应，掌握热电偶测温工作原理，掌握测 实验3热电偶的 12 量电路测量工作原理，能够熟练应用热电偶分度表 2、3 原理及现象实验 计算热电势和工作温度。 了解霍尔效应原理，掌握线性霍尔式传感器原理与 实验4线性霍尔 应用，掌握测量电路测量工作原理，利用线性霍尔 18 式传感器位移特 2、3 传感器测量位移，分析线性工作区域、灵敏度和非 性实验 线性误差。 了解负温度系数NTC热敏电阻的温度特性，掌握热 实验5NTC热敏电 19 敏电阻测量电路工作原理，分析测量灵敏度和非线 2、3 阻温度特性实验 性误差。 了解光纤特性，掌握Y型光纤位移传感器的工作原 实验6光纤位移 理，分析光纤位移特性曲线，并找出线性区域较好 20 传感器测位移特 2、3 的范围（前坡）作为光纤位移传感器的量程计算灵 性实验 敏度和非线性误差。 熟悉数据采集系统在静态实验、动态实验中的应 用，了解数据采集系统（数据采集卡）对实验数据 实验7数据采集 21 (模拟量)进行采集并与计算机(PC机)通讯方法，熟 系统实验 悉计算机对实验数据进行分析处理方法，掌握利用 数据采集系统进行位移、振动的测量方法。 五、各教学环节及学时分配 知识 教学内容 教学环节及学时
序号 教学内容 教学要求（包括重点难点、教学方法、学生掌握的程度等） 对应课程 目标 新技术简介 基本组成原理。掌握虚拟仪器概念、特点。了解软 测量技术、多传感器融合技术。教学重点：微型传 感器、智能传感器、物联网传感器基本组成原理及 其组成。 15 实验 1 应变片单 臂特性及单臂、全 桥特性比较实验 了解应变电阻效应，掌握电阻应变片的工作原理与 应用，掌握应变片电桥测量电路的测量原理，利用 悬臂梁、应变片测量位移，比较单臂、全桥输出时 的灵敏度和非线性度。 2、3 16 实验 2 差动变压 器的性能实验 了解互感式传感器的工作原理、典型结构、输出特 性，掌握接口电路的测量原理，利用差动变压器测 量位移，分析测量过程中的各种误差。 2、3 17 实验 3 热电偶的 原理及现象实验 了解热电效应，掌握热电偶测温工作原理，掌握测 量电路测量工作原理，能够熟练应用热电偶分度表 计算热电势和工作温度。 2、3 18 实验 4 线性霍尔 式传感器位移特 性实验 了解霍尔效应原理，掌握线性霍尔式传感器原理与 应用，掌握测量电路测量工作原理，利用线性霍尔 传感器测量位移，分析线性工作区域、灵敏度和非 线性误差。 2、3 19 实验 5 NTC 热敏电 阻温度特性实验 了解负温度系数 NTC 热敏电阻的温度特性，掌握热 敏电阻测量电路工作原理，分析测量灵敏度和非线 性误差。 2、3 20 实验 6 光纤位移 传感器测位移特 性实验 了解光纤特性，掌握 Y 型光纤位移传感器的工作原 理，分析光纤位移特性曲线，并找出线性区域较好 的范围（前坡）作为光纤位移传感器的量程计算灵 敏度和非线性误差。 2、3 21 实验 7 数据采集 系统实验 熟悉数据采集系统在静态实验、动态实验中的应 用，了解数据采集系统(数据采集卡)对实验数据 (模拟量)进行采集并与计算机(PC 机)通讯方法，熟 悉计算机对实验数据进行分析处理方法，掌握利用 数据采集系统进行位移、振动的测量方法。 4 五、各教学环节及学时分配 知识 教学内容 教学环节及学时
模块 讲 习题 讨论 课 实验（实践） 章 基础 绪论 2 2 知识 检测系统的基本特性 3 4 阻抗型传感器 6 6 12 电压型传感器 8 12 专业 半导体传感器 2 2 4 知识 数字式传感器 4 4 其他传感器 2 2 2 6 几何量的电测法 2 2 综合 机械量的电测法 2 2 运用 热工量的电测法 2 2 4 模拟式检测仪表 2 2 拓展 数字式检测仪表 2 2 应用 智能检测仪表 2 2 4 现代检测新技术简介 2 2 总复习 2 2 合计 64 六、成绩考核及基本要求 考核 建议 对应课程 考核/评价细则 环节 分值 目标 期末考 闭卷考试，120分钟， 卷面成绩100分，按照70%折算为总成 70 14 试 绩 题目设计合理，能正常运行，教师当场验收：写出实验报告， 实验课 15 按时提交。实验成绩占课程总成绩的15%，实验内容占实验成 2、3、4 成绩 绩的70%，实验报告占实验成绩的30%。 出勤 5 不定期点名，无故缺勤1次扣1分 作业 5 作业完成质量、时间综合评定。 课堂表 课堂听讲情况、互动情况综合评定。 5 现 七、教材与主要教学参考资源
模块 讲 授 课 习 题 课 讨 论 课 实 验 （ 实 践 ） 合 计 基 础 知识 绪论 2 2 检测系统的基本特性 3 1 4 专 业 知识 阻抗型传感器 6 6 12 电压型传感器 8 4 12 半导体传感器 2 2 4 数字式传感器 4 4 其他传感器 2 2 2 6 综 合 运用 几何量的电测法 2 2 机械量的电测法 2 2 热工量的电测法 2 2 4 拓 展 应用 模拟式检测仪表 2 2 数字式检测仪表 2 2 智能检测仪表 2 2 4 现代检测新技术简介 2 2 总复习 2 2 合计 64 六、成绩考核及基本要求 考核 环节 建议 分值 考核/评价细则 对应课程 目标 期末考 试 70 闭卷考试，120 分钟，卷面成绩 100 分，按照 70%折算为总成 绩 1～4 实验课 成绩 15 题目设计合理，能正常运行，教师当场验收；写出实验报告， 按时提交。实验成绩占课程总成绩的 15%，实验内容占实验成 绩的 70%，实验报告占实验成绩的 30%。 2、3、4 出勤 5 不定期点名，无故缺勤 1 次扣 1 分 4 作业 5 作业完成质量、时间综合评定。 4 课堂表 现 5 课堂听讲情况、互动情况综合评定。 4 七、教材与主要教学参考资源
(一)推荐教材 孙传友.传感器检测技术及仪表[M.北京：高等教育出版社，2019 (二)推荐参考书 [1]吴勤勤.控制仪表及装置（第四版）[M.北京：化学工业出版社，2014 [2]周泽魁.控制仪表与计算机控制装置[M].北京：化学工业出版社，2002 [3]胡向东.传感器与检测技术[.北京：机械工业出版社，2009 (三)推荐网站（包括课程网站、专业网站等) http://abook.hep.com.cn/1227955/高等教育出版社网站 编写者：江式伟 审核者：徐红梅 批准者：邓建球 编写时间：2021年6月
（一）推荐教材 孙传友.传感器检测技术及仪表 [M].北京：高等教育出版社，2019 （二）推荐参考书 [1]吴勤勤.控制仪表及装置(第四版)[M].北京：化学工业出版社，2014 [2] 周泽魁.控制仪表与计算机控制装置[M].北京：化学工业出版社，2002 [3] 胡向东.传感器与检测技术[M].北京：机械工业出版社，2009 （三）推荐网站（包括课程网站、专业网站等） http://abook.hep.com.cn/1227955/ 高等教育出版社网站 编写者：江式伟 审核者：徐红梅 批准者：邓建球 编写时间：2021年6月
