传感器是把非电学物理量(如位移

1、 传感器是把传感器是把非电学物理量非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 一、传感器的含义一、传感器的含义非电物理量非电物理量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量第六章第六章 传感器传感器2.热电传感器热电传感器:

2、热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理把热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理把热学信号热学信号转化成转化成电电学信号学信号制成的制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。警器、恒温箱等。 .光电传感器光电传感器:光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理把变化而变化的原理把光信号光信号转变成转变成电信号电信号制成

3、的制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。警器等都是利用了光电传感器的原理。 4.4.声电传感器声电传感器: :声电传感器是利用电磁感应的原理把声电传感器是利用电磁感应的原理把声音信号声音信号转变成转变成电信号电信号。如动圈式话筒、电容式。如动圈式话筒、电容式话筒等。话筒等。 5.电容式传感器电容式传感器:电容器的电容电容器的电容C C决定于极板的正对面积决定于极板的正对面积S S、极板间距离、极板间距离d d以及极板间的电介质这几个因以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的

4、变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。传感器。 6.电感传感器电感传感器: 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把磁信号磁信号转变转变成成电信号电信号，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象

5、。 二、传感器的分类二、传感器的分类1.力电传感器：力电传感器：力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号力学信号（位移、速度、加速度等）转化（位移、速度、加速度等）转化为为电学信号电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。防抱死制动系统等。 （1）测物体的质量）测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE1.

6、力电传感器力电传感器三、几种类型的传感器的应用实例分析三、几种类型的传感器的应用实例分析（2）测物体加速度（加速度计）测物体加速度（加速度计） 例例1：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信：加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑感元件由弹簧连接并架在光滑支架上

7、，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量为元件的质量为m，两弹簧的劲度系数为，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为，电源的电动势为E，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为有效长度为L，静态时输出电压为，静态时输出电压为U0。试求加速度。试求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式。的关系式。敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER滑动触头左右移动过程中，电路滑动

8、触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？中电流如何变化？若车的加速度大小为若车的加速度大小为a，则两，则两弹簧的形变量是多少？弹簧的形变量是多少？求加速度求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式的关系式不变化不变化X左左=X右右=ma/2kmxka)(2 LxEUU0EmLUUka)(20对对式的讨论式的讨论假设假设a向右为正，位置向左向右为正，位置向左x理清思路很重要理清思路很重要解：解：由分压原理：由分压原理：由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由由得：得： 例例2. 惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统

9、的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导 1.设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针

10、向左偏离O点的距离为点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度，则这段时间内导弹的加速度 （ ） A. 方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D. 方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/mD01010UP2. 若电位器（可变电阻）总长度为若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当上，当导弹以加速度导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出产生位移，此时可输出一个电信

11、号一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出试写出U与与a 的函数关系式。的函数关系式。x=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 x / LU=mU0 a / 2kLU0解解：由由得：得：由分压原理：由分压原理：由牛顿第二定律由牛顿第二定律（3）测物体角速度（）测物体角速度（角速度计）角速度计） 可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OO转动时，元件转动时，元件A发生位移并发生位移并输出相应的电压信号，成为飞

12、机、卫星等的制导系统输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。的信息源。A S PCBOO输出电压输出电压U敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER（4）测）测 力力 例例3 3：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P P为金属球，悬挂在一细长为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，裸金属丝下面，O O是悬挂点，是悬挂点，R R0 0是保护电阻，是保护电阻，CDCD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在终保持良好接

13、触，无风时细金属丝与电阻丝在C C点接触，此时电路中的电流为点接触，此时电路中的电流为I I，有风时细金属丝将，有风时细金属丝将偏转一角度偏转一角度（与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C C/ /点接触，已知风力方向水平向左，点接触，已知风力方向水平向左，OCOC= =h h，CDCD= =L L，球的质量为，球的质量为M M，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为k k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转丝偏转角时，电流表的示数为角时，电流表的示数为I I/ /，此时风力大小为，此时风力大小为F F，

14、试写出：，试写出： 风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I/ 的关系式。的关系式。 此装置所测定的最大风力是多少？此装置所测定的最大风力是多少？R0OPDC/CA电电源源GTFF=Mgtantan=L/hI/=E/R0+k(L-L/） 由由到到得：得：/0)(kIIIRkLhMgFhLMgF两种理解两种理解E=I(R0+kL) 思路？思路？L/（5）测）测 位位 移移 例例4：（上海考题）：（上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，演示位移传感器的工作原理如右图示，物体物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆在导轨上平移时，带动滑动变阻

15、器的金属滑杆p，通过，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是理想的，则下列说法正确的是 ( )A. 物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B. 物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C. 物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D. 物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B2、热电传感器热电传感器 热电传感器是利用热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，热敏电阻的阻值会随温度的变化

16、而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。警报警器、恒温箱等。 例例5：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2 为用半为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器之间接报警器。当传感器 R2 所在处出现火情时，显示器的电流所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U 的变化情况是（的变化情况是（ ）A.

17、I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabEr火情时温度升高，火情时温度升高，R2 减小减小， R总总减小，减小， I总总增大，增大， U内内增大，增大，Uab减小，减小， UR1增大，增大，U并并减小，减小， IA减小减小B 解：解：方法：方法： 由外到内再到外，先不变后变由外到内再到外，先不变后变增阻，增压，减流，增阻，增压，减流， 减阻，减压，增流减阻，减压，增流例例6用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信光

18、信号转化为电信号号的过程。下列属于这类传感器的是（的过程。下列属于这类传感器的是（ ）A红外报警装置红外报警装置B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器电饭煲中控制加热和保温的温控器A.光电传感器光电传感器例例7.如图示，将一光敏电阻连入如图示，将一光敏电阻连入多用电表多用电表两表笔上，将多用电表的两表笔上，将多用电表的选择开关置于选择开关置于档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为， 现用手现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为掌挡住部分光线，表针的偏角变为 ，则可判断，则可判断

19、 （ ）A. = B. D. 不能确定不能确定和和 的关系的关系B4.声电传感器声电传感器 例例8：（上海试题）唱卡拉：（上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转 变 为 电 信 号 。 下 列 说 法 正 确 的 是转 变 为 电 信 号 。 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )A 该传感器是根据电流

20、的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B2、话筒、话筒声声电磁感应电磁感应 电流电流动圈式话筒构造原理图，它动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，在永久磁铁的

21、磁场里振动，其中就产生感应电流（电信其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大器，从扬声器中就发出放大的声音的声音 电容式话筒：电容式话筒：声声电容变化电容变化电流、电压电流、电压5.电容式传感器电容式传感器 电容器的电容电容器的电容C决定于极板的正对面积决定于极板的正对面积S、极板间距离、极板间距离d以及极板间的电介质以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起

22、上述某这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 定片定片甲甲角度角度由于由于CS，动片与定片间的角度，动片与定片间的角度发生发生变化时，引起变化时，引起S的变化，通过测出的变化，通过测出C的的变化，测量动片与定片间的夹角变化，测量动片与定片间的夹角图乙是测量图乙

23、是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h液面高度液面高度h由于由于CS，h发生变化，金属芯线和发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过导电液体组成的电容发生变化，通过测定测定C的变化，可以测量液面高度的变化，可以测量液面高度h 的变化的变化。图丙是测量图丙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d，压力，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过测出的变化，通过测出C的变的变化，测量压力化，测量压

24、力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。 极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出测出C的变化，测量位移的变化，测量位移x的变化。的变化。例例9 9：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将：随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为从机内喷出，将湿手烘干。手靠

25、近干手机能使传感器工作，是因为 （ ）A. A. 改变了湿度改变了湿度 B. B. 改变了温度改变了温度C. C. 改变了磁场改变了磁场 D. D. 改变了电容改变了电容D D6.电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。介或利用磁体的某些现象。 实例：磁性物质探测报警器实例：磁性物质探测报警器 录音机录音机NS练习练习1、 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯用如图示的电磁继电器设计一个高温

26、报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。aedcb热敏电阻正常时电热敏电阻正常时电阻值大阻值大，ab间间电流小电流小，电磁继电器，电磁继电器磁性弱磁性弱，衔铁与，衔铁与上触点接触上触点接触，绿灯泡亮绿灯泡亮。 将学生用电源与电铃分别接入将学生用电源与电铃分别接入c、d、之、之间。间。解解：t将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、

27、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端，如图示：端，如图示：将学生用电源与绿灯泡分别接入将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之之间。间。受热时电受热时电阻值小阻值小，ab间间电流大电流大，电磁继电器，电磁继电器磁性强磁性强，衔铁与，衔铁与下触点接下触点接触触，电铃响电铃响。变式：提高灵敏度，应该如何调节变式：提高灵敏度，应该如何调节滑动变阻器？滑动变阻器？练习练习2、 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。、导线。ecab220V光敏电阻天暗时电光敏电阻天暗时电阻值大阻值大，ab间间电流小电流小，电磁继电器，电磁继电器磁性弱磁性弱，衔铁，衔铁与与触点接触触点接触，灯泡亮灯泡亮。 天亮时电天亮时电阻值小阻值小，ab间间电流大电流大，电磁继电器，电磁继电器磁性强磁性强，衔铁，衔铁与与触点分离触点分离，灯泡灭灯泡灭。解解：