传感器及其工作原理.ppt

导 入 新 课 勇气号 火星 探测器 我们经常会接触这样的生活现象： 楼梯上的电灯能人来就开，人走就熄。 电视、空调的遥控器能实现远距离操纵。 工业生产中所用的自动报警器能自动报警。 生活中的这些现象是如 何实现的呢？这节课我们就 来解释其中的奥秘。 （1）知识与技能 了解什么是传感器，知道非电学量 转化为电学量的技术意义。 认识一些制作传感器的元器件，知 道这些传感器的工作原理。 教 学 目 标 （2）过程与方法 通过对实验的观察、思考和探究，让学 生了解传感器、熟悉传感器工作原理。 经历科学探究过程，学习科学研究方法。 培养学生的观察能力、实践能力和创新思 维能力。 （3）情感态度与价值观 体会传感器在生活、生产、科技领 域的种种益处，激发学生的学习兴趣。 拓展学生的知识视野，并加强物理 与STS的联系。 通过动手实验，培养学生实事求是 的科学态度、团队合作精神和创新意识 。 教学重点： 知道非电学量转换成电学量的技术意义。 通过实验，知道常见传感器的工作原理。 教学难点： 传感器的工作原理，传感器的实际应用。 教学重、难点 本 节 导 航 1.1.什么是传感器什么是传感器 2.2.光敏电阻光敏电阻 3.3.热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻 4.4.霍尔元件霍尔元件 1.1.什么是传感器什么是传感器 演示实验1 过程：如图1所示，小盒子的侧面露出一 个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子 上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭 。 问题：盒子里有怎样的装置，才能实现这 样的控制？ 猜测：盒子里有弹性铁质开关。 图1 图2 探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒 内的电路图2，了解 “干簧管”元件的结构 。当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料 制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通， 干簧管起到了开关的作用。 干簧管：一种能感知磁场的传感器 传感器离我们并不遥远，随着自 动控制系统的普及，传感器已经走进 了我们的生活。以家用光声控延时开 关为例，如图所示，楼道里的自控照 明路灯有哪些自动控制功能？ 光声控延时开关 电路图 演示：光声控延时开关电路的功能 在光照情况下，声音不能控制电灯点 亮。 关闭教室内的光源或其它方法降低光 照，声音能“打开”电灯，并延时几秒后熄灭。 用物体遮挡光眼处，在光照情况下声 音能控制电灯。 猜想：通过上述现象，你能猜出光声 控延时开关里有什么功能性元件吗？ 展示 ：光声控延时开关的内部结构 如图所示，对照主要元件介绍原理图。 讨论与交流 人体对外界的感觉可分为哪几种？ 分别由什么器官承担？ 人体感觉觉 感觉觉器官 视觉眼睛 听觉耳朵 味觉舌头 嗅觉鼻子 触觉皮肤 嗅觉 触觉 味觉 嗅觉 触觉 听觉 味觉 嗅觉 触觉 视觉 听觉 味觉 嗅觉 触觉 眼睛 耳朵 舌头 眼睛 耳朵 鼻子 舌头 眼睛 耳朵 皮肤 鼻子 舌头 眼睛 耳朵 定义：能像人的感觉器官那样感 受外界信息，并能按照一定的规律和 要求把这些信息转换成可用输出信息 的器件或装置。 传感器 分类：（按感受信息的学科特点不同） 物理传感器、化学传感器、生物传感器 一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的 传感器其接受的是光、声波、压力等的物理信息 称物理传感器；代替嗅觉、味觉功能的传感器， 则称化学传感器或生物传感器。 工作原理： 传感器：非电学量传感器电学量 角度 位移 速度 压力 温度 湿度 声强 光照 传感器 电压 电流 电阻 电容 角度 位移 速度 压力 温度 湿度 声强 光照 传感器 电压 电流 电阻 电容 传感器工作 原理图 敏感元件转换元件接口电路 辅 助 电 源 非电学量 电学量 2.2.光敏电阻光敏电阻 实验：学生两人一组，用万用电表的欧 姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在 暗环境和强光照射下进行。 实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值 很大，强光照射下电阻值很小 总结：光敏电阻能够把光照强弱这个光 学量转换为电阻这个电学量。 光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。 有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料 ，无光照时，载流子极少，导电性能不好； 随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 。 分析 光敏电阻实物图 特性 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时 ，电阻的大小也随着改变。一般随着光照强 度的增大电阻值_。 减小减小 材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体。如 ：硫化镉。 结构 绝缘基板、光敏材料层、电极、引线 原理 光照增强，半导体材料中的载流子（ 自由电子和空穴）浓度增加，材料的电阻 率减小。 光敏传感器部件 光照越强，电阻越小光照越强，电阻越小 光信息光信息 电信息电信息 3.3.热敏电阻和热敏电阻和 金属热电阻金属热电阻 实验1： 如图所示，AB间接有一段钨 丝（从旧日光灯管中取出），闭合开关， 灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时 ，灯泡亮度明显变暗。 探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大 。 总结：用金属丝可以制作温度传感器， 称为热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制 作精密的电阻温度计。 实验2：学生两人一组，用万用电表的 欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接 测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量， 记录两次测得的电阻值。 探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而 减小，且阻值随温度变化非常明显。 总结：半导体热敏电阻也可以用作温度 传感器。 特性 温度高低 ，电阻的大小，灵敏度高 ，温度系数 3 4% ，比金属大一个数量 级。 材料 NTC型（负温度系数）氧化锰和氧 化铜混合烧结。 PTC型（正温度系数）钛酸钡为主 要材料。 原理 温度升高，半导体材料中的载流子（自 由电子和空穴）浓度增加，材料的电阻率减 小。 结构 热敏材料、电极、引线、外防护层。 4.4.霍尔元件霍尔元件 特性 材料 磁感应强度B 的大小和方向，霍尔电压UH 的大小和方向。 硅、锗、砷化铟。 结构 原理 霍尔效应 UH = KH B I 材料薄片、电极、引线、外封装。 一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I 恒定,则UK的变化就与B成正比。 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这 个电学量。 工作原 理图 课 堂 小 结 1.干簧管是一种能感知磁场的传感器 2.能像人的感觉器官那样感受外界信息 ，并能按照一定的规律和要求把这些信息转 换成可用输出信息的器件或装置。 3.光敏电阻电阻的大小随着光照强度的 增大电阻值减小。 课 堂 练 习 1.如图所示，将万用表的选择开关置于 “欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度 系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰 好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒 精，表针将向（填“左”或“右” 移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针 将向（填“左”或“右”移动）。 右 左 2.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意 图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光 电计数器的基本工作原理是（ ） A. 当有光照射R1时，信号处理系统获得 高电压 B. 当有光照射R1时，信号处理系统获得 低电压 C. 信号处理系统每获得一次低电压就计 数一次 D. 信号处理系统每获得一次高电压就计 数一次 AC 教材习题答案 1.解答：甲图中，当待测物体位移变化 时，软铁芯2、3间的空气间隙变