新课标人教版21选修二64《传感器》ppt课件2（精品）

1 传感器及其工作原理,第六章 传感器,一、什么是传感器,（1）什么是传感器？,（2）传感器的作用是什么？,传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断,传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制,实验： 小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。,盒子里有什么装置？(干簧管）,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,一、什么是传感器,自动水龙头,火灾报警器,酒精测试仪,干手机,（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？,（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？,（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？,光敏电阻的电阻率与光照强度有关。,光敏电阻受到光照时电阻会变小.是一种半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照增强,载流子增多,导电性能变好,光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量,二、光敏电阻,现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻则不会发生变化。,三热敏电阻和金属热电阻,（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？,（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？,（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？,不相同,金属导体的导电性能随温度升高而降低,半导体材料的导电性能随温度升高而变好,热敏电阻灵敏度高,但化学稳定性较差,测量范围较小;金属热电阻的化学稳定性较好,测量范围较大,但灵敏度较差,将热学量(温度)转化为电阻这个电学量,金属热电阻,金属的电阻率随温度的 升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器。常用的一种热电阻是用铂制作的。,热敏电阻,有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰和氧化铜混合烧结而成的。,热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量,一个确定的霍尔元件的d、n、q为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。,霍尔元件,3、电容式传感器 .,（1）测定角度：,（2）测定液面高度h：,（3）测定压力F：,（4）测定位移x：,如图，被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。物体位移的变化，就转换成了电容量的变化。,压力传感器,电容式话筒,1、传感器的概念：,小结：,2、传感器的工作原理：,3、敏感元件： （1）光敏电阻 （光电传感器） （2）热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器） （3）电容式传感器 （位移传感器） （4）霍尔元件 （磁传感器）,非电学量,敏感元件,转换器件,转换电路,电学量,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。,课堂总结,光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。 热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。 霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。,AC,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记数一次 D信号处理系统每获得一次高电压就记数一次,例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（ ）,A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻,AC,例3传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（ ） A当F向上压膜片电极时，电容将减小 B当F向上压膜片电极时，电容将增大 C若电流计有示数，则压力F发生变化 D若电流计有示数，则压力F不发生变化,BC,（2）测物体加速度,如图为应变式加速度计示意图，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m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为L，静态时输出电压为U0。试求加速度a与输出电压U的关系式。,滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？,若车的加速度大小为a，则两弹簧的形变量是多少？,求加速度a与输出电压U的关系式,例题：如图为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD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C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度（与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为I/，此时风力大小为F，试写出：,风力大小F与的关系式；,风力大小F与电流表示数I/ 的关系式。,此装置所测定的最大风力是多少？,（1）测物体的质量,温度传感器的应用电熨斗,（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？ （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？,（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用 （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的,力传感器的应用电子秤 传感器的应用 声传感器的应用话筒 温度传感器的应用电熨斗,上节课：小结,力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制,【例】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能对此，以下判断正确的是（ ） 通电后，其电功率先增大，后减小 通电后，其电功率先减小，后增大 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变 A B C D,1、温度传感器的应用电饭锅 （1）温度传感器的主要元件是什么？ 感温铁氧体。 （2）感温铁氧体的组成物质是什么？氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。 （3）感温铁氧体有何特点？ 常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103，失去铁磁性 （4）什么是“居里点”？居里点，又称居里温度，即指103。,温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失,（1）开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。 （2）水沸腾后，锅内大致保持100不变。 （3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热 (4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100不变，温度低于“居里点103”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103才能自动断电。,电饭锅的工作过程： 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热,（1）温度传感器测温仪有何优点？ 可以远距离读取温度的数值因为温度信号变成电信号后可以远距离传输 （2）常见的测温元件有哪些？ 热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等,本节课小结：,【例】如图甲为在温度为10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当 a、b端电压 Uab0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_,如图，为一实验小车中利