鲁科版选修32 第5章第1.2节揭开传感器的“面纱” 常见传感器的工作原理 课件（29张）.ppt

第5章传感器及其应用 第1节揭开传感器的 面纱 第2节常见传感器的工作原理 第5章传感器及其应用 学习目标1 知道什么是传感器 感受传感器的作用和意义 2 知道光敏电阻和热敏电阻的特性 了解它们的用途 3 知道非电学量转换成电学量的技术意义 第5章传感器及其应用 一 揭开传感器的 面纱 1 什么是传感器 1 定义 能够感受 并将其按照一定的规律转换成 的器件或装置 2 意义 利用传感器可以方便地进行 等 2 种类繁多的传感器 1 种类 按传感器工作原理的不同分为 传感器 传感器和生物传感器 外界信息 电信号 自动测量 自动控制 物理 化学 二 常见传感器的工作原理1 光电传感器的原理 1 光电传感器 把 转换成 的器件或装置 2 光敏电阻 光敏电阻器是用金属硫化物等 材料制成的 特点 光照越强 电阻 光敏电阻器一般用于光的 和光的 光信号 电信号 半导体 越小 测量 控制 2 探究温度传感器的原理 1 温度传感器 将 变化转换为电学量变化的装置 2 热敏电阻ntc热敏电阻的阻值随温度的升高而 ptc热敏电阻的阻值随温度的升高而 温度 减小 增大 1 核心元件的组成 1 敏感元件是利用材料的某种敏感效应 如热敏 光敏 压敏 力敏 湿敏 制成的 2 转换元件是传感器中能将敏感元件输出的 与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件 3 转换电路的作用是将电信号转换成易于传输或测量的电学量输出 传感器的分类 原理及应用 2 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量 如力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而输出的通常是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出的信号是非常微弱的 通常需要经过放大后 再送给控制系统产生各种控制动作 3 传感器的分类 1 物理传感器是利用物质的物理性质 如电阻 电压 电容 磁场等 和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器 如光电传感器 力学传感器等 2 化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的传感器 如气敏传感器 湿敏传感器等 在环境保护 火灾报警 医疗卫生和家用电器方面应用极广泛 3 生物传感器是利用生物化学反应识别和检测信息的传感器 如酶传感器 微生物传感器 免疫传感器等 专一性好 易操作 设备简单 测量快速准确 适用范围广 全面了解汽车的运行状态 速度 水箱温度 油量 是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一 为模仿汽车油表原理 自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置 如图所示 其中电源电压保持不变 r是滑动变阻器 它的金属滑片是金属杆的一端 小阳同学在装置中使用了一只电压表 图中没有画出 通过观察电压表示数 可以了解油量情况 你认为电压表应该接在图中的 两点之间 按照你的接法请回答 当油箱中油量减少时 电压表的示数将 填 增大 或 减小 b c 增大 解析 由题图可知当油箱内液面高度变化时 r的金属滑片将会移动 从而引起r两端电压的变化 且当r r时 ur ir可视为ur与r成正比 所以电压表应接在b c之间 当油量减少时 电压表示数将增大 名师归纳电学量具有便于控制 放大 衰减 波形整理 显示 可储存 远距离传输等技术方面的优点 尤其是将电学量与计算机技术结合 可以方便地实现信息的采集 处理 输出的自动化和智能化 所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集 1 若电路连接如图所示 问油量减少时 电压表示数如何变化 解析 油量减少 小球下沉 指针 滑动变阻器滑片 上移 电压表示数减小 答案 减小 1 光敏电阻光敏电阻的材料是一种半导体 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 导电性能变好 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 它就像人的眼睛 可以看到光线的强弱 光线愈强 阻值愈低 一般光敏电阻的阻值在不受光照时是受光照时的100 1000倍 光敏电阻灵敏度高 体积小 重量轻 性能稳定 价格便宜 因此在自动化技术中应用非常广泛 光敏电阻和热敏电阻的特性 2 热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成 当半导体材料的温度升高时 必定接收了外界的能量 自己的内能增加 加剧内部分子 或原子 的热运动 使很多束缚电荷变为自由电荷 载流子增多 增强了导电性 热敏电阻有温度系数大 灵敏度极高 反应迅速 体积小 寿命长等优点 3 热敏电阻的两种类型热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化 常见的有两种类型 1 正温度系数热敏电阻 ptc热敏电阻 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而增大 其特性与金属热电阻相似 其电阻随温度的变化图象如图 2 负温度系数热敏电阻 ntc热敏电阻 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而明显减小 其电阻随温度的变化图象如图 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 20k r2 10k r3 40k 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 电压鉴别器会令开关s断开 停止加热 恒温箱内的温度恒定在 35 名师归纳 1 热敏电阻的阻值随温度的升高可能减小也可能增大 2 光敏电阻或热敏电阻随光或温度的变化非常迅速和灵敏 3 半导体热敏电阻虽然有很多优点 但其测量范围较小 2 温度传感器广泛应用于室内空调 电冰箱等家用电器中 它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的 如图甲所示 电源的电动势e 9v 内阻不计 g为灵敏电流计 内阻rg保持不变 r为热敏电阻 其电阻阻值与温度的关系如图乙所示 闭合s 当r的温度等于20 时 电流表示数i1 2ma 当电流表的示数i2 3 6ma时 热敏电阻的温度是多少 120 规范答题 传感器与力 电知识的综合 范例 12分 如图所示是一种悬球式加速度仪 它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度 金属球的质量为m 它系在金属丝的下端 金属丝的上端悬挂在o点 ab是一根长为l的均匀电阻丝 其阻值为r 金属丝与电阻丝接触良好 摩擦不计 电阻丝的中心c焊接一根导线 从o点也引出一根导线 两线之间接入一个电压表v 金属丝和导线电阻不 计 图中虚线oc与ab垂直 且oc h 电阻丝ab接在电压为u的直流稳压电源上 整个装置固定在列车中并使ab沿车前进的方向 列车静止时金属丝呈竖直状态 当列车加速或减速前进时 金属丝将偏离竖直方向 从电压表v的读数变化可以测出加速度的大小 当列车