物理：《传感器及其工作原理》ppt课件.ppt

第六章 传感器 第一节 传感器及其工作原理 1 演示实验1 2 一 传感器简介 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 并能把它们按照一定的规律转换为电压 电流 电容等 或转换为电路的通断 1 什么是传感器 非电学量 电学量 3 传感器 非电学量 传感器 电学量 4 传感器的工作原理 5 光敏电阻实物图 1 光敏电阻 二 制作传感器的常用元器件 点击放大 6 7 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 2 材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体 如 硫化镉 减小 3 半导体的导电原理 半导体靠其中的 自由电子和空穴 来导电 载流子 光敏电阻能够把光照强弱这个 转换为这个电学量 光学量 1 特性 电阻 8 演示实验4 金属导体的导电性能与光照有关吗 温度有关吗 关系如何 9 2 金属热电阻 2 特性 金属热电阻的阻值会随着温度的升高而 具有正温度系数 1 材料 金属热电阻是用金属做成的 金属热电阻R T关系示意图 增大 10 3 热敏电阻 热敏电阻的阻值会随着温度的升高而 具有负温度系数 热敏电阻R T关系示意图 1 材料 半导体 减小 2 特性 热敏电阻和金属热电阻能够把 这个热学量转换成为这个电学量 温度 电阻 11 4 电容式位移传感器 电容式位移传感器能够把物体 这个力学量转换为 这个电学量 位移 电容 12 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 定片 动片 13 5 霍尔元件 1 材料 半导体如 砷化铟 2 工作原理图 3 霍尔电压 d 薄片厚度K 霍尔系数其大小与元件的材料有关 霍尔元件能够把 这个磁学量转换为 这个电学量 磁感应强度 电压 14 推导霍尔电压的公式 设载流子的电荷量为q 沿电流方向定向运动的平均速率为v 单位体积内自由移动的载流子数为n 垂直电流方向导体板的横向宽度为a 则电流的微观表达式为 载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧移 两个侧面出现电势差载流子受到的电场力为当达到稳定状态时 洛伦兹力与电场力平衡 即 由 式得 式中的nq与导体的材料有关 对于确定的导体 nq是常数 令则上式可写为 15 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 转换电路 电学量 非电学量电学量 或转换为电路的通断 16 第六章 传感器 第二节 传感器的应用 17 传感器应用的一般模式 18 一 力传感器的应用 电子秤 19 1 电子秤使用的测力装置是什么 它是由什么元件组成的 2 简述力传感器的工作原理 装置 力传感器元件 金属梁和应变片 一 力传感器的应用 电子秤 20 金属梁 两个应变片的形变引起电阻变化致使两个应变片的电压差变化 21 1 电子秤使用的测力装置是什么 它是由什么元件组成的 3 应变片能够把什么力学量转化为什么电学量 2 简述力传感器的工作原理 装置 力传感器组成 金属梁和应变片 一 力传感器的应用 电子秤 两个应变片的形变引起电阻变化致使两个应变片的电压差变化 22 二 温度传感器的应用 电熨斗 23 1 双金属片温度传感器 思考 双金属片温度传感器的作用是什么 作用 控制电路的通断 二 温度传感器的应用 电熨斗 24 原理 热胀冷缩常温下两触点分离 温度升高 两种金属膨胀性能不同 双金属片形状发生变化 使触点接触 1 双金属片温度传感器 二 温度传感器的应用 电熨斗 25 电烫斗的构造 2 双金属片温度传感器在电熨斗中的应用 26 思考与讨论 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 答 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 双金属片温度传感器在电熨斗中的应用 二 温度传感器的应用 电熨斗 27 思考与讨论 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 答 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 2 双金属片温度传感器在电熨斗中的应用 二 温度传感器的应用 电熨斗 28 问题 电饭锅烧饭饭熟后会自动断开 电饭锅烧水水开后能自动断开 回顾在家煮饭的过程 三 温度传感器的应用电饭锅 29 阅读教材第59页第1段 回答问题 1 电饭锅中使用的温度传感器的主要元件是什么 2 感温铁氧体的组成物质是什么 3 感温铁氧体有何特点 4 什么是 居里点 答 1 感温铁氧体 2 氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 3 常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 温度达到约103 时 失去铁磁性 不能被磁体吸引 4 使感温铁氧体失去铁磁性的温度 也叫居里温度 三 温度传感器的应用电饭锅 30 构造 31 工作原理 1 开始煮饭时为什么要压下开关按钮 手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么 2 煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度 为什么 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动地发生哪些动作 4 如果用电饭锅烧水 能否在水沸腾后自动断电 答 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 电饭锅 32 2 煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度 为什么 答 2 水沸腾后 由于锅内保持1000C不变 故感温磁体仍与永磁体相吸 继续加热 故锅内大致保持1000C不变 工作原理 电饭锅 33 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动地发生哪些动作 答 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1030C 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 工作原理 电饭锅 34 4 如果用电饭锅烧水 能否在水沸腾后自动断电 答 4 如果用电饭锅烧水 水沸腾后 锅内保持1000C不变 温度低于 居里点1030C 电饭锅不能自动断电 只有水烧干后 温度升高到1030C才能自动断电 工作原理 电饭锅 35 叙述电饭锅的工作过程 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1000C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1030C 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 36 四 光传感器的应用 烟雾散射式火灾报警器 阅读教材第61页 思考并回答问题 1 烟雾散射火灾报警器的组成 2 烟雾散射火灾报警器的工作原理 37 四 光传感器的应用烟雾散射式火灾报警器 光电三极管是烟雾火警报警器中的