江苏省启东市高考物理传感器及其工作原理课件新人教版.ppt

传感器及其工作原理,自动门,引入新课,自动干手机,演示实验：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？,什么是传感器？,1、干簧管,原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。,2、声音的转换话筒,电子秤的工作原理显示：电子秤的外形及应变片的粘贴位置如图。称重时红色应变片受拉变长，绿色应变片受压变短，经桥路转换之后输出电压，数字显示器显示重量。,3、电子秤,什么是传感器,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，就叫传感器,传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”。,传感器是指这样一类元件：它能感受例如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。从而能方便地进行测量、传输、处理和控制。,1、光敏电阻,制作传感器常用的敏感元件,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。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。,光敏电阻的工作原理,当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。,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。,例1.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,BD,2、热敏电阻,特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数,减小,金属热电阻,铂电阻,热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。,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,如右图，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。,3、电容式传感器,电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量,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,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极，就成了一个霍尔元件。,4、霍尔元件,霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。,推导:,载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差.当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡.,电流的微观表达式,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,第六章传感器,6.2传感器的应用(一),光控继电器的工作原理是:当照射光敏电阻时,(1)光敏电阻的阻值(变大或变小)；(2)被控电路(填“接通”或“断开”)。,光控设备,电源,变小,接通,传感器应用的一般模式,一、力传感器的应用电子秤,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,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,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,数显电子秤电路原理图,练习1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（）A.应变片常用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大,ABD,阅读教材56页有关内容，思考并回答:（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？,话筒的作用是把声信号转化为电信号,二、声传感器的应用话筒,膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生随声波变化的感应电流。,1、动圈式话筒：,音圈,二、声传感器的应用话筒,金属膜片,永久磁铁,工作原理:电磁感应.,练习2:(2003上海试题)唱卡拉OK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,就将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是()A.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C.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,B,2、电容式话筒：,原理:Q是绝缘支架,薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻两端就输出了与声音变化规律相同的电压.,优点：保真度好,绝缘支架,薄金属膜,固定电极,练习3：电容式话筒将声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的()A.距离变化B.正对面积变化C.介质变化D.电压变化,A,3、驻极体话筒：原理:电介质极化.(它由内部的驻极体塑料膜感受声波.工作电压:36V.),特点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，常用在盒式录音机、声控玩具等便宜的家电上,驻极体,空隙,较弱的声音,扩音器,扬声器,1.话筒的作用是把_信号转化为_信号。,2.动圈式话筒的工作原理：,声音,电磁感应,电,3.电容式话筒的工作原理：,电容发生变化,4.驻极式话筒的工作原理：,电介质极化,二、声传感器的应用话筒,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,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。,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,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,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,电烫斗的构造：,(2)双金属片温度传感器在电熨斗中的应用,(2)双金属片温度传感器在电熨斗中的应用,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？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？,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,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,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,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,三、温度传感器的应用:1.电熨斗,思考与讨论：1、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自动停止工作？2、凸轮为什么可以改变设定的温度？,氯甲烷及它的蒸气,三、温度传感器的应用:2.电冰箱,思考与讨论：1、应该把恒温箱中的加热器接在A、B还是C、D之间呢？2、要使箱内温度保持100，可变电阻R值应调节多大？,三、温度传感器的应用:3.恒温箱,一、力传感器的应用电子秤二、声传感器的应用话筒三、温度传感器的应用1.电熨斗;2.电冰箱;3.恒温箱力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声信号转换为电信号;温度传感器常用做自动控制开关,小结:6.2传感器的应用(一),例题1：（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是()A.物体M运动时，电源内的电流会发生变化B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化C.物体M不动时，电路中没有电流D.物体M不动时，电压表没有示数,B,加速度计,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O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度（）A.方向向左，大小为kS/mB方向向