传感器的应用复习.ppt

,题型：填空题10题，20分选择题20题，20分简答题4题，20分综合题4题，40分,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,（3)、传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；（4）、传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。,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,传感器应用的一般模式,思考、为什么要经过放大转换电路？,1）传感器输出的信号相当微弱，难以直接带动执行机构去实现控制；,2）输出的信号进行远距离传送时，为了抵御外界干扰，必须先将信号转换为其他的电信号。,1、电子秤使用的测力装置：力传感器,2、常见的一种力传感器：,应变片是一种敏感元件，多用半导体材料制成,3、力传感器的工作原理：,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，力F越大，电压差就越大。,导体或半导体材料在外力作用下，产生机械变形时,其阻值发生相应变化,这种现象称为应变效应对电阻应变式传感器常用温补方法有单丝自补偿、双丝组合式自补偿、电路补偿法这几种。为了消除温度误差可以采用半差动电桥和全差动电桥方法。,电感式传感器主要分为变磁阻式（自感式）、变压器式（互感式）、电涡流式三种类型。电涡流传感器的测量电路主要有调频式和调幅式两种。变磁阻式传感器由线圈、铁芯、衔铁3部分组成,电涡流式传感器的特点涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点自感式传感器与差动变压器式传感器有何异同,(1)不同点：1)自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。(2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。,根据电容式传感器工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。,电容式传感器有优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单，适应性强变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。,压电效应：什么是正压电效应?什么是逆压电效应?正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。,压电式传感器不能用于静态测量,只适用于动态测量。制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。,按照测量光路组成，光电式传感器可以分为透射式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。什么是光电效应和光电器件?常用的光电器件有哪几大类?所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件。常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。,CCD的电荷转移原理是什么?CCD器件基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS光敏元，这些光敏元使用同一半导体衬底；氧化层均匀、连续；相邻金属电极间隔极小。任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动。为了保证信号电荷按确定的方向和路线转移，在MOS光敏元阵列上所加的各路电压脉冲要求严格满足相位要求。,1、开始煮饭时，用手压下开关按钮，利用感磁体常温下的铁磁性，可知永磁体与感温磁体将相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，即触点连通。,2、水沸腾后，锅内保持100不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，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。当温度降低后，再次感温磁体与永磁体相吸，继续加热,电饭锅中的感温磁体工作原理,光控开关的工作原理,1、白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；,2、当天色暗到一定程度，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（如1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了）。,目的：使路灯天明熄灭，天暗自动开启,（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.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,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,有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）,A,课堂练习,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用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较小，这只元件一定是光敏电阻D用黑纸包住元件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,光电传感器:光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。光敏电阻利用阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。,1、关于电子秤中应变式力传感器的说法不正确的是（）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,C,2、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,电熨斗中的双金属片工作原理,根据热胀冷缩，利用两种金属的膨胀性能的不同，常温下两触点接触，电路连通，电热丝加热。升温后双金属片形状发生变化，上层比下层膨胀大，双金属片向下弯曲，两触点处于分离，电路断开，电热丝停止加热。这样不断循环，实现自动控制温度的目的。,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？,电熨斗中的双金属片工作原理,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？,根据衣物的不同，调节调温旋钮，使升降螺丝上下移动，带动弹性铜片的升降，从而改变了两触点接触的难易程度，实现控制温度不同的目的。,光传感器的应用火灾报警器,1、天花板上的火灾报警器：是利用烟雾对光的散射来工作的,2、如图所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管(特性：强光下电阻将变小)和不透明的挡板。平时，因挡板的作用，光电三极管收不到LED发出的光，电阻较大；当有烟雾进入罩内，由于烟,雾对光的散射，使部分光线照射到光电三极管上，导致其电阻变小。与之相连的电路检测到这种变化，就会发出警报。,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,课堂练习,光控开关的工作原理,1、白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；,2、当天色暗到一定程度，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（如1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了）。,目的：使路灯天明熄灭，天暗自动开启,电磁继电器的工作原理,当线圈A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路。,控制电路的工作原理,1、天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；,2、天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；,3、天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。,思考与讨论,1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？,R1