传感器及其工作原理

1、1.1.知道什么是传感器知道什么是传感器. . 3.3.通过实物认识光敏电阻，了解光传感器的工作原理通过实物认识光敏电阻，了解光传感器的工作原理. .2.2.知道传感器的种类及其一般结构知道传感器的种类及其一般结构. . 4.1 4.1 传感器的原理传感器的原理第4章 传感器与现代社会3 3、基本组成：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成：、基本组成：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成：2 2、基本作用：把、基本作用：把非电学物理量非电学物理量( (如位移、速度、压力、温如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照强度等度、湿度、流量、声强、光照强度等) )转换成转换成电学量电学

2、量( (如电如电压、电流、电容等压、电流、电容等) )，达到易于测量、便于传输、储存、，达到易于测量、便于传输、储存、处理方便及自动控制的作用处理方便及自动控制的作用. .非电学量非电学量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量 能感受外界信息，并将其按一定的规律转换成电信号能感受外界信息，并将其按一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫做传感器的器件或装置，叫做传感器 一一 、传感器简介、传感器简介 1 1、传感器的概念、传感器的概念干簧管干簧管敏感元件敏感元件是传感器的核心，是利用材料的某种是传感器的核心，是利用材料的某种敏感效应敏感效应制成的，它可以利用各种物理、化学、

3、生物效应，将非制成的，它可以利用各种物理、化学、生物效应，将非电学参数的变化转换成电学参数的变化电学参数的变化转换成电学参数的变化. .转换器件转换器件将敏感元件采集的信息进行处理将敏感元件采集的信息进行处理, ,以电压或电流以电压或电流的形式通过的形式通过转换电路转换电路输出。输出。智能传感器智能传感器: :当转换电路采用计算机进行信息处理并输当转换电路采用计算机进行信息处理并输出数字信息时出数字信息时, ,这种传感器就叫做智能传感器这种传感器就叫做智能传感器, ,如机器人如机器人中使用的各种传感器大都是智能传感器中使用的各种传感器大都是智能传感器. . 这种灯控制装置好像能这种灯控制装置好

4、像能“听到听到”我们的到来我们的到来, ,开灯迎接；开灯迎接；又好像能又好像能“看到看到”我们的离去我们的离去, ,关灯节能关灯节能. . 声光控延时开关：声光控延时开关：能将声、光信息转换成电学量的传感器能将声、光信息转换成电学量的传感器声光控延时开关声光控延时开关. .二、光声控延时开关电路的工作原理二、光声控延时开关电路的工作原理 光声控延时开关是在光照度低于某一值光声控延时开关是在光照度低于某一值时用声音来控制开关的时用声音来控制开关的“开启开启”，若干分，若干分钟后延时钟后延时 “ “自动关闭自动关闭”的传感器的传感器. . 光电转换器光电转换器声电转换器声电转换器电子电子线路线路被

5、控制被控制线路线路光声控延时开光声控延时开关关电路原理图电路原理图声电转换器件声电转换器件光电转换器件光电转换器件动圈式话筒就是一种声电转换器动圈式话筒就是一种声电转换器 其内部电子线路的功能就是其内部电子线路的功能就是将光敏、声敏元件获得的电信将光敏、声敏元件获得的电信息信号处理后，变为电子开关息信号处理后，变为电子开关的开动作的开动作. .控制电灯线路控制电灯线路 光敏电阻是一种光电转换器光敏电阻是一种光电转换器光电传感器光电传感器: : 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管. .光电光电传感器是由光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的

6、传感器是由光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的. .光敏电阻光敏电阻光照越强，光照越强，电阻越小电阻越小（1 1）物理型传感器物理型传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测物信息的传感器，如电容传感器测出待测物信息的传感器，如电容传感器, ,电感传感器电感传感器, ,光电传光电传感器，压电传感器等感器，压电传感器等. .2 2、物理型传感器中物理型传感器中常见的敏感元件：常见的敏感元件：（1 1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器）（光电传感器）（2 2）热敏电阻和热电阻热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器）温度传感器）（3 3）电容式传感器

7、电容式传感器 （位移传感器）（位移传感器）（4 4）霍尔元件霍尔元件 （磁传感器）（磁传感器）三、传感器的类型三、传感器的类型1 1、类型、类型（2 2）化学型传感器化学型传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器，湿敏传感器等如气敏传感器，湿敏传感器等. .（3 3）生物型传感器生物型传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，如组织传感器，细胞传感器等器，如组织传感器，细胞传感器等. .光敏电阻光敏电阻3 3、敏感元件特性、敏感元件特性 例：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，例：硫化镉

8、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，导电性能变导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。好。 （1 1）其电阻率与）其电阻率与与光照强度有关与光照强度有关（2 2）其受到光照时）其受到光照时电阻会变小电阻会变小（3 3）其能够将）其能够将光学量转化为电阻的变化。光学量转化为电阻的变化。热敏电阻热敏电阻导电性能：半导体材料的导电性能随温度升高而改善导电性能：半导体材料的导电性能随温度升高而改善特点：灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；特点：灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；注意：注意：热敏元件分为：热敏元件分为：热敏电阻热敏电

9、阻和和金属热电阻金属热电阻两种两种。金属热电阻：金属热电阻：的化学稳定性较好，的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。测量范围较大，但灵敏度较差。量的转换：量的转换：温度变化转换为电阻变化，再转换为电流或电压温度变化转换为电阻变化，再转换为电流或电压机理：载流子随温度的升高明显增多，导电性能变好机理：载流子随温度的升高明显增多，导电性能变好特性：热敏电阻的阻值会随着温度特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而的升高而减小减小，具有负温度系数，具有负温度系数1 1）热敏电阻）热敏电阻 热敏电阻热敏电阻R-TR-T关系示意图关系示意图材料：半导体材料：半导体R RT To o2 2）金属热电阻

10、）金属热电阻特性：金属热电阻的阻值会随着温特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而度的升高而增大增大，具有正温度系数，具有正温度系数材料：金属热电阻是用金属做成的材料：金属热电阻是用金属做成的R RT TO O金属热电阻金属热电阻R-TR-T关系示意图关系示意图热敏电阻与金属热电阻的比较热敏电阻与金属热电阻的比较电容式位移传感器电容式位移传感器 电容式位移传感器能够把物体电容式位移传感器能够把物体位移位移这个力学量转换这个力学量转换为为电容电容这个电学量这个电学量电容式位移传感器示意图电容式位移传感器示意图被测物体被测物体x x电容器极板电容器极板电介质板电介质板 电容电容C C决定于面积决定

11、于面积S S、距离、距离d d及板间的电介质这几个因素。及板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，会引起电容的变化，通过测定电容器的述某个因素的变化，会引起电容的变化，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量角度角度的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是变变S S变变C C变变定定片片甲甲图乙是测量图乙是测量液体深度液体深度h h的电容式传感器，原理的电

12、容式传感器，原理h h变变S S变变C C变变金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h h图丙是测量图丙是测量压力压力F F的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是F F变变d d变变C C变变 固定电极固定电极可动电极可动电极F F丙丙N NM MF FB BE EI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图霍尔元件霍尔元件（1 1）材料：半导体）材料：半导体 如：砷化铟如：砷化铟（2 2）工作原理图）工作原理图（3 3）霍尔电压）霍尔电压: :在其他量恒定，则在其他量恒定，则U UH H 的变化就与的变化就与B B成正成正比。因此霍尔元件又称比。因此霍尔元件又称磁敏

13、元件磁敏元件。( )HBUIBnq d作业作业课本家庭作业课本家庭作业P P8282 5 5、6 6题题课本家庭作业课本家庭作业P P8787 1 1题题课时提升作业课时提升作业P P8181、8282 十一十一例例1.1.如图所示，如图所示，R R1 1、R R2 2为定值电阻，为定值电阻，L L是小灯泡，是小灯泡，R R3 3为光敏电阻，当照射光强度增大时，（为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）A.A.电压表的示数增大电压表的示数增大 B.RB.R2 2中电流减小中电流减小C.C.小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大 D.D.电路的路端电压增大电路的路端电压增大A B CA B C例题例题传

14、感器的题型设计传感器的题型设计1 1、对传感器的的基本作用的认识、对传感器的的基本作用的认识2 2、对敏感元件特性的认识、对敏感元件特性的认识3 3、传感器在简单的自动控制电路的应用及电路的动态分析、传感器在简单的自动控制电路的应用及电路的动态分析2 2、如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中、如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R R2 2为用半导为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a a、b b之间接报警器。当传感器之间接报警器。当传感器R R2 2所在处出现火情时，显示器的电流所在处出现火情时，显示器的电流I I、

15、报警器两端的电压、报警器两端的电压U U的变化情况是（的变化情况是（ ）A.A. I I 变大，变大，U U 变大变大 B.B.I I 变小，变小，U U 变小变小 C.C.I I 变小，变小，U U 变大变大 D.D.I I 变大，变大，U U 变小变小 R R1 1R R2 2R R3 3A Aa ab bE Er rB电阻温度计：一般用电阻温度计：一般用金属热电阻金属热电阻制成制成3 3、随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手、随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热

16、空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为手机能使传感器工作，是因为 （ ） A. A. 改变了湿度改变了湿度 B. B. 改变了温度改变了温度C. C. 改变了磁场改变了磁场 D. D. 改变了电容改变了电容 D D1 1：如图所示为光敏电阻：如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中自动计数器的示意图，其中R R1 1为光敏电阻，为光敏电阻，R R2 2为定值电为定值电阻此光电计数器的基本工阻此光电计数器的基本工作原理是（作原理是（ ）A.A.当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高

17、电压B.B.当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C.C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次BDBD信信号号处处理理系系统统1R2R2.2.关于传感器及其作用，下列说法中正确的是关于传感器及其作用，下列说法中正确的是( () )A A传感器一般是把非电学量转换为电学量传感器一般是把非电学量转换为电学量B B传感器一定是把非电学量转换为电路的通断传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C C传感器把非电学量转换为电学量是为了方便

18、进行测传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制量、传输、处理和控制D D电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以利用电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以利用电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器解析：选解析：选ACD.ACD.根据传感器的概念和工作原理可以判断根据传感器的概念和工作原理可以判断A A、C C正确正确B B选项中不一定把非电学量转化为电路的通断，还有选项中不一定把非电学量转化为电路的通断，还有其他的表现形式，故其他的表现形式，故B B错动圈式话筒利用电磁感应将声音错动圈式话筒利用电磁感应将声音转化为电流，是传感器，转化为电流，是传感器，D D正确正确ACDACD3.3.敏感元件是传感器中的关键元件，它承担着直接敏感元件是传感器中的关键元件，它承担着直接“感感知知”和转换外界信息的任务下列关于光敏电阻的说法和转换外界信息的任务下列关于光敏电阻的说法正确的是正确的是 ( () )A A光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而变化光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而变化B B光敏电阻的电阻值不会随着光照强度的变化而变化光敏电阻的