山东省冠县武训高级中学高三物理复习：103传感器ppt课件

1、10.3 10.3 传感器的原理及运用传感器的原理及运用zxxk zxxk 高三总复习高三总复习 选修选修3-23-2 传感器是指这样一类元件：它可以感受诸如位移、速传感器是指这样一类元件：它可以感受诸如位移、速度、力、磁感应强度、温度、光、声、化学成分等非电度、力、磁感应强度、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电阻、电容等电学量，或转换为电路的通断的元电阻、电容等电学量，或转换为电路的通断的元器件器件一、传感器的概念一、传感器的概念 把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进展把非电学量转换为电学量以

2、后，就可以很方便地进展丈量、传输、处置和控制了丈量、传输、处置和控制了 非电学量非电学量 电学量电学量 传感器传感器 光敏电阻可以把光照强弱这个非电学量转换为光敏电阻可以把光照强弱这个非电学量转换为电阻这个电学量电阻这个电学量 Zxxk Zxxk二、常用传感器元器件任务原理二、常用传感器元器件任务原理1 1光敏电阻：光敏电阻的资料是一种半导体，无光照时，光敏电阻：光敏电阻的资料是一种半导体，无光照时，载流子少，导电性能差；随着光照的加强，载流载流子少，导电性能差；随着光照的加强，载流子增多，导电性变子增多，导电性变 好好 例例1.如下图，如下图，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L是小灯泡，是

3、小灯泡，R3为光敏电阻，为光敏电阻，当照射光强度增大时，当照射光强度增大时， A电压表的示数增大电压表的示数增大 BR2中电流减小中电流减小 C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大电路的路端电压增大ABC金属热电阻：金属热电阻： 规律：电阻随温度的升高而增大。规律：电阻随温度的升高而增大。热敏电阻半导体：热敏电阻半导体： 规律：电阻随温度的升高而减小。规律：电阻随温度的升高而减小。 与热敏电阻相比，与热敏电阻相比，金属热电阻化学稳定金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，性好，测温范围大，但灵敏度不高但灵敏度不高2、热敏电阻、热敏电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以

4、制造温度传感器，称为热电阻 热敏电阻或金属热电阻可以把温度这个热学量转换为电阻这个电学量12RTSi+ + + + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + + +Si+ + + + +Si+ + + + +Si+ + + + +Si+ + + + + +Si+ + + +Si+ + + +Si+ + + +- - - - - - - - - -Si+ + + + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + + +Si+ + + + +Si+ + +

5、 + +Si+ + + + +Si+ + + + + +Si+ + + +Si+ + + +Si+ + + +- - - - - - - - -Si+ + + + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + +Si+ + + + + + +Si+ + + + +Si+ + + + +Si+ + + + +Si+ + + + + +Si+ + + +Si+ + + +Si+ + + +- - - - - - - - -例例2：如图是一火警报警的一部分电路表示：如图是一火警报警的一部分电路表示图。其中图。其中R2为用半导体热敏资料制成的传为用半导体热敏

6、资料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，感器，电流表为值班室的显示器，a、b之之间接报警器。当传感器间接报警器。当传感器R2所在处出现火情所在处出现火情时，显示器的电流时，显示器的电流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U的变化情况是的变化情况是 zxxkA.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabErB霍尔电压霍尔电压dIBkUH 一个霍尔元件的一个霍尔元件的d、k为定值，再坚持为定值，再坚持I恒定，那么恒定，那么UH的变化就与的变化就与B成正比。成正比。 Zxxk磁感应强度磁感

7、应强度电压电压NMFBEIUHFBFEFB=FEHLUBqvq 即即HLUBvInqvdL 又又HBIUnqddL1Knq 令令3、霍尔元件、霍尔元件力力电阻变化电阻变化 电压电压4、力电传感器的运用、力电传感器的运用电子秤原理分析：电子秤原理分析： U1 U1U2U2 应变片是一种敏感元件，现多由半导体元件制成。应变片是一种敏感元件，现多由半导体元件制成。自在端施力自在端施力F，上外表拉伸，电阻变大，两端电压大。，上外表拉伸，电阻变大，两端电压大。下外表紧缩，电阻变小，两端电压变小。力下外表紧缩，电阻变小，两端电压变小。力F越大，输越大，输出电压差越大。出电压差越大。例例3 3：关于电子秤中

8、应变式力传感器的说法：关于电子秤中应变式力传感器的说法: :正确的选项是正确的选项是A.A.应变片是由多用半导体资料制成应变片是由多用半导体资料制成B.B.当应变片的外表拉伸时，其电阻变大；反之，变小当应变片的外表拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.C.传感器输出的是应变片上的电压传感器输出的是应变片上的电压D.D.外力越大，输出的电压差值也越大外力越大，输出的电压差值也越大 A B D A B D 普通干簧管有两个簧片，是用有弹性的软磁性资普通干簧管有两个簧片，是用有弹性的软磁性资料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点管中充入惰性气体来防

9、止触点被氧化点管中充入惰性气体来防止触点被氧化干簧管将磁场的变化转换成电路的通断干簧管将磁场的变化转换成电路的通断5干簧管干簧管当磁体接近当磁体接近(按一定方位按一定方位)干簧管时，两个簧片被磁化而接通干簧管时，两个簧片被磁化而接通 双金属片巧妙地利用了不同金属热膨胀的差别把膨双金属片巧妙地利用了不同金属热膨胀的差别把膨胀系数不同的两种金属片黏合在一同，常温下是直的，当胀系数不同的两种金属片黏合在一同，常温下是直的，当加热时，由于两种金属的膨胀程度不同，双金属片就会向加热时，由于两种金属的膨胀程度不同，双金属片就会向膨胀程度小的金属片那一侧弯曲膨胀程度小的金属片那一侧弯曲6 6双金属片：双金属

10、片：铜的膨胀系数大于铁铜的膨胀系数大于铁6 6、双金属片温度传感器的作用：控制电路的通断、双金属片温度传感器的作用：控制电路的通断. .温度传感器的运用温度传感器的运用电熨斗电熨斗常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于常温下，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，那么双金属片向下弯曲，使触点分别，从而切断电源，胀小，那么双金属片向下弯曲，使触点分别，从而切断电源，停顿加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路停顿加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循

11、环进展，起到自动控制温度的作用加热，这样循环进展，起到自动控制温度的作用 熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需求设定不同的温度，此熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需求设定不同的温度，此时可经过调温旋钮调理升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，时可经过调温旋钮调理升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改动触点接触的难易，到达控制在不同温度的目的从而改动触点接触的难易，到达控制在不同温度的目的 7 7感温铁氧体感温铁氧体(1)(1)感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成. .(2)(2)常温下具有铁磁性，可以被磁体吸引。温度到达约常温下具有铁磁性

12、，可以被磁体吸引。温度到达约103103时时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。，失去铁磁性，不能被磁体吸引。(3)(3)使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度. .电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，烧水水开后不能能自动断开电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，烧水水开后不能能自动断开任务原理任务原理: : (1)(1)开场煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，开场煮饭时，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形状。手松开后，按钮不再恢复到图示形状。2)2)水沸腾后水沸腾后, ,由于锅内坚持由于锅内坚持1000C1000C不变不变

13、, ,故感温磁体仍与永磁体相故感温磁体仍与永磁体相吸吸, ,继续加热继续加热. .故锅内大致坚持故锅内大致坚持1000C1000C不变不变. . (3)(3)饭熟后饭熟后, ,水分被大米吸收水分被大米吸收, ,锅底温度升高锅底温度升高, ,当温度升至当温度升至“居里居里点点1030C1030C时时, ,感温磁体失去铁磁性感温磁体失去铁磁性, ,在弹簧作用下在弹簧作用下, ,永磁体被弹永磁体被弹开开, ,触点分别触点分别, ,切断电源切断电源, ,从而停顿加热从而停顿加热(4)(4)假设用电饭锅烧水假设用电饭锅烧水, ,水沸腾后水沸腾后, ,锅内坚持锅内坚持1000C1000C不变不变, ,温度

14、低温度低于于“居里点居里点1030C1030C , ,电饭锅不能自动断电电饭锅不能自动断电. .只需水烧干后只需水烧干后, ,温度温度升高到升高到1030C1030C才干自动断电才干自动断电. .7 7感温铁氧体感温铁氧体动片动片1 1测定角度测定角度： 2 2测定液面高度测定液面高度h h： 3 3测定压力测定压力F F： 4 4测定位移测定位移x x： 定片定片导电液体导电液体待测压力待测压力F F固定电极固定电极可动电极可动电极极板极板极板极板电介质电介质X X电介质电介质金属芯线金属芯线8、电容式传感器、电容式传感器待测压力待测压力F固定电极固定电极膜片电极膜片电极例例4传感器是一种采

15、集信号的重要器件，如图是一种测定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，当待测压力压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，假设将电容器、灵敏电流计和电变形，引起电容的变化，假设将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么源串联接成闭合电路，那么 A当当F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B当当F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C假设电流计有示数，那么压力假设电流计有示数，那么压力F发生变化发生变化D假设电流计有示数，那么压力假设电流计有示数，那么压力F不发生变化不发生变

16、化 BC话筒是将声信号转换为电信号的声传感器话筒是将声信号转换为电信号的声传感器 当声波使金属膜片振动时，衔接在膜片上的线圈当声波使金属膜片振动时，衔接在膜片上的线圈(叫音叫音圈圈)随着一同振动随着一同振动9声传感器的运用声传感器的运用动圈式话筒与电容式话筒动圈式话筒与电容式话筒任务原理任务原理 音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决议，这就将声信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大声音 当声波使膜片振动时，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中构电容发生变化，电路中构成变化的电流，于是电阻成变化

17、的电流，于是电阻R R两端就输出了与声音变两端就输出了与声音变化规律一样的电压化规律一样的电压9 9声传感器的运用声传感器的运用电容式话筒电容式话筒任务原理任务原理 Q Q是绝缘支架，薄是绝缘支架，薄金属膜金属膜M M和固定电极和固定电极N N构构成一个电容器，被直流成一个电容器，被直流电源通电电源通电1010、光传感器的运用、光传感器的运用-烟雾散射式火灾报警器烟雾散射式火灾报警器1光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器 报警器带孔的罩子内装有发光二极管报警器带孔的罩子内装有发光二极管LEDLED、光电三极管和、光电三极管和不透明的挡板不透明的挡板. .

18、平常平常, ,光电三极管收不到光电三极管收不到LEDLED发出的光发出的光, ,呈现高呈现高电阻形状烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照电阻形状烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小与传感器衔接的电路检测射到光电三极管上，其电阻变小与传感器衔接的电路检测出这种变化，就会发出警报出这种变化，就会发出警报 2任务原理任务原理 如图，是用发光二极如图，是用发光二极管管(LED)(LED)模拟路灯的光控电模拟路灯的光控电路，路，RgRg为光敏电阻，为光敏电阻，R1R1是是变阻器，斯密特触发器是变阻器，斯密特触发器是具有特殊功能的非门具有特殊功能的非门 1111传感

19、器运用电路设计传感器运用电路设计光控开关电路光控开关电路 天色较亮时，光敏电阻Rg的阻值较小，输入端A电平较低，输出端Y电平较高，路灯不亮；当天色较暗时，光敏电阻Rg的阻值较大，输入端A电平较高，输出端Y电平较低，路灯发光 假想象要天色更暗时路灯才会点亮，可以将可变电阻假想象要天色更暗时路灯才会点亮，可以将可变电阻R1阻值调大一些阻值调大一些光控开关电路控制电磁继电器的任务原理光控开关电路控制电磁继电器的任务原理 当线圈当线圈 A中经过较大电流时，铁芯中产生较大磁场，吸中经过较大电流时，铁芯中产生较大磁场，吸引衔铁引衔铁B向下运动，从而带动动触点向下运动，从而带动动触点D向下与向下与E接触，将

20、任务接触，将任务电路接通，当线圈电路接通，当线圈A中电流较小时，电磁铁磁性较小，衔铁中电流较小时，电磁铁磁性较小，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点在弹簧作用下拉起，带动触点D与与E分别，自动切断任务电分别，自动切断任务电路路控制电路的任务原理控制电路的任务原理 天较亮时，光敏电阻天较亮时，光敏电阻RGRG阻值较小，斯密特触发器输入端阻值较小，斯密特触发器输入端A A电电势较低，那么输出端势较低，那么输出端Y Y输出高电平，任务电路不通；天较暗时，输出高电平，任务电路不通；天较暗时，光敏电阻光敏电阻RGRG电阻增大，斯密特触发器输入端电阻增大，斯密特触发器输入端A A电势升高，当升高电势升高，当

21、升高到一定值，输出端到一定值，输出端Y Y由高电平忽然跳到低电平，有电流经过线圈由高电平忽然跳到低电平，有电流经过线圈A A，电磁继电器任务，接通任务电路，使路灯自动开启；天明后，电磁继电器任务，接通任务电路，使路灯自动开启；天明后，RGRG阻值减小，斯密特触发器输入端阻值减小，斯密特触发器输入端A A电势逐渐降低，降到一定值，电势逐渐降低，降到一定值，输出端输出端 Y Y忽然由低电平跳到高电平，那么线圈忽然由低电平跳到高电平，那么线圈A A不再有较大电流，不再有较大电流，那么电磁继电器自动切断任务电路的电源，路灯熄灭那么电磁继电器自动切断任务电路的电源，路灯熄灭12.12.温度报警器任务原理

22、温度报警器任务原理 常温下，调整常温下，调整R1R1的阻值使斯密特触发器的输入端的阻值使斯密特触发器的输入端A A处于低电处于低电平，那么输出端平，那么输出端Y Y处于高电平，无电流经过蜂鸣器，蜂鸣器不处于高电平，无电流经过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻发声；当温度升高时，热敏电阻RTRT阻值减小，斯密特触发器输阻值减小，斯密特触发器输入端入端A A电势升高，当到达某一值高电平，其输出端由高电电势升高，当到达某一值高电平，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，RlRl的阻值不同，的阻值不同，那么报警温度不同那么报警温度不

23、同 减小减小R1的阻值可使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警的阻值可使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警缘由：缘由：R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端到达高电平，阻值越小，要使斯密特触发器输入端到达高电平，那么热敏电阻阻值要求越小，即温度越高那么热敏电阻阻值要求越小，即温度越高例例4 4：如下图，图：如下图，图( (甲甲) )为热敏电阻的为热敏电阻的R Rt t图象，图为用此热图象，图为用此热敏电阻敏电阻R R和继电器组成的一个简单恒温箱电路，继电器线圈的和继电器组成的一个简单恒温箱电路，继电器线圈的电阻为电阻为150.150.当线圈中的电流大于或等于当线圈中的电流大于或等于20mA20mA

24、时，继电器的时，继电器的衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池电动势衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池电动势E E6V6V，内阻可，内阻可以不计图中以不计图中“电源是恒温箱加热器的电源电源是恒温箱加热器的电源(1)(1)应该把恒应该把恒温箱内的加热器接在温箱内的加热器接在A A、B B端还是端还是C C、D D端？端？(2)(2)假设要使恒温箱假设要使恒温箱内的温度坚持内的温度坚持100100，可变电阻，可变电阻RR的阻值应调理为多少？的阻值应调理为多少？ 解析：由(甲)图线知，热敏电阻R的阻值随温度升高而减小，因此电磁继电器电路中的电流增大，当电流增大到20mA时，衔铁被吸下，触点与A分别而与C接触，此时应该断开加热电路，所以加热器应接在A、B之间 (1)应将加热器接在A、B端 2( )10051.0 00JJEIRRRERRRI由图甲 查出热敏电阻在时，电阻阻值为，依据欧姆定律， ，推得注意原理和工作过程的分析是解方法点拨：题的关键5 5、如下图为一种测定风作用力的仪器原理图，图中、如下图为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P P为金属为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O O是悬挂点，是悬挂点，R0R0是维护电阻，是维护电阻，CDCD是程度放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝一直坚持是程度放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝一直坚