传感器及其工作原理ppt课件

1、第六章第六章 传感器传感器列举生活中的一些自动控制实例列举生活中的一些自动控制实例 遥控器控制电视开关遥控器控制电视开关 日光控制路灯的开关日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关等声音强弱控制走廊照明灯开关等 自动门等自动门等 安检门安检门 6.1 6.1 传感器及其任务原理传感器及其任务原理一、什么是传感器一、什么是传感器1 1什么是传感器？什么是传感器？磁感应强度的变化磁感应强度的变化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 电路的通断电路的通断 干簧管是可以感受非电学量并将它按照一定的规干簧管是可以感受非电学量并将它按照一定的规律转化成电学量的一类元件或组件。律转化成电学量的一类元件或

2、组件。 传感器是指这样一类元件：它可以感知诸如力、温度、传感器是指这样一类元件：它可以感知诸如力、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。律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。1传感器的定义：传感器的定义：2 2传感器的作用是什么？传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电学传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地丈量、量或电路的通断，从而实现很方便地丈量、传输、处置和控制。传输、处置和控制。 非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 角

3、度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照 传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电路转换电路3 3传感器的任务原理传感器的任务原理 二、常见制造传感器的元件二、常见制造传感器的元件 1 1、干簧管：是一种可以感知磁场的传感器、干簧管：是一种可以感知磁场的传感器资料：资料：原理：原理：作用：作用： 根据演示实验并结合教材根据演示实验并结合教材P57P57的内容，思索问题：的内容，思索问题：1 1光敏电阻的电阻率与什么有关？光敏电阻的电阻率与什么有关？2 2光敏电阻遭到光照时会发生什么变化？怎样解光敏电阻遭到光照时会发生什么变化？怎样

4、解释？释？3 3光敏电阻可以将什么量转化为什么量？光敏电阻可以将什么量转化为什么量？4 4如以下图所示，随着光照强度的添加，多用表如以下图所示，随着光照强度的添加，多用表的指针将如何偏转？的指针将如何偏转？2、光敏电阻、光敏电阻演示实验：将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着光照不同，表有何变化？1光敏电阻的电阻率与光照强度有关。光敏电阻的电阻率与光照强度有关。2光敏电阻遭到光照时电阻会变小。硫化光敏电阻遭到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体资料，无光照时，载流子镉是一种半导体资料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照加强，载极少，导电性能不好；随着光照加强，载流子增多，导电性能变好。

5、流子增多，导电性能变好。3光敏电阻可以将光学量转化为电阻这个光敏电阻可以将光学量转化为电阻这个电学量。电学量。4随着光照强度的添加，多用表的指针偏随着光照强度的添加，多用表的指针偏角逐渐变大。角逐渐变大。光敏电阻任务原理：三热敏电阻和金属热电阻三热敏电阻和金属热电阻根据演示实验并结合教材根据演示实验并结合教材5858页有关内容，思索问题：页有关内容，思索问题：1 1金属导体与半导体资料的导电性能与温度的变化金属导体与半导体资料的导电性能与温度的变化关系能否一样？关系能否一样？2 2热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺陷？热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺陷？ 3 3热敏电阻和金属热电阻可以将什么量转

6、化为什么热敏电阻和金属热电阻可以将什么量转化为什么量？量？4 4随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化？随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化？演示实验：将热敏电阻和多用表的欧姆档相连，把热敏电阻放到剩水的杯中，向杯里倒入热水，1 1金属导体与半导体资料的导电性能与温度的变化金属导体与半导体资料的导电性能与温度的变化 关系不一样。关系不一样。 金属导体的导电性能随温度升高而降低金属导体的导电性能随温度升高而降低 半导体资料的导电性能随温度升高而变好半导体资料的导电性能随温度升高而变好2 2热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差， 丈量范围较小；金属热电阻的化学稳

7、定性丈量范围较小；金属热电阻的化学稳定性 较好，丈量范围较大，但灵敏度较差。较好，丈量范围较大，但灵敏度较差。3 3热敏电阻和金属热电阻可以将温度这个热学量转热敏电阻和金属热电阻可以将温度这个热学量转 化电阻量这个电学量。化电阻量这个电学量。4 4随着水温升高，多用表的指针偏角逐渐变大随着水温升高，多用表的指针偏角逐渐变大热敏电阻和金属热电阻的温度曲线。热敏电阻和金属热电阻的温度曲线。 电容式传感器可以把位移这个力学量转化为电容这个电学量。 插入电介质，电容增大插入电介质，电容增大四霍尔元件四霍尔元件 一个确定的霍尔元件一个确定的霍尔元件的的d d、k k、为定值，再保、为定值，再保持持I I

8、不变，那么不变，那么UHUH的变化的变化就与就与B B成正比。这样，霍成正比。这样，霍尔元件可以把磁感应强尔元件可以把磁感应强度这个磁学量转化为电度这个磁学量转化为电压这个电学量。压这个电学量。推导霍尔电压的公式推导霍尔电压的公式 设载流子的电荷量为设载流子的电荷量为q q，沿电流方向定向运动的平均速率为，沿电流方向定向运动的平均速率为v v，单位体积内自在挪动的载流子数为单位体积内自在挪动的载流子数为n n，垂直电流方导游体板的横向，垂直电流方导游体板的横向宽度为宽度为a a，那么电流的微观表达式为，那么电流的微观表达式为 载流子在磁场中遭到的洛伦兹力载流子在磁场中遭到的洛伦兹力载流子在洛伦

9、兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差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遭到的电场力为载流子遭到的电场力为当到达稳定形状时，洛伦兹力与电场力平衡，即当到达稳定形状时，洛伦兹力与电场力平衡，即 由由式得式得 式中的式中的nqnq与导体的资料有关，对于确定的导体，与导体的资料有关，对于确定的导体，nqnq是常数。是常数。 令令 那么上式可写为那么上式可写为 In q a d vHUFqafq v BqvB HUqaHIBUnqd1knqHIBUkd小小 结结1 1制造传感器需求的敏感元件有光敏电制造传感器需求的敏感元件有光敏电 阻、阻、 热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。热敏电阻与金

10、属热电阻、霍尔元件等。2 2光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。 光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。3 3热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；金热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；金 属热电阻的阻值随温度的升高而增大。热属热电阻的阻值随温度的升高而增大。热 敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转 化为电阻这个电学量。化为电阻这个电学量。4 4霍尔元件的霍尔电压公式为：霍尔元件的霍尔电压公式为： 霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为 电压这个电学量。电压

11、这个电学量。5 5电容式传感器可以把位移这个力学量转化电容式传感器可以把位移这个力学量转化 为电容这个电学量为电容这个电学量 HIBUnqd例例1 1、如下图为光敏电阻自动计数器的表示图，其、如下图为光敏电阻自动计数器的表示图，其中中R1R1为光敏电阻，为光敏电阻，R2R2为定值电阻此光电计数为定值电阻此光电计数器的根本任务原理是器的根本任务原理是 A A当有光照射当有光照射 R1R1时，信号处置系统获得高电压时，信号处置系统获得高电压B B当有光照射当有光照射R1R1时，信号处置系统获得低电压时，信号处置系统获得低电压C C信号处置系统每获得一次低电压就记数一次信号处置系统每获得一次低电压就

12、记数一次D D信号处置系统每获得一次高电压就记数一次信号处置系统每获得一次高电压就记数一次ACAC例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将、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下图电路中的这三只元件分别接入如下图电路中的A A、B B两点后，两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，察看欧姆用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，察看欧姆表的示数，以下说法中正确的选项是表的示数，以下说法中正确的选项是 A A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化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较大，这只元件一定是热敏电阻B B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变 化，这只