传感器及其工作原理

1、传感器及其工作原理酒精含量测试仪酒精含量测试仪雷达测速仪雷达测速仪电子秤电子秤红外耳温计红外耳温计航空航天宇宙飞船航空航天宇宙飞船 飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；动测量；“阿波罗阿波罗10”飞船对飞船对3295个参数进行检测，其中：个参数进行检测，其中： 温度传感器温度传感器559个个 压力传感器压力传感器140个个 信号传感器信号传感器501个个 遥控传感器遥控传感器142个个专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，原理：

2、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相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用 电电 梯梯 选层控制选层控制 电电 话话 折叠式手机的开关折叠式手机的开关 有线电话听筒拿离时的开关控制有线电话听筒拿离时的开关控制 微波炉微波炉 炉门的开关控制炉门的开关控制 冰冰 箱箱 门的开关控制门的开关控制 煤气表煤气表 流量控制流量控制 汽汽 车车 安全气囊的开关控制安全气囊的开关控制 天窗天窗/车窗车窗 开关控制开关控制 安全带的扣妥安全带的扣妥/松拖警示松拖警示一种防盗门报警电路一种防盗门报警电路干簧干簧管管视觉视觉嗅觉嗅觉听觉听觉味觉味觉触觉触觉光传感器光传感器湿度

3、传感器湿度传感器气体传感器气体传感器声音传感器声音传感器味传感器味传感器温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器人获取外界信息人获取外界信息机械自动化设备获取外界信息机械自动化设备获取外界信息1.1.传感器的定义：传感器的定义：转换电路转换电路物理信息物理信息化学信息化学信息生物信息生物信息电信号电信号敏感元件敏感元件传感器传感器传感器是指这样一类元件：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。电压、电流等电学量，

4、或转化为电路的通断。2.2.传感器的作用传感器的作用Text测量、传输、处理和控制测量、传输、处理和控制3 3、传感器的组成、传感器的组成 辅助电源辅助电源敏感元件敏感元件转换元件转换元件基本转换电路被测量被测量电量敏感元件敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。一物理量的元件。转换元件转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。量。基本转换电路基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。路

5、），便可转换成电量输出。物理、化学、物理、化学、生物信息生物信息光敏传感器光敏传感器声敏传感器声敏传感器灯灯声声音音光光线线控控制制电电路路延延时时电电路路特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小特性：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。也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。4 4、传感器常用的敏感元件、传感器常用的敏感元件 光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这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。个电学量。例例1.1.如图所示为光敏电阻自动计数器的

6、示意图，其中如图所示为光敏电阻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为定值电阻此光电计数器的基为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（本工作原理是（ ）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DD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AR1R2信号处理系统特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而特性：热敏电

7、阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数具有负温度系数减小减小铂电阻铂电阻例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三、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只元件分别接入如图所示电路中A A、B B两点两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧后，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（姆表的示数，下列说法正确的是（ ）ABA.A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较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，欧姆表示数不变化，置入热水中与不置入

8、热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻这只元件一定是定值电阻C.C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变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化较大，这只元件一定是光敏电阻D.D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相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同，这只元件一定是定值电阻定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质示意图示意图被测物体被测物体x电容器极板电容器极板电介质板电介质板待测压力

9、F固定电极膜片电极例例3 3传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种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，当待测压力测定压力的电容式传感器，当待测压力F F作用于可动膜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（计和电源串联接成闭合电路，那么（ ）A A当当F 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 B当当F 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 C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化D D若电

10、流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 BCCDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图dIBkUHqBvbUqH)1(nqkdIBknqdIBUH其中vbdnqI)( 载流子在洛伦兹力作用下侧移，载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差两个侧面出现电势差. .当达到稳定状当达到稳定状态时态时, ,洛仑兹力与电场力平衡洛仑兹力与电场力平衡电流的微观表达式电流的微观表达式 例例3 3、如图所示，有电流、如图所示，有电流I I流过长方体金属块，流过长方体金属块，金属块宽度为金属块宽度为d d，高为，高为b b，有一磁感应强度，有一磁感应强度为为

11、B B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为位体积内的自由电子数为n n，试问金属块上、，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？下表面哪面电势高？电势差是多少？ 下表面下表面nedIBU 如图如图613所示，所示，R1、R2为定值电为定值电阻，阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏电阻，当光照为光敏电阻，当光照射到射到R3上的光强度增大时上的光强度增大时()光敏电阻的特性光敏电阻的特性图图613A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【思路点拨】

12、【思路点拨】光敏电阻有随着光照光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析进行动态分析【解析】【解析】当照射光强度增大时，当照射光强度增大时，光敏电阻光敏电阻R3的阻值变小，的阻值变小，R3与与L串联后串联后再与再与R2并联的总电阻值变小、干路中总并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，电流变大，R1两端电压变大，两端电压变大，A正确；正确；R2两端电压减小，通过两端电压减小，通过R2的电流减小，的电流减小，B正确；总电流变大，通过正确；总电流变大，通过R2的

13、减小，的减小，所以通过小灯泡所以通过小灯泡L的电流变大，灯泡变的电流变大，灯泡变亮，功率增大，亮，功率增大，C正确因为干路中电正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，流变大，内电压变大，路端电压变小，D错误故选错误故选ABC.1.如图如图614所示，将多用电表的选择所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将电表的两支表笔分别开关置于电阻挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将Rt包包裹起来，表针将向裹起来，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动；若用手

14、电筒光照射转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动转动图图614解析解析：光敏电阻受光照越强，电阻：光敏电阻受光照越强，电阻越小，电流越大，所以将越小，电流越大，所以将Rt包裹起来电包裹起来电阻增大，指针向左偏，反之向右偏阻增大，指针向左偏，反之向右偏答案答案：左：左右右如图如图615所示，所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，变大，L为小灯泡，当温度降低时为小灯泡，当温度降低时()AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮

15、度变强小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱热敏电阻的特征热敏电阻的特征图图615【思路点拨】【思路点拨】根据串并联电路的特点根据串并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析及闭合电路的欧姆定律进行动态分析【解析】【解析】R2与灯与灯L并联后与并联后与R1串联，与串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电两端电压减小，故压减小，故C正确，其余各项均错正确，其余各项均错2.如图如图616所示，

16、将万用表的选择开所示，将万用表的选择开关置于关置于“欧姆欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一上擦一些酒精，表针将向些酒精，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动移动图图616解析解析：若往：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增温度降低，电阻值增大，

17、所以电流减小，指针应向左偏；用吹风大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏值减小，电流增大，指针向右偏答案答案：左：左右右霍尔元件的特性霍尔元件的特性图图617【答案】【答案】(1)evB(2)证明见解析证明见解析3.如图如图618所示是霍尔元件的工作原所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用理示意图，如果用d表示薄片的厚度，表示薄片的厚度，k为霍为霍尔系数，对于一个霍尔元件尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如为定值，如果保持电流果保持电流I恒定，则可以验证恒定，则可以验证UH随随B的变化的变化情况以下说法中正确的是情况以下说法中正确的是()图图618A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，尔元件的工作面时，UH将变大将变大B