传感器及其工作原理

1、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：专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体原理：原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，当磁体靠近干簧管时，

2、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传感器湿度传感器气体

3、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：它能够感知诸如它能够感知诸如力、温度、光、声、磁、化学成分力、温度、光、声、磁、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、电压、电流电流等电学量，或转化为等电学量，或转化为电路的通断电路的

4、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、处理和控制特性：特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般强度时，电阻的大小也随着改变。一般会会随着光照强度的增大而电阻值减小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。电阻这个电学量。例例1.1.如下图为光敏电阻自动计数器的示意图，其中如下图为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1R1为光敏电阻

5、，为光敏电阻，R2R2为定值电阻此光电计数器的根为定值电阻此光电计数器的根本工作原理是本工作原理是 A A当有光照射当有光照射R1R1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R1R1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信号处理系统热敏电阻热敏电阻(1)(1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的上下有关温度变化，特点：热敏电阻的阻值大小与温度的上下有关温度变化，阻值有明显变化阻

6、值有明显变化(2)(2)作用：热敏电阻可以将温度的上下这个热学量转化为电阻作用：热敏电阻可以将温度的上下这个热学量转化为电阻这个电学量这个电学量铂电阻铂电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以做有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以做成传感器，称为热电阻成传感器，称为热电阻金属电阻随温度的升高而增加金属电阻随温度的升高而增加金属热电阻也是将温度的上下这个热学量转换为电阻这个电学量金属热电阻也是将温度的上下这个热学量转换为电阻这个电学量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

7、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F固定电极膜片电极例例2 2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，假设将电容器、灵敏电片产生变形，引起电容的变化，假设将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么流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

8、C 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 F发生变化发生变化D 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 F不发生变化不发生变化 BC 如图如图6 61 13 3所示，所示，R R1 1、R R2 2为定值为定值电阻，电阻，L L为小灯泡，为小灯泡，R R3 3为光敏电阻，当为光敏电阻，当光照射到光照射到R R3 3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 A电压表的示数增大电压表的示数增大B BR 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【思路

9、点拨】光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小【思路点拨】光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析电路进行动态分析ABCABC1.1.如图如图6 61 14 4所示，将多用电表的选择开关所示，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与光敏电阻置于电阻挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RtRt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央假设用不透光的黑纸将央假设用不透光的黑纸将RtRt包裹起来，表针将向包裹起来，表针将向_(_(选填

10、选填“左或左或“右右) )转动；假设用手电转动；假设用手电筒光照射筒光照射RtRt，表针将向，表针将向_(_(选填选填“左或左或“右右) )转动转动图图614左左右右 如图如图6 61 15 5所示，所示，R R1 1为定值电阻，为定值电阻，R R2 2为负为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L L为小灯泡，当温度降低时为小灯泡，当温度降低时( ( ) )A AR R1 1两端的电压增大两端的电压增大B B电流表的示数增大电流表的示数增大C C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D 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

11、征图图615C【思路点拨】根据串并联电路的特点及【思路点拨】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闭合电路的欧姆定律进行动态分析【解析】【解析】R R2 2与灯与灯L L并联后与并联后与R R1 1串联，与电串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R R2 2增大，增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L L两端两端电压增大，灯泡亮度变强，电压增大，灯泡亮度变强，R R1 1两端电压减小，两端电压减小，故故C C正确，其余各项均错正确，其余各项均错2.2.如图如图6 61 16 6所示，将万用表的选择开关置

12、于所示，将万用表的选择开关置于“欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻敏电阻RtRt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间假设往中间假设往RtRt上擦一些酒精，表针将向上擦一些酒精，表针将向_(_(填填“左或左或“右右) )移动；假设用吹风机将移动；假设用吹风机将热风吹向电阻，表针将向热风吹向电阻，表针将向_(_(填填“左或左或“右右) )移动移动图图616左左右右CDFBEI 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vbdnq

13、I)( 载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差现电势差. .当到达稳定状态时当到达稳定状态时, ,洛仑兹力与电场力洛仑兹力与电场力平衡平衡电流的微观表达式电流的微观表达式 1、传感器的概念小 结2、传感器的工作原理：3、敏感元件：1光敏电阻 光电传感器2热敏电阻和热电阻 温度传感器3电容式传感器 位移传感器4霍尔元件 磁传感器非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量 例例3 3、如下图，有电流、如下图，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B B的匀强磁场垂

14、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、下外表哪面电势高？电势差是多少？下外表哪面电势高？电势差是多少？ 下外表下外表nedIBU 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3.3.如图如图6 61 18 8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 d表示薄片的厚度，表示薄片的厚度，k 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 d、k k为定值，如为定值，如果保持电流果保持电流I I恒定，那么可以验证恒定，那么可以验证UHUH随随B B的变的变化情况以下说法中正确的选项是化情况以下说法中正确的选项是( () )图图618A A将永磁