《常见传感器的工作原理及应用》课件

第五章传感器5.2常见传感器的工作原理及应用目录CONTENTS1

学习目标2

新课导入3

新课讲解4

拓展与延伸5

课堂小结6

当堂小练1.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性.2.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器.

学习目标

我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？问题：？新课导入

比如说：光强、温度、力、位移、速度、磁场等那么什么是非电学量呢？什么又是电学量呢？

比如说：电阻、电流、电压。1、什么是光敏电阻：随着光照强度的变化，电阻率在发生相应变化的物质。一、光敏电阻—光学传感器把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，就形成一个简单的光敏电阻。光敏电阻新课讲解1．实验原理光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。2．实验器材光敏电阻、多用电表、导线、电源。2、实验一、观察光敏电阻特性3．实验步骤（1)将光敏电阻、多用电表、按图甲的方式连接好，其中多用电表置于“×100”挡；（2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；（3)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。（4）用强光照射（如太阳光直接照射或拿亮度较大的手电筒、小灯泡等）观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性。5．实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的变化阻值不断减小，强光照射下电阻值很小；(2)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。环境1234567阻值（）

硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。思考：为什么光敏电阻的阻值会随光强的变化而变化呢？

其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能3、光敏电阻在生产中的应用—光电计数器光电计数的基本原理

金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。二、金属热电阻和热敏电阻—温度传感器4、金属热电阻与热敏电阻的区别电阻随温度的变化关系4、金属热电阻与热敏电阻的区别电阻随温度的变化关系热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。方案1：（简易实验）将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。5、实验二、观察热敏电阻特性实验结果：随着温度的变化，热敏电阻的阻值在减小。方案21．实验原理热敏电阻的电阻率会随着温度的升高而变化，2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。5、实验二、观察热敏电阻特性3．实验步骤(1)按实验原理图甲连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；当烧杯中水温发生变化时，热敏电阻的阻值将发生相应变化。(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；5、实验二、观察热敏电阻特性甲(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。4．数据处理在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。5、实验二、观察热敏电阻特性5．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。6．注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。5、实验二、观察热敏电阻特性

一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮（图甲）。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮（图乙）。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。6、热敏电阻的应用液位报警示意图

电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。三、电阻应变片—力传感器7、电阻应变片的工作原理电阻应变片电阻应变片的功能：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。8、力传感器的应用及工作原理

弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。应变片测力原理应变式传感器汽车称重的地磅四、电容式传感器9、电容式传感器定义及特点

1、定义：电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。电容器是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时,电极上就会存储电荷,所以电容器是储能元件。2.特点：结构简单;动作时需要能量低,由于带电极板间静电吸引力很小因此电容传感器特别适宜用来解决输入能量低的测量问题。10、电容式传感器的工作原理

电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间的距离d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器。11、电容式传感器的应用及优缺点应用：面积型可用来测量位移（较大位移），极距型传感器可用来测量微小位移，介质型传感器可用来鉴别材质。优点：电容位移传感器能实现无接触测量。它采用合适的检测电路，做到灵敏度高、分辨力强、能分辨微小的位移。还有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强和使用操作方便。缺点：电容位移传感器的量程比较小，一般只有几十个毫米，容易受外界干扰和分布参数的影响电容传感器五、拓展学习12、霍尔元件霍尔元件的应用及原理1—测量磁场的大小霍尔效应霍尔原件的工作原理

半导体的霍尔效应要强于导体。在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件（右图下）。在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N间可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系，因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。霍尔元件的应用及原理2—测量微小位移利用霍尔元件测量微小位移

在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压UH为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着±z方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量。1.什么是光敏电阻；2.实