《传感器及其工作原理》课件

《传感器及其工作原理》远在太空的宇宙飞船的动向都是由地面控制完成的，那么是什么东西让宇宙飞船“任人摆布”？又是什么东西让我们对杨利伟的生命特征“了如指掌”？2003年9月，全球现场直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘进程，一个小机器人通过了埃及最大的金字塔内一条狭窄的通道，试图揭开4600年前的秘密。图坦卡蒙的咒语:“不论是谁骚扰了法老的安宁，死神之翼将会降临在它的头上。”高二物理选修3-2第六章传感器6.1传感器及其工作原理我们身边的传感器一.什么是传感器演示实验：干簧管由两个软磁性簧片组成原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通电路，干簧管能起到开关的作用。干簧管是一种能感知磁场的传感器，它利用磁场来控制电路的通断。一.什么是传感器1、概念：2、工作原理：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。3、意义：

便于测量、传输、处理和控制。一.什么是传感器如：小轿车里的传感器转换电路电信号敏感元件非电信号二.传感器的工作原理

温度

位移

速度

压力

磁场光照电流电阻电压电容转换元件特性：对光敏感。当改变光照强度时，它的阻值也会随着改变。一般它的阻值会随着光照强度的增大而减小。1.光敏电阻三.敏感元件材料：硫化镉（半导体材料）工作原理：硫化镉这种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好，电阻较大；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好，电阻变小。光照强弱电阻三.敏感元件光敏电阻光电传感器如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的工作原理是（）A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次例1答案：AC光电传感器的简单应用①热敏电阻特性：它对温度敏感，它的阻值会随着温度的升高而变小。2.热敏电阻和金属热电阻②金属热电阻铂电阻特性：它对温度敏感，金属的阻值会随着温度的升高而增大。三.敏感元件材料：氧化锰是一种半导体材料材料：金属①热敏电阻工作原理：②金属热电阻铂电阻三.敏感元件半导体材料的电阻率随温度的升高而变小。温度电阻金属材料的电阻率随温度的升高而变大。热敏电阻和金属热电阻温度传感器

答案：BC(多选)图示是观察阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,下列关于欧姆表示数的变化情况正确的是(

)

A.如果R为金属热电阻，示数变大，且变化非常明显B.如果R为金属热电阻，示数变大，但变化不明显C.如果R为热敏电阻，示数变小，且变化非常明显D.如果R为热敏电阻，示数变小，且变化不明显例2温度传感器的简单应用

如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(

)A．I变大，U变大B．I变小，U变小C．I变小，U变大D．I变大，U变小例3答案：B报警器热敏电阻温度传感器的简单应用（1）测定角度θ

（2）测定液面高度h

（3）测定压力F

（4）测定位移x

三.敏感元件3.电容器位移电容

电容器电容式传感器高度压力角度

工作原理：结构：彼此绝缘靠得很近的两块极板组成电容式传感器的原理

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F作用于可动膜片时，膜片会变形从而引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（）A．当F向上压膜片电极时，电容将减小B．当F向上压膜片电极时，电容将增大C．若电流计有示数，则压力F发生变化D．若电流计有示数，则压力F不发生变化例4答案：BC电容式传感器的简单应用三.敏感元件结构材料：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就成为一个霍尔元件。4.霍尔元件

特性：它对磁场敏感，敏感的结果可以使M、N之间出现电势差。工作原理：霍尔效应霍尔电压UH：三.敏感元件磁感应强度电压稳定时有：eE场＝

＝evB，又知导体中电流：I＝nevS＝nev·hd，联立得：U＝d——薄片的厚度k——霍尔系数霍尔元件磁传感器令磁传感器的简单应用航空航天宇宙飞船

飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动等非电学量的检测都需要传感器来完成；资料显示：“阿波罗10”(1969年)飞船要对3295个参数进行检测，其中：

温度传感器559个压力传感器140个

信号传感器501个遥控传感器142个专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体1.我国在2018年全面建立“河长制”保护水资源。图示为非触摸式自动水龙头,人体进入感应范围水即出,人体离开感应范围水即停,节水效果显著,可达40%。其应用的传感器是(

)。A.压力传感器B.光电传感器C.电容传感器D.温度传感器四.课堂练习答案：B四.课堂练习答案：BCD1、传感器的概念2、传感器的原理：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、力、角度、深度传感器）（4）霍尔元件（磁传感器）五.课堂小结想想“我的一天”会遇见哪些传感器呢？家里：电视机、空调等的遥控器、全自动洗衣机、电饭煲、电子称、冰箱等等；外出：额温枪、感应水龙头、自动干手机、自动感应门、酒精浓度测试仪等等。

请同学们课后通过查询资料或者向身边的内行人请教，了解我们生活中都在哪些方面使用了哪些传感器以及它们的工作原理，写成文字稿，下节课进行交流。六.课后延伸探究传感器情境探究干簧管结构:如图甲所示,它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。将干簧管接入图乙电路,当磁铁靠近干簧管时:会发生什么现象,为什么?干簧管的作用是什么?要点提示

灯泡会亮,因为当磁铁靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通;干簧管起到开关的作用,是一种能够感知磁场的传感器。知识归纳1.传感器的工作流程

2.传感器的组成(1)敏感元件相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的,与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。(3)转换电路是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等。实例引导例题全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理,某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图乙所示,其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端,R'是定值电阻,R'≫R。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的

两点之间,请按照你的接法回答:当油箱中油量减少时,电压表的示数将

(选填“增大”或“减小”)。

解析

由题图可知当油箱内液面高度变化时,R的金属滑片将会移动,从而引起R两端电压的变化,且当R'≫R时,UR=IR可视为UR与R成正比,所以电压表应接在b、c两点之间,当油量减少时,电压表示数将增大。答案

b、c

增大变式训练

压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图乙所示,下列判断正确的是(

)A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动B.从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运