传感器及其工作原理PPT

1、1,第三章 传感器,自动门,引入新课,自动干手机,酒精含量测试仪,雷达测速仪,电子秤,红外耳温计,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、振动测量；“阿波罗10”飞船对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,什么是传感器 ？,干簧管,防盗报警器,报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感知磁场而接通或断开电路。,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，干簧管能起到开关的作用,干簧管的应用,一种防盗门报警电路,干簧管,视觉,嗅觉,听觉,味

2、觉,触觉,光传感器,湿度传感器,气体传感器,声音传感器,味传感器,温度传感器,压力传感器,人获取外界信息,机械自动化设备获取外界信息,1.传感器的定义：,传感器是指这样一类元件： 它能够感知诸如力、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电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。,2.传感器的作用,测量、传输、处理和控制,离子感烟器,明火探测器,温度传感器,光电传感器,湿度传感器,机油压力传感器,超声波传感器,风速传感器,全自动血压机,自动旋转门,1、光敏电阻,制作传感器常用的敏感元件,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

3、增大而电阻值减小。,4、传感器常用的敏感元件,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个电学量。,硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好,例1.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基本工作原理是（ ） 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,BD,2、热敏电阻,热敏电阻 (1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关温度变化，阻值

4、有明显变化 (2)作用：热敏电阻可以将温度的高低这个热学量转化为电阻这个电学量,金属热电阻,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成传感器，称为热电阻 金属电阻随温度的升高而增加 金属热电阻也是将温度的高低这个热学量转换为电阻这个电学量,（1）测定角度,（2）测定液面高度h,（3）测定压力F,（4）测定位移x,3、电容式传感器,电容式位移传感器,电容式位移传感器把力学量（位移）转换为电学量（电容）。,例2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

5、（ ） 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,BC,如图613所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当光照射到R3上的光强度增大时( ),图613,A电压表的示数增大 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大 【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 电路进行动态分析,ABC,1.如图614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Rt的两端相连，这时表针恰好

6、指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向_(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向_(选填“左”或“右”)转动,图614,左,右,如图615所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时( ) AR1两端的电压增大 B电流表的示数增大 C小灯泡的亮度变强 D小灯泡的亮度变弱,图615,C,【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 【解析】 R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，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，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两

7、端电压减小，故C正确，其余各项均错,2.如图616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敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒精，表针将向_(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_(填“左”或“右”)移动,图616,左,右,29,制作传感器常用的敏感元件,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极，就成了一个霍尔元件。,4、霍尔元件,30,霍尔效应,当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面 间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定 的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍 尔

8、电压,31,可以证明，霍尔电压UH：,d薄片的厚度 k霍尔系数,霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转换为电压 这个电学量,载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差.当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡,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,动圈式话筒,电容式话筒,电熨斗,电饭锅,例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B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n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？,下表面,图617,【答案】 (1)evB (2)证明见解析,3.如图618所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情