物理：6.1《传感器及其工作原理》

1、.,第六章传感器,第一节传感器及其工作原理,.,演示实验1,.,一 、传感器简介,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电容等_;或转换为电路的通断。,1、什么是传感器,非电学量,电学量,.,传感器：非电学量传感器电学量,.,传感器的工作原理,.,光敏电阻实物图,1、光敏电阻,二、制作传感器的常用元器件,点击放大,.,.,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。一般随着光照强度的增大电阻值_。,（2）材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉,减小,（3）半导体的导电原理：半导体靠其中的_（自由电

2、子和空穴）来导电,载流子,光敏电阻能够把光照强弱这个_转换为 这个电学量,光学量,（1）特性：,电阻,.,演示实验4,金属导体的导电性能与光照有关吗？,温度有关吗？关系如何？,.,2、金属热电阻,（2）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有正温度系数,（1）材料：金属热电阻是用金属做成的,金属热电阻R-T关系示意图,增大,.,3、热敏电阻,热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数,热敏电阻R-T关系示意图,（1）材料：半导体,减小,（2）特性：,热敏电阻和金属热电阻能够把 _这个热学量转换成为 这个电学量,温度,电阻,.,4、电容式位移传感器,电容式位移传感器能够把物体_这

3、个力学量转换为_这个电学量,位移,电容,.,3、电容式传感器,（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：,定片,动片,.,5、霍尔元件,（1）材料：半导体 如：砷化铟,（2）工作原理图,（3）霍尔电压:,d薄片厚度 K霍尔系数其大小与元件的材料有关。,霍尔元件能够把_这个磁学量转换为_这个电学量,磁感应强度,电压,.,推导霍尔电压的公式,设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为 载流子在磁场中受到的洛伦兹力 载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差

4、 载流子受到的电场力为 当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 由式得 式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。 令 则上式可写为 ,.,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,转换电路,电学量,非电学量 电学量，或转换为电路的通断。,.,第六章传感器,第二节传感器的应用,.,传感器应用的一般模式,.,一、力传感器的应用电子秤,.,1.电子秤使用的测力装置是什么? 它是由什么元件组成的?,

5、2.简述力传感器的工作原理.,装置:力传感器 元件:金属梁和应变片,一、力传感器的应用电子秤,.,金属梁,两个应变片的形变引起电阻变化 致使两个应变片的电压差变化,.,1.电子秤使用的测力装置是什么? 它是由什么元件组成的?,3.应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？,2.简述力传感器的工作原理.,装置:力传感器 组成:金属梁和应变片,一、力传感器的应用电子秤,两个应变片的形变引起电阻变化 致使两个应变片的电压差变化,.,二、温度传感器的应用:电熨斗,.,1.双金属片温度传感器,思考：双金属片温度传感器的作用是什么？,作用：控制电路的通断。,二、温度传感器的应用:电熨斗,.,原理:热胀冷缩

6、常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。,(1)双金属片温度传感器,二、温度传感器的应用:电熨斗,.,电烫斗的构造：,(2)双金属片温度传感器在电熨斗中的应用,.,思考与讨论： 常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？,答：常温下，上、下触 点应是接触的，但温度过高时， 由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用,(2)双金属片温度传感器在电熨斗中的应用,二、

7、温度传感器的应用:电熨斗,.,思考与讨论： 熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？,答：熨烫棉麻衣物和熨 烫丝绸衣物需要设定不同的 温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的,(2)双金属片温度传感器在电熨斗中的应用,二、温度传感器的应用:电熨斗,.,问题: 电饭锅烧饭饭熟后会自动断开? 电饭锅烧水水开后能自动断开?,回顾在家煮饭的过程?,三、温度传感器的应用 电饭锅,.,阅读教材第59页第1段，回答问题: (1)电饭锅中使用的温度传感器的主要元件是什么？ (2)感温铁氧体的组成物质是什

8、么？ (3)感温铁氧体有何特点？ (4)什么是“居里点”？,答:(1)感温铁氧体.,(2)氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.,(3)常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引。温度达到约103时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。,(4)使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度.,三、温度传感器的应用 电饭锅,.,构造,.,工作原理:,(1)开始煮饭时为什么要压下 开关按钮?手松开后这个按 钮是否会恢复到图示的状态? 为什么? (2)煮饭时水沸腾后锅内是否 会大致保持一定的温度?为什么? (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变 化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作? (4)如果用电饭锅烧水，

9、能否在水沸腾后自动断电?,答:(1)开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。,电饭锅,.,(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?,答:(2)水沸腾后,由于锅内保持1000C不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热.故锅内大致保持1000C不变.,工作原理:,电饭锅,.,(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？,答:(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点1030C”时,感温磁体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,切断电源,从而停止加热,工作原理:,

10、电饭锅,.,(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电?,答:(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后,锅内保持1000C不变,温度低于“居里点1030C” ,电饭锅不能自动断电.只有水烧干后,温度升高到1030C才能自动断电.,工作原理:,电饭锅,.,叙述电饭锅的工作过程?,开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持1000C不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点1030C”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热,.,四、光传感器的应用 、烟雾散射式火灾报警器,阅读教材第61页，思考并回答问题:,(1)烟雾散射火灾报警器的组成?,(2)烟雾散射火灾 报警器的工作原 理?,.,四、光传感器的应用 烟雾散射式火灾报警器,光电三极管是烟雾火