传感器及其工作原理

1、学习目标：学习目标：1.知道什么是传感器知道什么是传感器 2知道什么是光敏电阻、热敏电阻、知道什么是光敏电阻、热敏电阻、 金属热电阻以及霍尔元件金属热电阻以及霍尔元件 3知道传感器的工作原理知道传感器的工作原理 重点难点：重点难点：对传感器工作原理的理解对传感器工作原理的理解 易错问题：易错问题：对传感器电路的动态分析对传感器电路的动态分析 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、飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、 振动测量；振动测量；“阿波罗阿波

2、罗10”飞船对飞船对3295个参数进行检测，其个参数进行检测，其 中：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，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

3、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

4、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、化学成分力、温度、光、声、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、电流电压、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 3 3、传感器的组成、传感器的组成 辅助电源辅助电源 敏感元件敏感元件转换元件转换元件基本转换电路 被测量被测

5、量 电量 敏感元件敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某 一物理量的元件。一物理量的元件。 转换元件转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电 量。量。 基本转换电路基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电 路），便可转换成电量输出。路），便可转换成电量输出。 物理、化学、物理、化学、 生物信息生物信息 光敏传感器光敏传感器 声敏传感器声敏传感器 灯灯 声声 音音 光光 线线 控控 制制 电电 路路 延延 时时 电电 路路 特性

6、：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 会随着光照强度的会随着光照强度的增大增大而电阻值而电阻值减小减小。 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电阻这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。个电学量。 例例1.1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 R R1 1为光敏电阻，为光敏电阻，R R2 2为定值电阻此光电计数器的基为定值电阻此光电计数器

7、的基 本工作原理是（本工作原理是（ ） A A当有光照射当有光照射R R1 1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R R1 1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 A R1 R2 信号 处理 系统 特性：特性：热敏电阻的阻值会随着温度的热敏电阻的阻值会随着温度的升高升高而而_， 具有负温度系数具有负温度系数 减小减小 铂电阻铂电阻 例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电

8、阻三、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三 只元件分别接入如图所示电路中只元件分别接入如图所示电路中A A、B B两点两点 后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧 姆表的示数，下列说法正确的是（姆表的示数，下列说法正确的是（ ） AB A.A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较 大，这只元件一定是热敏电阻大，这只元件一定是热敏电阻 B.B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化， 这只元件一定是定值电阻这只元件一定是定值电阻 C.C.用黑纸包住与不用黑

9、纸包住元件相比，欧姆表示数变用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变 化较大，这只元件一定是光敏电阻化较大，这只元件一定是光敏电阻 D.D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相 同，这只元件一定是定值电阻同，这只元件一定是定值电阻 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3 3传感器是一种采集信号的

10、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，若将电容器、灵敏电流片产生变形，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（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 C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化 D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则

11、压力F F不发生变化不发生变化 BC CD F B E I I U UH H 霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图 d IB kU H qBv b U q H ) 1 ( nq k d IB k nqd IB U H 其中 vbdnqI)( 载流子在洛伦兹力作用下侧移，载流子在洛伦兹力作用下侧移， 两个侧面出现电势差两个侧面出现电势差. .当达到稳定状当达到稳定状 态时态时, ,洛仑兹力与电场力平衡洛仑兹力与电场力平衡 电流的微观表达式电流的微观表达式 下表面下表面 ned IB U 如图所示，如图所示，R1、R2为定值为定值 电阻，电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏为光敏 电阻，当光照射

12、到电阻，当光照射到R3上的光强上的光强 度增大时度增大时() 光敏电阻的特性光敏电阻的特性 如图所示，如图所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为负为负 温度系数的热敏电阻，当温度降低时，温度系数的热敏电阻，当温度降低时， 电阻变大，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时为小灯泡，当温度降低时 AR1两端的电压增大两端的电压增大 B电流表的示数增大电流表的示数增大 C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强 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征 2.如图如图616所示，将万用表的选择所示，将万用表的选择 开关置于开关置于“欧姆欧姆”挡，再将电表的两支表笔挡，再将电表的两支表笔 与负温度系数的热敏电阻与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，的两端相连， 这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往 Rt上擦一些酒精，表针将向上擦一些酒精，表针将向_(填填 “左左”或或“右右”)移动；若用吹风机将热风吹向移动；若用吹风机将热风吹向 电阻，表针将向电阻，表针将向_(填填“左左”或或“右右”) 移动移动 霍尔元件的特性霍尔元件的特性 【答案答案】(1)evB (2)证明见解析证明见解析 A将永磁体的一个磁极逐渐靠将永磁体的一个磁极逐渐靠 近霍尔元件的工作面时，近霍尔