教案 传感器及其工作原理

1、学习目标：学习目标：1.知道什么是传感器及传感技术在信息时代的应用知道什么是传感器及传感技术在信息时代的应用2.学习光敏电阻、热敏电阻、学习光敏电阻、热敏电阻、 霍尔元件了解其性能，霍尔元件了解其性能，工作原理。工作原理。3.知道非电学量转换成电学量的技术知道非电学量转换成电学量的技术 意义意义4.了解传感器的一般模式了解传感器的一般模式5.了解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用了解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用6.了解光敏电阻在火灾报警器中的应用了解光敏电阻在火灾报警器中的应用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

2、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：温度传感器中：温度传感器559个、压力传感器个、压力传感器140个、信号传感器个、信号传感器501个、遥控传感器个、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

3、 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/松拖警示松拖警示干簧管干簧管防盗门报警电路防盗门报警电路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

4、人获取外界信息机械自动化设备机械自动化设备获取外界信息获取外界信息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

5、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是直接感受被测量，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将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、生物信息生物信息离子感烟器离子感烟器温度传感器温度传感器自动旋转门自动旋转

6、门明火探测器明火探测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走廊声控灯的工作原理走廊声控灯的工作原理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声声音音光光线线特性：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

7、光学量转换为电阻这个电学量。个电学量。 硫化镉是一硫化镉是一种半导体材料，种半导体材料，无光照射时，载无光照射时，载流子极少，导电流子极少，导电性能不好；随着性能不好；随着光照的增强，载光照的增强，载流子也增多，导流子也增多，导电性变好电性变好特性：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电容式位移传感器电容式位移传感器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

8、板电介质板在一个很小的矩形半导体（例在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作如砷化铟）薄片上，制作4个个电极，就成了一个霍尔元件。电极，就成了一个霍尔元件。CDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图dIBkUHqBvbUqH)1(nqkdIBknqdIBUH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 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

9、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

10、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AR1R2信号处理系统例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三、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（ ）ABA.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

11、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，则压力F F不发生变化不发生变化 BC 例例4 4、如图所示，有电流、如图所示，有电流I I