传感器及其工作原理实用教案

1、第1页/共47页第一页，共48页。酒精含量测试仪雷达测速仪电子秤电子秤红外耳温计第2页/共47页第二页，共48页。航空航天宇宙飞船(yzhu fichun) 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(fi chun)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(zhngg)宇宙飞船就是高性能传感器的集合体第3页/共47页第三页，共48页。第4页/共47页第四页，共48页。原理：当磁体靠近干簧管时，两个(lin )簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用第5页/共47页

2、第五页，共48页。 电 梯 选层控制 电 话 折叠式手机的开关 有线电话听筒拿离时的开关控制 微波炉 炉门的开关控制 冰 箱 门的开关控制 煤气表 流量控制 汽 车 安全气囊的开关控制 天窗/车窗 开关控制 安全带的扣妥/松拖警示第6页/共47页第六页，共48页。一种(y zhn)防盗门报警电路干簧管第7页/共47页第七页，共48页。视觉视觉(shju)嗅觉嗅觉(xiju)听觉听觉(tngju)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机械自动化设备获取外界信息第8页/共47

3、页第八页，共48页。1.1.传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)：转换电路物理信息化学信息生物信息电信号敏感元件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：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们电学量，并把它们(t men)按照一定的规律转化成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。电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。第9页/共47页第九页，共48页。2.2.传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)Text测量(cling)、传输、处理和控制第10页/共47页第十页，共4

4、8页。3 3、传感器的组成、传感器的组成(z (z chn) chn) 辅助(fzh)电源敏感元件转换(zhunhun)元件基本转换电路被测量电量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一物理量的元件。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量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。物理、化学、生物信息第11页/共47页第十一页，共48页。第12页/共47页第十二页，共48页。第13页/共47页第十三页，共48页。第14页/共47页第十四页，共48页。光敏传感器声敏传感器灯声音光线控制电路延时电路第15页/共47页第十五页，

5、共48页。特性：光敏电阻(un mn din z)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增大而电阻值减小。4 4、传感器常用、传感器常用(chn (chn yn)yn)的敏感元件的敏感元件 第16页/共47页第十六页，共48页。光敏电阻(un mn (un mn din z)din z)的工作原理 光敏电阻能够把光照强弱这个(zh ge)光学量转换为电阻这个(zh ge)电学量。第17页/共47页第十七页，共48页。例例1.1.如图所示为光敏电阻如图所示为光敏电阻(un mn din z)(un mn din z)自动计自动计数器的示意图，其中数器的示意图，其中

6、R1R1为光敏电阻为光敏电阻(un mn din (un mn din z)z)，R2R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（ ）A A当有光照射当有光照射R1R1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R1R1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AR1R2信号处理系统第18页/共47页第十八页，共48页。特性：热敏电阻(r mn din

7、z)的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数减小第19页/共47页第十九页，共48页。铂电阻第20页/共47页第二十页，共48页。第21页/共47页第二十一页，共48页。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，下列说法姆表的示数，下列说法(shuf)(shuf)正确的正确的是（是（ ）ABA.A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，

8、这只元件这只元件(yunjin)(yunjin)一定是热敏电阻一定是热敏电阻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，这只元件这只元件(yunjin)(yunjin)一定是定值电阻一定是定值电阻C.C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件用黑纸包住与不用黑纸包住元件(yunjin)(yunjin)相比，欧相比，欧姆表示数变化较大，这只元件姆表示数变化较大，这只元件(yunjin)(yunjin)一定是光敏电一定是光敏电阻阻D.D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件用黑纸包住与不用黑纸包住元件(yunjin)(yunjin)相比，欧相比，欧姆表示数

9、相同，这只元件姆表示数相同，这只元件(yunjin)(yunjin)一定是定值电阻一定是定值电阻第22页/共47页第二十二页，共48页。定片动片电介质金属芯线导电液体待测压力F固定电极可动电极x极板极板电介质第23页/共47页第二十三页，共48页。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第24页/共47页第二十四页，共48页。待测压力F固定电极膜片电极例例3 3传感器是一种传感器是一种(y zhn(y zhn) )采集信号的重要器件，采集信号的重要器件，如图是一种如图是一种(y zhn(y zhn) )测定压力的电容式传感器，当测定压力的电容式传感器，当待测压力待测压力F

10、F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，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，那么若将电容器、灵敏电流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第25页/共47页第二十五页，共48页。CDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图第26页/

11、共47页第二十六页，共48页。第27页/共47页第二十七页，共48页。dIBkUHqBvbUqH)1(nqkdIBknqdIBUH其中vbdnqI)( 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 第28页/共47页第二十八页，共48页。 例例3 3、如图所示，有电流、如图所示，有电流I I流过长方体金属块，金属块宽度流过长方体金属块，金属块宽度(kund)(kund)为为d d，高为，高为b b，有一磁感应强度为有一磁感应强度为B 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的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内

12、的自由电子数为数为n n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？ 下表面下表面(biomin)nedIBU 第29页/共47页第二十九页，共48页。如图如图613所示，所示，R1、R2为定值为定值电阻，电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏电阻为光敏电阻(un mn din z)，当光照射到，当光照射到R3上上的光强度增大时的光强度增大时()光敏电阻的特性光敏电阻的特性图图613A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡小灯泡(dngpo)的功率增大的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大【思路点拨】光敏

13、电阻有随着光照强【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、分流原理对电路进姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析行动态分析第30页/共47页第三十页，共48页。【解析】当照射光强度【解析】当照射光强度(qingd)(qingd)增大时，光敏电阻增大时，光敏电阻R3R3的阻的阻值变小，值变小，R3R3与与L L串联后再与串联后再与R2R2并联的总并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，电阻值变小、干路中总电流变大，R1R1两端电压变大，两端电压变大，A A正确；正确；R2R2两端电压减两端电压减小，通

14、过小，通过R2R2的电流减小，的电流减小，B B正确；总电正确；总电流变大，通过流变大，通过R2R2的减小，所以通过小的减小，所以通过小灯泡灯泡L L的电流变大，灯泡变亮，功率增的电流变大，灯泡变亮，功率增大，大，C C正确因为干路中电流变大，内正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，电压变大，路端电压变小，D D错误故错误故选选ABC.ABC.第31页/共47页第三十一页，共48页。1.如图如图614所示，将多用电表的选所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将电表的两支表笔择开关置于电阻挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻分别与光敏电阻Rt的两端的两端(lin dun)相相连，这

15、时表针恰好指在刻度盘的中央若连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向包裹起来，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动；若用手转动；若用手电筒光照射电筒光照射Rt，表针将向，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动转动图图614第32页/共47页第三十二页，共48页。解析：光敏电阻受光照越强，电解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，电流越大，所以将阻越小，电流越大，所以将RtRt包裹起包裹起来电阻增大来电阻增大(zn d)(zn d)，指针向左偏，指针向左偏，反之向右偏反之向右偏答案：左右答案：左右第33页/共47页第三十三页，共48页

16、。如图如图615所示，所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，时，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(zn d)B电流表的示数增大电流表的示数增大(zn d)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图图615第34页/共47页第三十四页，共48页。【思路点拨】根据串并联电路的特点【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及闭合电路的欧姆定律进行动态分析【解析】【解析】R2R2与灯

17、与灯L L并联后与并联后与R1R1串联，与串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2R2增增大大(zn d)(zn d)，外电路电阻增大，外电路电阻增大(zn d)(zn d)，电流表读数减小，灯电流表读数减小，灯L L两端电压增大两端电压增大(zn (zn d)d)，灯泡亮度变强，灯泡亮度变强，R1R1两端电压减小，故两端电压减小，故C C正确，其余各项均错正确，其余各项均错第35页/共47页第三十五页，共48页。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

18、系数的热敏电阻与负温度系数的热敏电阻Rt的两端的两端(lin dun)相连，这时表针恰好指在刻度盘的相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往正中间若往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；若用吹风移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向机将热风吹向电阻，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动移动图图616第36页/共47页第三十六页，共48页。解析：若往解析：若往RtRt上擦一些酒精，由于酒精上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻蒸发吸热，热敏电阻RtRt温度温度(wnd)(wnd)降低，电降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用阻值

19、增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻吹风机将热风吹向电阻，电阻RtRt温度温度(wnd)(wnd)升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏答案：左右答案：左右第37页/共47页第三十七页，共48页。霍尔元件的特性霍尔元件的特性第38页/共47页第三十八页，共48页。图图617第39页/共47页第三十九页，共48页。第40页/共47页第四十页，共48页。【答案】【答案】(1)evB(1)evB(2)(2)证明证明(zhngmng)(zhngmng)见解析见解析第41页/共47页第四十一页，共48页。3.如图如图618所示是霍尔元件所示是霍尔元件(yunjin)的工作原理示意图，如果用的工作原理示意图，如果用d表表示薄片的厚度，示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个为霍尔系数，对于一个霍尔元件霍尔元件(yunjin)d、k为定值，如果保为定值，如果保持电流持电流I恒定，则可以验证恒定，则可以验证UH随随B的变化的变化情况以下说法中正确的是情况以下说法中正确的是()图图618第42页/共47页第四十二页，共48页。A将永磁体的一个将永磁体的一个(y )磁极逐磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，渐靠近霍尔元件的工作面时，