传感器的应用1实用教案

1、2、话筒、话筒(hutng)声声电磁感应电磁感应(dinc-gnyng) 电流电流动圈式话筒构造原理图，它是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定的振幅和频率由声波决定(judng)，这个信号电流经扩，这个信号电流经扩音器放大

2、后传给扬声器，从扬音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音声器中就发出放大的声音 第1页/共27页第一页，共28页。电容式话筒电容式话筒(hutng)：声声电容变化电容变化(binhu)电流、电流、电压电压第2页/共27页第二页，共28页。3、实验、实验(shyn)：传感器传感器温度温度(wnd)控制电路控制电路通断通断第3页/共27页第三页，共28页。原因原因(yunyn)：双金：双金属片属片铜的膨胀系数铜的膨胀系数(png zhng xsh)大于铁大于铁第4页/共27页第四页，共28页。4.电慰斗电慰斗双金属片温度传感器的作用双金属片温度传感器的作用(zuyng):(zuyng):

3、控制电路的通断控制电路的通断. .P63P63思考思考(sko)(sko)与讨论与讨论第5页/共27页第五页，共28页。5、火灾、火灾(huzi)报警器报警器光光电流电流(dinli)变化变化控制电路通断控制电路通断非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量控制电路通断控制电路通断第6页/共27页第六页，共28页。一、传感器一、传感器（1 1）什么是传感器？）什么是传感器？ 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、化学成分等非电学量，并把它们按照一定电学量，并把它们按照一定(ydng)(ydng)的规律转化成电压

4、、电流等电学量，或转化的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。为电路的通断。（2 2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。量、传输、处理和控制。第7页/共27页第七页，共28页。 非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 角度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照 传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容第8页/共27页第八页，共28页。1.X敏电阻敏电阻（1）光敏电阻：用半导体材料制成，电阻

5、值随光照）光敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随光照增强而减小，能够把光照强弱这个光学增强而减小，能够把光照强弱这个光学(gungxu)量量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。到光线的强弱。二、常见二、常见(chn jin)的传感器元件：的传感器元件：（2）热敏电阻：用半导体材料(cilio)制成，电阻随温度升高而减小，温度特性曲线如图.其它如：磁敏电阻、声敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻等。第9页/共27页第九页，共28页。3.电容式位移传感器：能够把物体的位移这个力学量转换(zhunhun)为电容这个电学量。4.霍尔元件：能够把磁感

6、强度(qingd)这个磁学量转换为电压这个电学量。2.金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器。 金属热电阻的化学稳定性好，测温范围(fnwi)大，但灵敏度较差；与金属热电阻相比，热敏电阻的灵敏度较好。第10页/共27页第十页，共28页。三、传感器的简单三、传感器的简单(jindn)应用应用1、力电传感器：力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航(un xn do hn)系统及ABS防抱死制动系统等。2

7、、热电传感器（温度传感器）：热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高(shn o)减小（与金属热电阻的特性相反）的原理制成的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 3、光电传感器：光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。第11页/共27页第十一页，共28页。4、磁电传感器霍尔元件(yunjin)的应用霍尔元件(yunjin)：如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C、D、E、F，就制成为一个霍尔元件(yunjin)

8、。dIBkUH 霍尔电压(diny)：其中k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d、比例系数k为定值，再保持I恒定，则电压UH的变化就与B成正比，因此，霍尔元件又称磁敏元件.UHBCDEFI霍尔元件能够把磁感强度(磁学量)转换为电压(电学量)第12页/共27页第十二页，共28页。推导霍尔电压推导霍尔电压(diny)的公式的公式 设载流子的电荷量为设载流子的电荷量为q q，沿电流方向定向运动的平，沿电流方向定向运动的平均速率为均速率为v v，单位体积内自由移动，单位体积内自由移动(ydng)(ydng)的载流子数为的载流子数为n n，垂直电，垂直电流方向导体板的横

9、向宽度为流方向导体板的横向宽度为a a，则电流的微观表达式为，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载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差载流子受到的电场力为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，即当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq与导体的材料有关，对于确定的导体，与导体的材料有关，对于确定的导体，nqnq是常数。是常数。令令 则上式可写为则上式可写为 nqadvI aUqFHqvBf qvBaUqHnqdIBUHnqk1dIBkUH

10、第13页/共27页第十三页，共28页。例例1下列说法正确下列说法正确(zhngqu)的是的是 ( ) A话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号转换为声信号B楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声传感器控制电路中只有声传感器C电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的信息转化为电信号信息转化为电信号D光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻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这个电学量C D第14页/共27页第十四页，

11、共28页。例2传感器是把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图金属棒与导电液体构成一个(y )电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，判断正确的是（ ）A.电源接通后，电容C减小，反映h减小B. 电源接通后，电容C减小，反映h增大C.电源接通再断开后,电压U减小,反映h减小D.电源接通再断开后,电压U减小,反映h增大A D金属棒金属棒电介质电介质导电液导电液电介质电介质h第15页/共27页第十五页，共28页。例例3压敏

12、电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图作原理如图(a)所示将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘所示将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间小车上，中间(zhngjin)放置一个绝缘重球小车向右放置一个绝缘重球小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图做直线运动过程中，电流表示数如图(b)所示下列判断所示下列判断正确的是正确的是 ( )A从从t1到到t2时间内，小车做匀速直线运动时间内，小车做匀速直线运动B从从t1到到t2时间内，小车做加速度变大的直线

13、运动时间内，小车做加速度变大的直线运动C从从t2到到t3时间内，小车做匀速直线运动时间内，小车做匀速直线运动D从从t2到到t3时间内，小车做匀加速直线运动时间内，小车做匀加速直线运动A ER压敏电阻压敏电阻(a)tIOt1(b)t2t3B D第16页/共27页第十六页，共28页。例例3压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻电阻、定值电阻R、电

14、流显示器、电源、电流显示器、电源E连成电路，在压连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物。敏电阻上放置一个绝缘重物。0t1时间内升降机停在某时间内升降机停在某一楼层一楼层(lu cn)处，处，t1时刻升降机开始运动，从电流时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流显示器中得到电路中电流i 随时随时间间t变化情况如图乙所示。变化情况如图乙所示。甲电流显示器升降器绝缘重物压敏电阻R第17页/共27页第十七页，共28页。则下列判断正确的是则下列判断正确的是 ( )A t1 t2时间内绝缘重物处于超重状态时间内绝缘重物处于超重状态B t3 t4时间内绝缘重物处于失重状态时间内绝缘重物处于失重状态C

15、升降机开始时可能停在升降机开始时可能停在10楼，从楼，从t1时刻时刻(shk)开始，开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在经向下加速、匀速、减速，最后停在1 楼楼D升降机开始时可能停在升降机开始时可能停在1楼，楼，从从t1时刻时刻(shk)开始，经向上加速、开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在匀速、减速，最后停在10楼楼0t1t2t3ti乙t4解：压力增大，压敏电阻的阻值(z zh)减小，电流增大，所以t1 t2时间(shjin)内处于失重状态(加速下降或减速上升),t3 t4时间内处于超重状态（减速下降或加速上升）,所以C正确。C第18页/共27页第十八页，共28页。例例4将如图所示装置安

16、装在沿直轨道运动的火车车厢中，使将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定杆沿轨道方向固定, 就可以对火车运动的加速度进行检测。闭就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关合开关S，当系统，当系统(xtng)静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中的正中央，此时央，此时, 电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时有加速度时, 小球在光滑绝缘杆上移动，滑片小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P 随之在变阻器随之

17、在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。已知，当火车向左加速运动上移动，电压表指针发生偏转。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则时，电压表的指针向右偏。则 ( ) A电压表指针向左偏电压表指针向左偏,说明火车可能在向右做加速运动说明火车可能在向右做加速运动B电压表指针向右偏电压表指针向右偏,说明火车可能在向右做加速运动说明火车可能在向右做加速运动C电压表指针向左偏电压表指针向左偏,说明火车可说明火车可 能在向右做减速运动能在向右做减速运动D电压表指针向左偏电压表指针向左偏,说明火车可说明火车可 能在向左做加速运动能在向左做加速运动OBCSVPA第19页/共27页第十九页，共28页。

18、09年山东卷23（2） 例5.为了节能(ji nn)和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表： 根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。 如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0（lx）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）第20页/共27页第二十页，共28页。 提供的器材如下(rxi)： 光敏电阻Rp（符号 ，阻值见上表） 直流电源E（电动势3V，内阻不计）； 定值电阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限选其中之一并在图中标出） 开关S及导线若干。如图，阻值随照度(zho d)增加而非线性减小。原理图如下。 第21页/共27页第二十一页，共28页。传感器的应用传感器的应用(yngyng)模式模式容易容易(rngy)控控制制 容