传感器的应用课件

1、传感器原理及应用基础知识定义、分类发展趋势选用原则一般特性传感器原理检测技术温度传感器磁敏传感器光电传感器应变传感器电感传感器电容传感器压电传感器其他传感器智能化网络化传感器课程主要内容传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用第一节 传感器的应用目前，在劳动强度大或危险作业的场所，已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由机器人来承担也是非常合适的。要使机器人和人的功能更为接近，有判断能力，这就要给机器人安装物体检口传感器，特别是视觉传感器和触觉传感器，对物体进行识别和检测，对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。智能机器人，它不仅可以从事特殊的作业，而且一般的

2、生产、事务和家务。现代家用电器中普遍应用着传感器。空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、洗衣机、及家庭影院等方面得到了广泛的应用。家用电器产品的功能及自动化程度的提高。要使用能检测模拟量的高精度传感器，以获取正确的控制信息，再由微型计算机进行控制，由做为中央控制装置的微型计算机，通过各种传感器代替人监视家庭的各种状态，并通过控制设备进行着各种控制。家庭自动化的主要内容包括：安全监视与报警、空调及照明控制、耗能控制、太阳光自动跟踪、家务劳动自动化及人身健康管理等。汽车相关产业1无人驾驶汽车行驶速度、行驶距离、发动机旋转速度以由于汽车交通事故的不断增多和汽车对环境的危害，传感器在一些新的

3、设施，如汽车安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置 Design by Nordri非电学量 电学量1常用的传感器元件 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件 分别能将什么量转化为什么量? 光敏电阻：光照强弱转化为电阻.热敏电阻：温度转化为电阻.霍尔元件：磁感应强度转化为电压.转化为传感器应用的一般模式 一般情况下传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以一般都是将传感器和各种门电路、放大电路等结合在一起使用的。检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信

4、息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。第一章 绪 论“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。第一节 传感器的基本概念传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是获取信息的主要途径与手段。没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱。可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。传感器已渗透到诸如

5、工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。一、传感器的地位与作用二、传感器的定义 国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器是测量装置，能完成检测任务；输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；输出输入有对应关系，且应有

6、一定的精确程度。 传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。V、I、F、P实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。由于空间的限制或者其他原因,转换电路常装入电箱中。然而，因为不少传感器要在通过转换电路后才能输出电信号，从而决定了转换电路是传感器的

7、组成环节之一。 1.电子秤使用的测力装置是什么? 它是由什么元件组成的?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二、不同传感器的应用3、应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个 电学量。1、电子秤的测力装置是力传感器，它是由一个金属梁和两个应变片一起组成了测力部分。 2、在金属梁没有力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变

8、片两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F的大小。原理:热胀冷缩常温下两触点分离。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:（2）电熨斗电烫斗的构造：思考与讨论：（1）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？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

9、循环进行，起到自动控制温度的作用 （3）电饭锅问题提出: 1.开始煮饭时，为什么要压下开关按钮2.电饭锅烧饭,饭熟后会自动断开 ，电饭锅的构造 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸引，手松开后，按钮不再恢复到初始状态，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，水份被大米吸收，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。感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。

10、注意：这个温度在物理学中称为 该材料的“居里温度”或“居里点”。思考： 取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？现象：当用电烙铁给铁氧体加热时，经过一段时间，铁氧体就会失去磁性,两者分离。（三）光传感器1.光敏电阻-光照越强，电阻越小。（载流子越多，导电性能越好）实现了光学量（光照强度）测量转化为热学量（电阻）的测量许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。3.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警报警器中的光传感器工作原理:报警器带孔的罩子内装有发光二极

11、管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时,光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报 动圈式话筒：音圈四、声音传感器的应用话筒金属膜片永久磁铁工作原理:电磁感应（1）话筒的作用是什么？ （2）动圈式话筒的工作原理和工作过程？声音信号转换为电信号 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。

12、传感器应用的一般模式一、力传感器的应用1 电子秤阅读教材，思考并回答问题：（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输出应变片上下表面的电压差值） 形变（力学量） 电 压（电学量） 转换金属梁1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）A.应变片多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大A B D1、动圈式话筒：膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期

13、性变化的感应电流。二、声传感器的应用话筒2、电容式话筒：金属膜片M 和固定电极 N 形成一 个电容器,M 在声波作用下振动,电容器的电容作周期性变化，电阻R 两端的电压也做相应的周期性变化。绝缘支架例题：（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( )A 该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B常温下两触点分

14、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。三、温度传感器的应用1.电熨斗双金属片温度传感器：电烫斗的构造思考与讨论：常温下两触点是接触还是分离？如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？练习、 如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度如果将该元件接到220V恒定电压下，则A通电后，其电功率先增大后减小B通电后，其电功率先减小后增大C当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变D当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1 到t2之间的某一值不变t/Rt2t1A

15、D感温铁氧体的“居里点”：感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到103时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。4 .电饭锅电饭锅的构造思考与讨论：开始做饭时为什么要压下开关按钮？若用电饭锅烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？5、测温仪用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件等。电信号可以远距离输送，因而温度传感器可以远距离读取温度。热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热

16、电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接，可以实现数据采集、处理、画图的智能化功能。四、光传感器的应用1.鼠标器鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，滚球带动 x、y 方向两个码盘转动，红外管接收到一个个红外线脉冲。计算机分别统计 x、y 两个方向上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。2. 火灾报警器光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器。平时，发光二极管发出的光被不透明挡板挡住。当有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使报警电路工作。小 结1、温度传感器 的应用（1）电饭锅（2）测温仪2、光传感器 的应用（1）鼠标器

17、（2）火灾报警器温度传感器的应用【例1】如图甲为在温度为10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示当 a、b端电压 Uab0时，电压鉴别器使 S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在_ 35解：设电路两端电压为为U，当Uab=0时， 有解得Rt=20 k由图乙可知，当Rt=20 k时，t=352.加速度计 问题与练习21、两个电池的电动势一样大2、滑片在中间位置电压表的读数为零3、P 点电势高与 Q点时，指针向右偏转传感器应用的一般模式一、力传感器的应用1 电子秤阅读教材，思考并回答问题

18、：（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输出应变片上下表面的电压差值） 形变（力学量） 电 压（电学量） 转换金属梁1.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）A.应变片多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大A B D1、动圈式话筒：膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流。二、声传感器的应用话筒2、电容式话筒：金属膜片M 和固

19、定电极 N 形成一 个电容器,M 在声波作用下振动,电容器的电容作周期性变化，电阻R 两端的电压也做相应的周期性变化。绝缘支架例题：（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 ( )A 该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B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。三

20、、温度传感器的应用1.电熨斗双金属片温度传感器：电烫斗的构造思考与讨论：常温下两触点是接触还是分离？如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？思考与讨论：（1）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？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）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？熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定

21、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 练习、 如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度如果将该元件接到220V恒定电压下，则A通电后，其电功率先增大后减小B通电后，其电功率先减小后增大C当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变D当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1 到t2之间的某一值不变t/Rt2t1AD感温铁氧体的“居里点”：感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到103时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。4 .电饭锅电饭锅的构造思考与讨论：开始做饭时为什么要压下开关按钮？若用电饭锅烧水，水在沸腾以后是否会自动断电？5、测温仪用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件