传感器及其工作基本知识课件

第六章传感器

6-1传感器及其工作原理第六章传感器6-1传感器及其工作原理1什么是传感器讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什么器官承担？

人体感觉

感觉器官

视觉眼睛听觉耳朵味觉舌头嗅觉鼻子触觉皮肤什么是传感器讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什21、传感器的定义能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。2、传感器的分类物理传感器、化学传感器、生物传感器一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的传感器其接受的是光、声波、压力等的物理信息称物理传感器代替嗅觉、味觉功能的传感器，则称化学传感器或生物传感器（按感受信息的学科特点不同）1、传感器的定义2、传感器的分类物理传感器、化学传感器、生物33、传感器的工作原理传感器：非电学量→传感器→电学量角度位移速度压力温度湿度声强光照传感器电压电流电阻电容3、传感器的工作原理传感器：非电学量→传感器→电学量角度传4传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅助电源非电学量电学量传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅助电源非电学5(1)、温度传感器部件（将温度高低转变成电信号）观察与思考两种温度的水凉水开水电阻值情况4、常用的传感器部件温度升高电阻增大电阻大电阻小热敏电阻一般随温度升高电阻减小（半导体材料）金属热电阻半导体的导电机理(1)、温度传感器部件（将温度高低转变成电信号）观察与思考两6V右图是一个温度传感器的原理示意图,Rt是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度值转变为电信号的。RtR温度升高或降低导致Rt阻值发生变化，使电路中电流也发生变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号。思考方向：1、两电阻采取什么连接方式？2、转变的电信号应该是哪个电学量？3、电压表测的是哪个电阻的电压？V右图是一个温度传感器的原理示意图,RtR温度升高或降低导致7（2）光敏传感器部件（2）光敏传感器部件8（2）光敏传感器光照情况受光表面暴露电阻值的情况手遮盖受光表面

实验电阻小电阻大光敏电阻电阻随光照的增强而减小（半导体材料）（2）光敏传感器光照情况受光表面暴露电阻值的情况手遮盖受光9(4)干簧管是一种能感知磁场的传感器(4)干簧管是一种能感知磁场的传感器10

电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电容这个电学量。

插入电介质，电容增大(5)电容式位移传感器电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电11(6)霍尔元件一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I恒定,则UK的变化就与B成正比把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量(6)霍尔元件一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I恒12推导霍尔电压的公式

设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为①

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②由①②式得③

式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令则上式可写为④

推导霍尔电压的公式设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动13填空：力敏传感器接受

信息，并转化为电信号

.接受

信息，并转化为电信号位移传感器光敏传感器接受

信息，并转化为

。接受

信息，并转化为

。声敏传感器力位置电信号光电信号声填空：力敏传感器接受信息，并转化为电信号14列举生活中的一些自动控制实例，遥控器控制电视开关日光控制路灯的开关声音强弱控制走廊照明灯开关等自动门等安检门列举生活中的一些自动控制实例，遥控器控制电视开关15

如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大例1 如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻16【思路点拨】当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后根据直流电路的动态分析方法进行判断．【精讲精析】光的强度是被测量，光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件．当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确．【答案】ABC【思路点拨】当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后17【规律总结】解决光敏电阻相关的问题，要分两步走(1)明确光敏电阻的阻值随光照如何变化．(2)结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路的欧姆定律等相关运算，解决光敏电阻对电路的影响．【规律总结】解决光敏电阻相关的问题，要分两步走18变式训练1.在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时()A．电容器C的带电量增大B．电压表的读数增大C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大变式训练19传感器及其工作基本知识课件20

如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定,则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化例2 如图是霍尔元件的工作原理示意例221【思路点拨】解答本题应把握以下两点(1)掌握UH与I、B的关系．(2)磁感线方向变化引起UH的变化．【答案】ABD

【思路点拨】解答本题应把握以下两点【答案】ABD22变式训练2.如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系为(

)

A．φM＞φN

B．φM＝φNC．φM＜φN D．无法判断解析：选A.霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的,根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以φM＞φN.变式训练231.原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．电容式传感器1.原理电容式传感器242.常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况2.常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ当动片与定片之间25名称传感器原理测定液面高度h的电容式传感器在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况名称传感器原理测定液面在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导26名称传感器原理测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道

F的变化情况名称传感器原理测定压力待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，27名称传感器原理测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况名称传感器原理测定位移随着电介质进入极板间的长度发生变化，电28

如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的(

)A．距离变化B．正对面积变化C．介质变化D．电压变化

例3如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电29【解析】平行板电容器的电容C∝εrS/d,本例中的介质没有变化，正对面积也没有变化,引起电容变化的因素是板间距离d.【答案】A【规律总结】电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离、正对面积、电介质及引起它们改变的因素(如力、位移、压强、声音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量．【解析】平行板电容器的电容【规律总结】电容式传感器是应用30小结1．制作传感器需要的敏感元件有光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。2．光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。3．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；金属热电阻的阻值随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。4．霍尔元件的霍尔电压公式为：霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。5．电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量小结1．制作传感器需要的敏感元件有31随堂练习1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（）A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次AC随堂练习1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为32随堂练习2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A．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B．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C．用黑纸包住元件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D．用黑纸包住元件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AC随堂练习2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只33随堂练习3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为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数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？下表面随堂练习3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度34第六章传感器

6-1传感器及其工作原理第六章传感器6-1传感器及其工作原理35什么是传感器讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什么器官承担？

人体感觉

感觉器官

视觉眼睛听觉耳朵味觉舌头嗅觉鼻子触觉皮肤什么是传感器讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什361、传感器的定义能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。2、传感器的分类物理传感器、化学传感器、生物传感器一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的传感器其接受的是光、声波、压力等的物理信息称物理传感器代替嗅觉、味觉功能的传感器，则称化学传感器或生物传感器（按感受信息的学科特点不同）1、传感器的定义2、传感器的分类物理传感器、化学传感器、生物373、传感器的工作原理传感器：非电学量→传感器→电学量角度位移速度压力温度湿度声强光照传感器电压电流电阻电容3、传感器的工作原理传感器：非电学量→传感器→电学量角度传38传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅助电源非电学量电学量传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅助电源非电学39(1)、温度传感器部件（将温度高低转变成电信号）观察与思考两种温度的水凉水开水电阻值情况4、常用的传感器部件温度升高电阻增大电阻大电阻小热敏电阻一般随温度升高电阻减小（半导体材料）金属热电阻半导体的导电机理(1)、温度传感器部件（将温度高低转变成电信号）观察与思考两40V右图是一个温度传感器的原理示意图,Rt是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度值转变为电信号的。RtR温度升高或降低导致Rt阻值发生变化，使电路中电流也发生变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号。思考方向：1、两电阻采取什么连接方式？2、转变的电信号应该是哪个电学量？3、电压表测的是哪个电阻的电压？V右图是一个温度传感器的原理示意图,RtR温度升高或降低导致41（2）光敏传感器部件（2）光敏传感器部件42（2）光敏传感器光照情况受光表面暴露电阻值的情况手遮盖受光表面

实验电阻小电阻大光敏电阻电阻随光照的增强而减小（半导体材料）（2）光敏传感器光照情况受光表面暴露电阻值的情况手遮盖受光43(4)干簧管是一种能感知磁场的传感器(4)干簧管是一种能感知磁场的传感器44

电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电容这个电学量。

插入电介质，电容增大(5)电容式位移传感器电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电45(6)霍尔元件一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I恒定,则UK的变化就与B成正比把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量(6)霍尔元件一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I恒46推导霍尔电压的公式

设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为①

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②由①②式得③

式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令则上式可写为④

推导霍尔电压的公式设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动47填空：力敏传感器接受

信息，并转化为电信号

.接受

信息，并转化为电信号位移传感器光敏传感器接受

信息，并转化为

。接受

信息，并转化为

。声敏传感器力位置电信号光电信号声填空：力敏传感器接受信息，并转化为电信号48列举生活中的一些自动控制实例，遥控器控制电视开关日光控制路灯的开关声音强弱控制走廊照明灯开关等自动门等安检门列举生活中的一些自动控制实例，遥控器控制电视开关49

如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大例1 如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻50【思路点拨】当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后根据直流电路的动态分析方法进行判断．【精讲精析】光的强度是被测量，光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件．当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确．【答案】ABC【思路点拨】当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后51【规律总结】解决光敏电阻相关的问题，要分两步走(1)明确光敏电阻的阻值随光照如何变化．(2)结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路的欧姆定律等相关运算，解决光敏电阻对电路的影响．【规律总结】解决光敏电阻相关的问题，要分两步走52变式训练1.在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时()A．电容器C的带电量增大B．电压表的读数增大C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大变式训练53传感器及其工作基本知识课件54

如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定,则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化例2 如图是霍尔元件的工作原理示意例255【思路点拨】解答本题应把握以下两点(1)掌握UH与I、B的关系．(2)磁感线方向变化引起UH的变化．【答案】ABD

【思路点拨】解答本题应把握以下两点【答案】ABD56变式训练2.如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系为(

)

A．φM＞φN

B．φM＝φNC．φM＜φN D．无法判断解析：选A.霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的,根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以φM＞φN.变式训练571.原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．电容式传感器1.原理电容式传感器582.常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况2.常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ当动片与定片之间59名称传感器原理测定液面高度h的电容式传感器在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况名称传感器原理测定液面在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导60名称传感器原理测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道

F的变化情况名称传感器原理测定压力待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，61名称传感器原理测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况名称传感器原理测定位移随着电介质进入极板间的长度发生变化，电62

如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的(

)A．距离变化B．正对面积变化C．