传感器及其应用88951课件

第六章传感器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；自动门安检门等

音乐茶杯：茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。怎么回事

问题引入？音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？

用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小电路接通，音乐响起。

传感器的定义：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，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量传感器的工作原理

：光电传感器机油压力传感器超声波传感器常见传感器电子秤离子感烟器明火探测器温度传感器湿度传感器防盗报警器报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感知磁场而接通或断开电路。2、光敏电阻

演示实验：将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着光照不同，表有何变化？（1）随着光照强度的增加，多用表的指针偏角逐渐变大。表明光敏电阻的电阻率与光照强度有关。光敏电阻受到光照时电阻会变小（2）光敏电阻是一种用硫化镉半导体材料做成的，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。Ω例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ACV例题2、如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？例题3如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（

）A.

I

变大，U变大B.

I变小，U变小C.

I变小，U变大D.

I变大，U变小R1R2R3AabErB4、电容式位移传感器电容式位移传感器能够把物体_____这个力学量转换为_____这个电学量位移电容电容式位移传感器示意图被测物体x电容器极板电介质板例题4

随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为（）A.改变了湿度B.改变了温度C.改变了磁场D.改变了电容

D（1）材料：半导体如：砷化铟（2）工作原理图NMFBEIUH霍尔元件工作原理图（3）霍尔电压:K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。霍尔元件能够把___________这个磁学量转换为____这个电学量磁感应强度电压5.霍尔元件例题5、如图所示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，如果保持电流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

()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，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ABD机理半导体材料应变片金属梁上下表面各贴一个应变片自由端受到向下压力梁发生弯曲上表面拉伸下表面压缩R增大R减小片应变F越大应变片中R变化越大I

恒定输出电压差大例题6某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量m。（1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。力电转换器受压面_++_输出输入力电转换器受压面_++_V(1)电路设计(2)测量步骤调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。将质量为m0

的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1。得k=U0/m0g由U0=km0g得m=m0U1/U0

由U1=kmg(3)可能出现的问题因电源电压不够而输出电压调不到零待测物体质量超出转换器量程绝缘支架电容式话筒薄金属膜M固定电极N构成电容器充电直流电源膜片M声波趋动振动电容变化电容器充电放电电路中形成变化电流R两端输出与声音规律相同的电压例题7.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,M是薄金属膜和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,当膜片向右运动的过程中有（）

A电容变大

B电容变小

C导线AB中有向左的电流

D导线AB中有向右的电流AC8.温度传感器电熨斗原理图双金属片温控原理例8、如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1＝R2＝500Ω，计算加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计。（1）分析电饭煲的工作原理。（2）计算加热和保温两种状态下消耗的电功率之比。（3）简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？冰箱温度控制器M1测温泡2细管3弹性金属盒4弹簧片5动触点6静触点7拉杆8凸轮9连杆冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．火灾报警器烟雾散射式火灾报警器结构原理在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，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。原理工作测力测物体加速度测物体角速度测位移拓展性研究例1.如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O

是悬挂点，R0

是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C′点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=l，球的质量为

m，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I′，此时风力大小为F，试写出：(1)风力大小F

与θ的关系式.(2)风力大小F

与电流表示数I′

的关系式.PC′AOR0CDθF=R0+klI′I—R0kkmghh)(

例2.

惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m

的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k

的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O

点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度（）A.方向向左，大小为kS/mB．方向向右，大小为kS/mC．方向向左，大小为2kS/m

D.方向向右，大小为2kS/m01010UPD若电位器（可变电阻）总长度为l，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0

上，当导弹以加速度a

沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P

产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制01010UP导弹运动状态输入信息，试写出U

与a

的函数关系式。解答：∴S=ma/2k∵a=2kS/mU=RxRU0U0Sl==mU02kla例3.飞机、航天器、潜艇的转动角速度可用结构如图所示的原理进行测量.当系统绕轴OO′转动时，元件A

发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A

的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电Aω

S

PCBUO′O源的电动势为E、内阻不计.滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,系统静止时P

在B

点，当系统以角速度ω转动时,试写出输出电压U

与ω的函数式。解答：设弹簧伸长x,则kx=mω2(l+x)x=mω2l—kmω2即设滑动变阻器单位长度的电阻为r0

U=IRx=Exr0l

r0=xlE∴

U=Emω2k—mω21.

用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。aedcb课堂练习2.

图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图

；简要说明理由：

。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100Ω）⑵在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为

Ω。⑶举出一个可以应用热敏电阻的例子：_____________。VA图2VA图3I/mAU/V1234567500图110203040AR1R2热敏电阻图4R9V2电压可从0V调到所需电压，调节范围较大5.2111.6—112.0热敏温度计3.如图所示甲为在温度为10℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图，箱内电阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，R1为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图