传感器及其工作基本知识.ppt
第六章 传感器,6-1传感器及其工作原理,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？,视觉,眼睛,听觉,耳朵,味觉,舌头,嗅觉,鼻子,触觉,皮肤,1、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）,3、传感器的工作原理,传感器：非电学量传感器电学量,传感器工作原理图,(1)、温度传感器部件,（将温度高低转变成电信号）,观察与思考,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,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。,Rt,R,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？,（2）光敏传感器部件,（2）光敏传感器,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）,(4)干簧管,是一种能感知磁场的传感器,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容这个电学量。,插入电介质，电容增大,(5)电容式位移传感器,(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,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 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 由式得 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 ,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,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,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 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大,【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,【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,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 DR1消耗的功率增大,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,【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,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() AMN BMN CMN 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MN.,1.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、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,2.常见电容式传感器,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,【解析】平行板电容器的电容 CrS/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,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,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,
