教案 传感器及其工作原理.ppt

学习目标：学习目标：1.知道什么是传感器及传感技术在信息时代的应用知道什么是传感器及传感技术在信息时代的应用2.学习光敏电阻、热敏电阻、学习光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件了解其性能，霍尔元件了解其性能，工作原理。工作原理。3.知道非电学量转换成电学量的技术知道非电学量转换成电学量的技术意义意义4.了解传感器的一般模式了解传感器的一般模式5.了解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用了解传感器在电子秤、电熨斗、电饭锅中的应用6.了解光敏电阻在火灾报警器中的应用了解光敏电阻在火灾报警器中的应用自动门自动门自动门自动门引引入入新新课课自动干手机自动干手机自动干手机自动干手机酒精含量测试仪酒精含量测试仪雷达测速仪雷达测速仪电子秤电子秤红外耳温计红外耳温计航空航天宇宙飞船航空航天宇宙飞船 飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量。动测量。“阿波罗阿波罗10”飞船对飞船对3295个参数进行检测，其中：个参数进行检测，其中：温度传感器温度传感器559个、压力传感器个、压力传感器140个、信号传感器个、信号传感器501个、个、遥控传感器遥控传感器142个个专家说：专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体什什么么是是传传感感器器？干簧管干簧管防盗报警器防盗报警器原理：原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用什什么么是是传传感感器器？电电梯梯选层控制选层控制电电话话折叠式手机的开关折叠式手机的开关有线电话听筒拿离时的开关控制有线电话听筒拿离时的开关控制微波炉微波炉炉门的开关控制炉门的开关控制冰冰箱箱门的开关控制门的开关控制煤气表煤气表流量控制流量控制汽汽车车安全气囊的开关控制安全气囊的开关控制天窗天窗/车窗车窗开关控制开关控制安全带的扣妥安全带的扣妥/松拖警示松拖警示应用对象应用对象应用对象应用对象功功功功能能能能干簧管的应用干簧管的应用干簧管的应用干簧管的应用干簧管干簧管防盗门报警电路防盗门报警电路视觉视觉嗅觉嗅觉听觉听觉味觉味觉触觉触觉光传感器光传感器湿度传感器湿度传感器气体传感器气体传感器声音传感器声音传感器味传感器味传感器温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器人获取外界信息人获取外界信息机械自动化设备机械自动化设备获取外界信息获取外界信息1.1.传感器的定义：传感器的定义：转换电路转换电路电信号电信号敏感元件敏感元件传感器是指这样一类元件：传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分力、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等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流电压、电流等电学量，或转化为等电学量，或转化为电路的通断电路的通断。传感器传感器非电学量非电学量非电学量非电学量传感器传感器传感器传感器电学量电学量电学量电学量2.2.传感器的作用传感器的作用Text声音等声音等声音等声音等磁场磁场磁场磁场温度温度温度温度受力受力受力受力电容等电容等电容等电容等电阻电阻电阻电阻电压电压电压电压电流电流电流电流测量、传输、处理和控制测量、传输、处理和控制3 3、传感器的组成、传感器的组成 辅助电源辅助电源敏感元件敏感元件转换元件转换元件基本转换电路被测量被测量电量敏感元件敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。一物理量的元件。转换元件转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。量。基本转换电路基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。路），便可转换成电量输出。离子感烟器离子感烟器温度传感器温度传感器自动旋转门自动旋转门明火探测器明火探测器光电传感器湿度传感器机油压力传感器超声波传感器风速传感器全自动血压机走廊声控灯的工作原理走廊声控灯的工作原理光敏传感器光敏传感器声敏传感器声敏传感器灯灯声声音音光光线线控控制制电电路路延延时时电电路路声声音音光光线线1 1、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻制制作作传传感感器器常常用用的的敏敏感感元元件件特性：特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的会随着光照强度的增大增大而电阻值而电阻值减小减小。4 4、传感器常用的敏感元件、传感器常用的敏感元件 光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这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。个电学量。硫化镉是一硫化镉是一种半导体材料，种半导体材料，无光照射时，载无光照射时，载流子极少，导电流子极少，导电性能不好；随着性能不好；随着光照的增强，载光照的增强，载流子也增多，导流子也增多，导电性变好电性变好2 2、热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻特性：特性：热敏电阻的阻值会随着温度的热敏电阻的阻值会随着温度的升高升高而而_，具有负温度系数具有负温度系数减小减小金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻铂电阻铂电阻（1 1）测定角度）测定角度）测定角度）测定角度 （2 2）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度h h（3 3）测定压力）测定压力）测定压力）测定压力FF（4 4）测定位移）测定位移）测定位移）测定位移x x 定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质3 3、电容式传感器、电容式传感器、电容式传感器、电容式传感器电容式位移传感器电容式位移传感器电容式位移传感器把力学量（位移）电容式位移传感器把力学量（位移）转换为电学量（电容）。转换为电学量（电容）。示意图示意图被测物体被测物体x电容器极板电容器极板电介质板电介质板制制作作传传感感器器常常用用的的敏敏感感元元件件在在一一个个很很小小的的矩矩形形半半导导体体（例例如如砷砷化化铟铟）薄薄片片上上，制制作作4个个电极，就成了一个霍尔元件。电极，就成了一个霍尔元件。4 4、霍尔元件、霍尔元件、霍尔元件、霍尔元件CDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图霍尔效应 当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定的电压的电压的电压的电压U UH H。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做霍霍霍霍尔电压尔电压尔电压尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压U UH H：dd薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度kk霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件把把把把磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度这个磁学量转换为这个磁学量转换为这个磁学量转换为这个磁学量转换为电压电压电压电压 这个电学量这个电学量这个电学量这个电学量 载载流子在洛流子在洛伦兹伦兹力作用下力作用下侧侧移，移，两个两个侧侧面出面出现电势现电势差差.当达到当达到稳稳定状定状态时态时,洛洛仑兹仑兹力与力与电场电场力平衡力平衡电流的微观表达式电流的微观表达式 1、传感器的概念小 结2、传感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏电阻 （光电传感器）（2）热敏电阻和热电阻（温度传感器）（3）电容式传感器（位移传感器）（4）霍尔元件（磁传感器）非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量例例1.1.如如图图所所示示为为光光敏敏电电阻阻自自动动计计数数器器的的示示意意图图，其其中中R R1 1为为光光敏敏电电阻阻，R R2 2为为定定值值电电阻阻此此光光电电计计数数器器的的基基本本工作原理是（工作原理是（）A A当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压B B当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次低电压就计数一次DD信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次AR1R2信号处理系统BD例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中只元件分别接入如图所示电路中A A、B B两点两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（姆表的示数，下列说法正确的是（）ABA.A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较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大，这只元件一定是热敏电阻B.B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，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这只元件一定是定值电阻C.C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变用黑纸包住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化较大，这只元件一定是光敏电阻D.D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相用黑纸包住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同，这只元件一定是定值电阻ACAC待测压力F固定电极膜片电极例例3 3传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏敏电电流流计和电源串联接成闭合电路，那么（计和电源串联接成闭合电路，那么（）A A当当F F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 BC 例例4 4、如图所示，有电流、如图所示，有电流I I流过长方体金属块，流过长方体金属块，金属块宽度为金属块宽度为d d，高为，高为b b，有一磁感应强度，有一磁感应强度为为B B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单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位体积内的自由电子数为n n，试问金属块上、，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？下表面哪面电势高？电势差是多少？下表面下表面 再见再见