传感器及其工作原理精选课件.ppt

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1、关于传感器及其工作原理第一页，本课件共有47页第二页，本课件共有47页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第三页，本课件共有47页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第四页，本课件共有47页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、振动飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；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个个 压力传感器压力传感器140个个 信号传感器信号传感器

2、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第五页，本课件共有47页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。断开电路。断开电路。断开电路。原理：原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相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互吸引而接通，干

3、簧管能起到开关的作用第六页，本课件共有47页 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第七页，本课件共有47页一种防盗门报警电路一种防盗门报警电路干簧管干簧管第八页，本课件共有47页视觉视

4、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获取外界信息机械自动化设备获取外界信息第九页，本课件共有47页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、磁、化学成分力、温度、光、声、磁、化学成分等等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电电压、电流流等电学量，或转

5、化为等电学量，或转化为电路的通断电路的通断。第十页，本课件共有47页传感器传感器非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量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、处理和控制第十一页，本课件共有47页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一物直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物

6、理量的元件。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量。敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。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（简称转换电路），便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。可转换成电量输出。第十二页，本课件共有47页离子感烟器离子感烟器明火探测器明火探测器温度传感器温度传感器第十三页，本课件共有47页光电传感器光电传感器湿度传感器湿度传感器机油压力传感器机油压力传感器超声波传感器超声波传感器第十四页，本课件共有47页风速传感器风速传感器全自动血压机全自动血压机自动旋转门自动旋转门第十五页，本

7、课件共有47页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第十六页，本课件共有47页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。当改变光照强度时，电阻的大小也随着光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小随着光照强度的增大而电阻值减小。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

8、光学量转换为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。电阻这个电学量。硫化镉是一种半硫化镉是一种半硫化镉是一种半硫化镉是一种半导体材料，无光照时，导体材料，无光照时，导体材料，无光照时，导体材料，无光照时，载流子极少，导电性载流子极少，导电性载流子极少，导电性载流子极少，导电性能不好；随着光照的能不好；随着光照的能不好；随着光照的能不好；随着光照的增强，载流子也增多，增强，载流子也增多，增强，载流子也增多，增强，载流子也增多，导电性变好导电性变好导电性变好导电性变好第十七页，本课件共有47页例例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

9、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工作原理是（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D D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第十八页，本课件共有47页2 2、热敏电阻、热敏电阻、热敏电阻、热敏电阻第十九页，本课件共有47页热

10、热敏敏电电阻阻(1)(1)特点：特点：热热敏敏电电阻的阻阻的阻值值大小与温度的高低有关温度大小与温度的高低有关温度变变化，化，阻阻值值有明有明显变显变化化(2)(2)作用：作用：热热敏敏电电阻可以将温度的高低阻可以将温度的高低这这个个热热学量学量转转化化为电为电阻阻这这个个电电学量学量(3)(3)分分类类：热热敏敏电电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成半阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成半导导体体材料的材料的导电导电性能性能对对温度的温度的变变化很敏感，化很敏感，热热敏敏电电阻所用材料根据其温阻所用材料根据其温度特性可分度特性可分为为三三类类：正温度系数的热敏材料正温度系数的热敏材料(PTC)

11、(PTC)，它的电阻随温度上升而增加，它的电阻随温度上升而增加负温度系数的热敏材料负温度系数的热敏材料(NTC)(NTC)，它的电阻随温度的上升而下降，它的电阻随温度的上升而下降临界温度系数的热敏材料临界温度系数的热敏材料(CTC)(CTC)，它的电阻在很小的温度范围，它的电阻在很小的温度范围(临界临界)内急剧下降内急剧下降第二十页，本课件共有47页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 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以做成有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以做成传感器，称为热电阻传感器，称为热电阻金属电阻随温度的升高而增加金属电阻随温度的升高

12、而增加金属热电阻也是将温度的高低这个热学量转换为电阻这个电学量金属热电阻也是将温度的高低这个热学量转换为电阻这个电学量第二十一页，本课件共有47页第二十二页，本课件共有47页例例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，观察欧姆后，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（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，欧姆表示数变化较大，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这

13、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，欧姆表示数变化较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，欧姆表示数相同，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这只元件一定是定值电阻AC第二十三页，本课件共有47页（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）

14、测定液面高度）测定液面高度h h（3）测定压力）测定压力F F（4 4）测定位移）测定位移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、电容式传感器第二十四页，本课件共有47页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第二十五页，本课件共有47页待测压力F固定电极膜片电极例例3 3传传感

15、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计和和电源串联接成闭合电路，那么（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

16、不发生变化不发生变化 BC第二十六页，本课件共有47页 如图如图6 61 13 3所示，所示，R R1 1、R R2 2为定值为定值电阻，电阻，L L为小灯泡，为小灯泡，R R3 3为光敏电阻，当光为光敏电阻，当光照射到照射到R R3 3上的光强度增大时上的光强度增大时()类型一类型一光敏电阻的特性光敏电阻的特性例例例例1 1图图613A A电压电压表的示数增大表的示数增大B BR R2 2中中电电流减小流减小C C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D D电电路的路端路的路端电压电压增大增大【思路点思路点拨拨】光敏光敏电电阻有随着光照阻有随着光照强强度的增度的增强强而阻而阻值值减小减小的特征，由

17、的特征，由闭闭合合电电路欧姆定律及串并路欧姆定律及串并联联的分的分压压、分流原理、分流原理对对电电路路进进行行动态动态分析分析ABCABC第二十七页，本课件共有47页【解析解析】当照射光当照射光强强度增大度增大时时，光敏，光敏电电阻阻R R3 3的阻的阻值变值变小，小，R R3 3与与L L串串联联后再与后再与R R2 2并并联联的的总电总电阻阻值变值变小、干路中小、干路中总电总电流流变变大，大，R R1 1两端两端电压变电压变大，大，A A正确；正确；R R2 2两端两端电压电压减小，通减小，通过过R R2 2的的电电流减小，流减小，B B正确；正确；总电总电流流变变大，通大，通过过R R2

18、 2的减小，所以通的减小，所以通过过小灯泡小灯泡L L的的电电流流变变大，灯泡大，灯泡变变亮，功率增大，亮，功率增大，C C正确因正确因为为干路中干路中电电流流变变大，内大，内电压变电压变大，路端大，路端电压变电压变小，小，D D错误错误故故选选ABC.ABC.第二十八页，本课件共有47页1.1.如如图图6 61 14 4所示，将多用所示，将多用电电表的表的选择选择开关置于开关置于电电阻阻挡挡，再将，再将电电表的两支表表的两支表笔分笔分别别与光敏与光敏电电阻阻R Rt t的两端相的两端相连连，这时这时表表针针恰好指在刻度恰好指在刻度盘盘的中央若用不透光的中央若用不透光的黑的黑纸纸将将R Rt

19、t包裹起来，表包裹起来，表针针将向将向_(_(选选填填“左左”或或“右右”)”)转动转动；若；若用手用手电电筒光照射筒光照射R Rt t，表，表针针将向将向_(选选填填“左左”或或“右右”)”)转动转动变式训练变式训练图图614左左右右第二十九页，本课件共有47页解析：光敏解析：光敏电电阻受光照越阻受光照越强强，电电阻越小，阻越小，电电流越大，所以将流越大，所以将R Rt t包裹起来包裹起来电电阻增大，指阻增大，指针针向左偏，反之向右偏向左偏，反之向右偏第三十页，本课件共有47页 如图如图6 61 15 5所示，所示，R R1 1为定值电阻，为定值电阻，R R2 2为负温度系数的热敏电阻，当温

20、度降低时，为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，电阻变大，L L为小灯泡，当温度降低时为小灯泡，当温度降低时()A AR R1 1两端的电压增大两端的电压增大B B电流表的示数增大电流表的示数增大C C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱类型二类型二热敏电阻的特征热敏电阻的特征例例例例2 2图图615C第三十一页，本课件共有47页【思路点思路点拨拨】根据串并根据串并联电联电路的特点及路的特点及闭闭合合电电路的欧姆定律路的欧姆定律进进行行动态动态分析分析【解析解析】R R2 2与灯与灯L L并并联联后与后与R R1 1串串联联，与，与电电源源构成构成闭

21、闭合合电电路，当温度降低路，当温度降低时时，电电阻阻R R2 2增大，增大，外外电电路路电电阻增大，阻增大，电电流表流表读读数减小，灯数减小，灯L L两端两端电电压压增大，灯泡亮度增大，灯泡亮度变变强强，R R1 1两端两端电压电压减小，故减小，故C C正确，其余各正确，其余各项项均均错错第三十二页，本课件共有47页2.2.如如图图6 61 16 6所示，将万用表的所示，将万用表的选选择择开关置于开关置于“欧姆欧姆”挡挡，再将，再将电电表的两表的两支表笔与支表笔与负负温度系数的温度系数的热热敏敏电电阻阻R Rt t的两的两端相端相连连，这时这时表表针针恰好指在刻度恰好指在刻度盘盘的正中的正中间

22、间若往若往R Rt t上擦一些酒精，表上擦一些酒精，表针针将向将向_(_(填填“左左”或或“右右”)”)移移动动；若用；若用吹吹风风机将机将热风热风吹向吹向电电阻，表阻，表针针将向将向_(_(填填“左左”或或“右右”)”)移移动动变式训练变式训练图图616左左右右第三十三页，本课件共有47页解析：若往解析：若往R Rt t上擦一些酒精，由于酒精蒸上擦一些酒精，由于酒精蒸发发吸吸热热，热热敏敏电电阻阻R Rt t温度降低，温度降低，电电阻阻值值增大，增大，所以所以电电流减小，指流减小，指针应针应向左偏；用吹向左偏；用吹风风机将机将热热风风吹向吹向电电阻，阻，电电阻阻R Rt t温度升高，温度升高

23、，电电阻阻值值减小，减小，电电流增大，指流增大，指针针向右偏向右偏答案：左右答案：左右第三十四页，本课件共有47页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在在一一一一个个个个很很很很小小小小的的的的矩矩矩矩形形形形半半半半导导导导体体体体（例例例例如如如如砷砷砷砷化化化化铟铟铟铟）薄薄薄薄片片片片上上上上，制制制制作作作作4 4个个电电极极，就就成成了了一一个个霍霍尔尔元元件。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第三十五页，本课件共有47页霍尔效应 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

24、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的电压的电压的电压的电压UH H。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第三十六页，本课件共有47页可以证明，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：d薄片的厚度薄片的厚度k霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔系数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

25、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，两移，两个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 第三十七页，本课件共有47页 例例3 3、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

26、、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？下表面下表面第三十八页，本课件共有47页类型三类型三霍尔元件的特性霍尔元件的特性例例例例3 3第三十九页，本课件共有47页图图617第四十页，本课件共有47页第四十一页，本课件共有47页【答案答案】(1)evB(2)证明见解析证明见解析第四十二页，本课件共有47页3.3.如如图图6 61 18 8所示是霍所示是霍尔尔元件元件的工作原理示意的工作原理示意图图，如果用，如果用d d表示薄表示薄片的厚度，片的厚度，k k为为霍霍尔尔系数，系数，对对于一个于一个霍霍尔尔元件元件d d、k k为为定定值值，如果保持，如果保持电电流流I I

27、恒定，恒定，则则可以可以验证验证U UH H随随B B的的变变化化情况以下情况以下说说法中正确的是法中正确的是()变式训练变式训练图图618第四十三页，本课件共有47页A A将永磁体的一个磁极逐将永磁体的一个磁极逐渐渐靠靠近霍近霍尔尔元件的工作面元件的工作面时时，U UH H将将变变大大B B在在测测定地球两极的磁定地球两极的磁场场强强弱弱时时，霍，霍尔尔元件的工作面元件的工作面应应保持保持水平水平C C在在测测定地球赤道上的磁定地球赤道上的磁场场强强弱弱时时，霍，霍尔尔元件的工作面元件的工作面应应保保持水平持水平D D改改变变磁感磁感线线与霍与霍尔尔元件工元件工作面的作面的夹夹角，角，U UH H将将发发生生变变化化第四十四页，本课件共有47页第四十五页，本课件共有47页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第四十六页，本课件共有47页感谢大家观看第四十七页，本课件共有47页