传感器及其工作原理05851.ppt

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1、课标定位学习目标：学习目标：1.知道什么是传感器知道什么是传感器2知道什么是光敏电阻、热敏电阻、知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔元件金属热电阻以及霍尔元件3知道传感器的工作原理知道传感器的工作原理重点难点：重点难点：对传感器工作原理的理解对传感器工作原理的理解易错问题：易错问题：对传感器电路的动态分析对传感器电路的动态分析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

2、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个个 压力传感器压力传感器140个个 信号传感器信号传感器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

3、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一种防盗门报警电路一种防盗门报警电路干簧干簧管管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

4、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

5、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

6、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明火探测器明火探测器温度传感器温度传感器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

7、：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硫化镉是一硫化镉是一种半导体材料，种半导体材料，种半导体材料，种半导体材料，无光照时，载流无光照时，载流无光照时，载流无光照时，载流子极少，导电性子极少，导电性子极少，导电性子极少，导

8、电性能不好；随着光能不好；随着光能不好；随着光能不好；随着光照的增强，载流照的增强，载流照的增强，载流照的增强，载流子也增多，导电子也增多，导电子也增多，导电子也增多，导电性变好性变好性变好性变好例例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

9、 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BD2 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

10、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

11、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（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

12、（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

13、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个个个个电电电电极极极极，就就就就成成成成了了了了一一一一个个个个霍霍霍霍尔尔尔尔元件。元件。元件。元件。4 4、霍尔元件、霍尔元件、霍尔元件、霍尔元件C

14、DFBEI 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

15、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

16、表达式 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，有一磁感应强度为，有一磁感应强度为B B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位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？下表面下表面如图所示，如图所示，R1、R2为定值为定值电阻，电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏为光敏电阻，当光照射到电阻，当光照射到R3上的光强上的光强度增大时度增大时()类型一类型一类型一类型一

17、光敏电阻的特性光敏电阻的特性A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大【思路点拨思路点拨】光敏电阻有随着光照强度光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析动态分析【解析解析】当照射光强度增大时，当照射光强度增大时，光敏电阻光敏电阻R R3 3的阻值变小，的阻值变小，R R3 3与与L L串联后串联后再与再与R R2 2并联的总电阻值变小、干路中并联的总电阻值变小、干路

18、中总电流变大，总电流变大，R R1 1两端电压变大，两端电压变大，A A正确；正确；R R2 2两端电压减小，通过两端电压减小，通过R R2 2的电流减小，的电流减小，B B正确；总电流变大，通过正确；总电流变大，通过R R2 2的减小，的减小，所以通过小灯泡所以通过小灯泡L L的电流变大，灯泡变的电流变大，灯泡变亮，功率增大，亮，功率增大，C C正确因为干路中电正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，流变大，内电压变大，路端电压变小，D D错误故选错误故选ABC.ABC.1.如图如图614所示，将多用电表的选所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将电表的两支表择开关置于电阻挡，再

19、将电表的两支表笔分别与光敏电阻笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向包裹起来，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动；若用转动；若用手电筒光照射手电筒光照射Rt，表针将向，表针将向_(选选填填“左左”或或“右右”)转动转动解析解析：光敏电阻受光照：光敏电阻受光照越强，电阻越小，电流越强，电阻越小，电流越大，所以将越大，所以将Rt包裹起来包裹起来电阻增大，指针向左偏，电阻增大，指针向左偏，反之向右偏反之向右偏答案答案：左右左右如图所示，如图所示，R1为定值电阻，为定值电

20、阻，R2为负为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时为小灯泡，当温度降低时AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱类型二类型二类型二类型二热敏电阻的特征热敏电阻的特征【思路点拨思路点拨】根据串并联电路的根据串并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析分析【解析解析】R2与灯与灯L并联后与并联后与R1串联，串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻电阻R2

21、增大，外电路电阻增大，电流增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯表读数减小，灯L两端电压增大，灯泡两端电压增大，灯泡亮度变强，亮度变强，R1两端电压减小，故两端电压减小，故C正确，正确，其余各项均错其余各项均错2.如图如图616所示，将万用表的选择所示，将万用表的选择开关置于开关置于“欧姆欧姆”挡，再将电表的两支表笔挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒精，表针将向上擦一些酒精，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动；若用吹风机将热风吹向移动；若用吹风

22、机将热风吹向电阻，表针将向电阻，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动移动变式训练变式训练变式训练变式训练解析：若往解析：若往R Rt t上擦一些酒精，上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻由于酒精蒸发吸热，热敏电阻R Rt t温度降低，电阻值增大，所以电温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻机将热风吹向电阻，电阻R Rt t温度温度升高，电阻值减小，电流增大，升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏指针向右偏答案：左右答案：左右类型三类型三类型三类型三霍尔元件的特性霍尔元件的特性【答案答案】(1)evB(2)证明见解析证

23、明见解析3.如图所示是霍尔元件的工作原理如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用示意图，如果用d表示薄片的厚度，表示薄片的厚度，k为霍尔为霍尔系数系数，对于一个霍尔元件，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流为定值，如果保持电流I恒定，则可以恒定，则可以验证验证UH随随B的变化情况以下说法中的变化情况以下说法中正确的是正确的是()变式训练变式训练变式训练变式训练A将永磁体的一个磁极逐渐靠将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，近霍尔元件的工作面时，UH将变大将变大B在测定地球两极的磁场强弱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时，霍尔元件的工作面应保持水平C在测定地

24、球赤道上的磁场强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弱时，霍尔元件的工作面应保持水平平D改变磁感线与霍尔元件工作改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，面的夹角，UH将发生变化将发生变化1 1、传感器的概念、传感器的概念小小 结结2 2、传感器的工作原理：、传感器的工作原理：3 3 3 3、敏感元件：、敏感元件：、敏感元件：、敏感元件：（1 1 1 1）光敏电阻）光敏电阻）光敏电阻）光敏电阻 （光电传感器）（光电传感器）（光电传感器）（光电传感器）（2 2 2 2）热敏电阻和热电阻）热敏电阻和热电阻）热敏电阻和热电阻）热敏电阻和热电阻 （温度传感器）温度传感器）温度传感器）温度传感器）（3 3 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 （位移传感器）（位移传感器）（位移传感器）（位移传感器）（4 4 4 4）霍尔元件）霍尔元件）霍尔元件）霍尔元件 （磁传感器）（磁传感器）（磁传感器）（磁传感器）非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量动圈式话筒动圈式话筒电容式话筒电容式话筒电熨斗电熨斗电饭锅电饭锅