3-24.1传感器及其工作原理资料

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,,‹#›,,,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,1.,知道什么是传感器,.,3.,通过实物认识光敏电阻，了解光传感器的工作原理,.,2.,知道传感器的种类及其一般结构,.,4.1,传感器的原理,第,4,章 传感器与现代社会,3,、基本组成：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成：,2

2、,、基本作用：把,非电学物理量,(,如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照强度等,),转换成,电学量,(,如电压、电流、电容等,),，达到易于测量、便于传输、储存、处理方便及自动控制的作用,.,非电学量,,,转换器件,,敏感元件,,转换电路,,电学量,能感受外界信息，并将其按一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫做传感器,一 、传感器简介,,1,、传感器的概念,干簧管,,敏感元件,是传感器的核心，是利用材料的某种,敏感效应,制成的，它可以利用各种物理、化学、生物效应，将非电学参数的变化转换成电学参数的变化,.,转换器件,将敏感元件采集的信息进行处理,,,以电压或电流的形式通过,转换电

3、路,输出。,智能传感器,:,当转换电路采用计算机进行信息处理并输出数字信息时,,,这种传感器就叫做智能传感器,,,如机器人中使用的各种传感器大都是智能传感器,.,这种灯控制装置好像能“听到”我们的到来,,,开灯迎接；又好像能“看到”我们的离去,,,关灯节能,.,声光控延时开关：,能将声、光信息转换成电学量的传感器,——,声光控延时开关,.,二、光声控延时开关电路的工作原理,,光声控延时开关是在光照度低于某一值时用声音来控制开关的“开启”，若干分钟后延时 “自动关闭”的传感器,.,,光电转换器,声电转换器,电子线路,被控制线路,光声控延时开关,电路原理图,声电转换器件,光电转换器件,动圈式话筒就

4、是一种声电转换器,其内部电子线路的功能就是将光敏、声敏元件获得的电信息信号处理后，变为电子开关的开动作,.,控制电灯线路,,光敏电阻是一种光电转换器,光电传感器,:,,光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管,.,光电传感器是由光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的,.,光敏电阻,光照越强，,电阻越小,（,1,）,物理型传感器,：,利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测物信息的传感器，如电容传感器,,,电感传感器,,,光电传感器，压电传感器等,.,2,、,物理型传感器中,常见的敏感元件：,（,1,）,光敏电阻 （光电传感器）,（,2,）,热敏电阻和热电阻 （ 温度传感

5、器）,（,3,）,电容式传感器 （位移传感器）,（,4,）,霍尔元件 （磁传感器）,三、传感器的类型,1,、类型,（,2,）,化学型传感器,：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器，湿敏传感器等,.,（,3,）,生物型传感器,：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，如组织传感器，细胞传感器等,.,光敏电阻,3,、敏感元件特性,例：硫化镉是一种半导体材料，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。,,（,1,）其电阻率与,与光照强度有关,（,2,）其受到光照时,电阻会变小,（,3,）其能够将,光学量转化为电阻的变化。,热敏电阻,导电性能：半导体材料的

6、导电性能随温度升高而改善,特点：灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；,注意：,热敏元件分为：,热敏电阻,和,金属热电阻,两种,。,金属热电阻：,的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。,量的转换：,温度变化转换为电阻变化，再转换为电流或电压,机理：载流子随温度的升高明显增多，导电性能变好,特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而,减小,，具有负温度系数,1,）热敏电阻,,热敏电阻,R-T,关系示意图,材料：半导体,R,T,o,,2,）金属热电阻,特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而,增大,，具有正温度系数,材料：金属热电阻是用金属做成的,,R,T,O,金属热电阻,R-T,关系示意

7、图,热敏电阻与金属热电阻的比较,电容式位移传感器,电容式位移传感器能够把物体,位移,这个力学量转换为,电容,这个电学量,,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,,电容,C,决定于面积,S,、距离,d,及板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，会引起电容的变化，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。,图甲是测量,角度,θ,的电容式传感器，原理是,θ,变,S,变,C,变,,,定片,,θ,,甲,图乙是测量,液体深度,h,的电容式传感器，原理,h,变,S,变,C,变,,,金

8、属芯线,电介质,导电液体,乙,h,图丙是测量,压力,F,的电容式传感器，原理是,F,变,d,变,C,变,,,,,,固定电极,,,可动电极,F,丙,,,,N,M,F,B,E,I,U,H,霍尔元件工作原理图,霍尔元件,（,1,）材料：半导体 如：砷化铟,（,2,）工作原理图,（,3,）霍尔电压,:,在其他量恒定，则,U,H,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,磁感应强度,这个磁学量转换为,电压,这个电学量,作业,课本家庭作业,P,82,5,、,6,题,课本家庭作业,P,87,1,题,课时提升作业,P,81,、,82,,十一,例,1.,如图所示，,R,1,、,R,

9、2,为定值电阻，,L,是小灯泡，,R,3,为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）,A.,电压表的示数增大,,B.R,2,中电流减小,C.,小灯泡的功率增大,D.,电路的路端电压增大,A B C,例题,传感器的题型设计,1,、对传感器的的基本作用的认识,2,、对敏感元件特性的认识,3,、传感器在简单的自动控制电路的应用及电路的动态分析,2,、如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中,R,2,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,R,2,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（ ）,I,变大

10、，,U,变大,B.,,I,变小，,U,变小,C.,,I,变小，,U,变大,D.,,I,变大，,U,变小,,,,,R,1,R,2,R,3,A,a,b,E,r,,,B,电阻温度计：一般用,金属热电阻,制成,3,、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,：如图所示为光敏电阻,自动计数器的示意图，其中,R,1,为光敏电阻，,R,2,为定值电,阻．此光电计数器的基本工

11、,作原理是（ ）,A.,当有光照射,R,1,时，信号处理系统获得高电压,B.,当有光照射,R,1,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计数一次,D.,信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,BD,信号处理系统,2.,关于传感器及其作用，下列说法中正确的是,(,,),A,．传感器一般是把非电学量转换为电学量,B,．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断,C,．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制,D,．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以利用电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器,解析：选,ACD.,根据传感器的概念和工作原理可

12、以判断,A,、,C,正确．,B,选项中不一定把非电学量转化为电路的通断，还有其他的表现形式，故,B,错．动圈式话筒利用电磁感应将声音转化为电流，是传感器，,D,正确．,ACD,3.,敏感元件是传感器中的关键元件，它承担着直接,“,感知,”,和转换外界信息的任务．下列关于光敏电阻的说法正确的是,(,,),A,．光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而变化,B,．光敏电阻的电阻值不会随着光照强度的变化而变化,C,．光敏电阻是因为光照变化时发热才改变电阻值的,D,．光敏电阻受到光照变化时改变阻值与热效应无关,解析：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照射时用来导电的粒子极少，导电性能不好；随着光照的增强，

13、可用来导电的粒子增多，导电性能变好．所以光敏电阻的电阻值随着光照的增强而减小，这与热效应无关．,AD,内容总结,1.知道什么是传感器.。1.知道什么是传感器.。3.通过实物认识光敏电阻，了解光传感器的工作原理.。2.知道传感器的种类及其一般结构.。能将声、光信息转换成电学量的传感器——声光控延时开关.。光声控延时开关是在光照度低于某一值时用声音来控制开关的“开启”，若干分钟后延时 “自动关闭”的传感器.。其内部电子线路的功能就是将光敏、声敏元件获得的电信息信号处理后，变为电子开关的开动作.控制电灯线路。（1）其电阻率与与光照强度有关。导电性能：半导体材料的导电性能随温度升高而改善。特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而减小，具有负温度系数。特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而增大，具有正温度系数。材料：金属热电阻是用金属做成的。电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。图乙是测量液体深度h的电容式传感器，原理h变S变C变。图丙是测量压力F的电容式传感器，原理是F变d变C变。因此霍尔元件又称磁敏元件。AD,