魯科版選修32揭開傳感器的“面紗” 、常見傳感器的工作原理 課件（52張）.pptVIP

第1節(jié)揭開傳感器的 面紗 第2節(jié)常見傳感器的工作原理 目標(biāo)導(dǎo)航1 知道傳感器的概念 傳感器的種類及其一般結(jié)構(gòu) 2 知道光電傳感器的工作原理 在電路中的作用和實(shí)際應(yīng)用 重點(diǎn) 3 知道溫度傳感器的工作原理 在電路中的作用和實(shí)際應(yīng)用 重點(diǎn) 一 揭開傳感器的 面紗 1 什么是傳感器 1 定義 能夠感受 并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成 的器件或裝置 2 意義 利用傳感器可以方便地進(jìn)行 等 外界信息 電信號 自動(dòng)測量 自動(dòng)控制 2 種類繁多的傳感器 1 種類 按傳感器工作原理的不同傳感器分為 和生物傳感器 2 傳感器的結(jié)構(gòu) 物理傳感器 化學(xué)傳感器 想一想1 傳感器的應(yīng)用非常廣泛 傳感器的作用是什么 提示 傳感器的作用是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量 二 光電傳感器的原理1 光電傳感器 把 轉(zhuǎn)換成 的器件或裝置 2 光敏電阻 1 光敏電阻器是用金屬硫化物等 材料制成的 2 特點(diǎn) 光照越強(qiáng) 電阻 3 光敏電阻器一般用于光的 和光的 光信號 電信號 半導(dǎo)體 越小 測量 控制 3 干簧管繼電器 1 干簧管的工作原理 干簧管可以感受外界磁場 當(dāng)干簧管的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片處有磁場時(shí) 兩簧片 在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài) 磁場減弱時(shí)兩簧片又分開 在電路中的作用就是一個(gè)磁控開關(guān) 磁化 2 干簧管繼電器 構(gòu)造 由干簧管和繞在干簧管外的 組成 在電路中的作用 在電路中 可以根據(jù)流經(jīng)線圈的電流大小控制電路的 線圈 通斷 想一想2 如圖 r1是光敏電阻 當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí) ab端電壓如何變化 三 探究溫度傳感器的原理1 溫度傳感器的定義及其敏感元件溫度傳感器是一種將 轉(zhuǎn)化為 的裝置 溫度傳感器中常見敏感元件有 和 等 它們都是利用敏感元件的某種電學(xué)特性隨 變化而變化的特性制成的 溫度 電學(xué)量 熱敏電阻 熱電偶 溫度 2 熱敏電阻的構(gòu)造及特性熱敏電阻是用 材料制成的 其電阻值隨溫度變化明顯 ntc熱敏電阻 負(fù)溫度系數(shù) 的阻值 隨溫度升高而 ptc熱敏電阻的阻值隨溫度升高而 半導(dǎo)體 減小 增大 想一想3 溫度傳感器的原理是什么 提示 溫度傳感器利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性 把溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?要點(diǎn)一傳感器的分類 原理及應(yīng)用學(xué)案導(dǎo)引1 傳感器只能將力的信號轉(zhuǎn)變成電信號嗎 2 各類傳感器的工作原理及應(yīng)用都相同 對嗎 1 核心元件的組成 1 敏感元件是利用材料的某種敏感效應(yīng) 如熱敏 光敏 壓敏 力敏 濕敏 制成的 2 轉(zhuǎn)換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的 與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件 3 轉(zhuǎn)換電路的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量輸出 2 傳感器的原理 傳感器感受的通常是非電學(xué)量 如力 溫度 位移 濃度 速度 酸堿度等 而輸出的通常是電學(xué)量 如電壓 電流 電荷量等 這些輸出的信號是非常微弱的 通常需要經(jīng)過放大后 再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作 3 傳感器的分類 1 物理傳感器 工作原理 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測出待測物信息的傳感器 實(shí)例 如電容傳感器 電感傳感器 光電傳感器 壓力傳感器等 應(yīng)用 物理傳感器開發(fā)早 發(fā)展快 品種多 應(yīng)用廣 目前正向集成化 系統(tǒng)化 智能化方向發(fā)展 2 化學(xué)傳感器 工作原理 利用化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信息的傳感器 實(shí)例 如氣敏傳感器 濕敏傳感器等 應(yīng)用 化學(xué)傳感器比較有發(fā)展前途 在環(huán)境保護(hù) 火災(zāi)報(bào)警 醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器方面有極其廣泛的應(yīng)用 3 生物傳感器 工作原理 利用生物化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信息的傳感器 實(shí)例 如組織傳感器 細(xì)胞傳感器 酶傳感器等 應(yīng)用 生物傳感器專一性好 易操作 設(shè)備簡單 測量快速準(zhǔn)確 使用范圍廣 4 三類傳感器的異同 1 相同點(diǎn) 都能將感受到的非電學(xué)量信息轉(zhuǎn)化成電學(xué)量 都是利用敏感元件的某種敏感效應(yīng)制成的 2 不同點(diǎn) 三類傳感器的工作原理不同 所利用的敏感元件的敏感效應(yīng)不同 生物傳感器與物理傳感器和化學(xué)傳感器的最大區(qū)別在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì) 全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài) 速度 水箱溫度 油量 是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一 為模仿汽車油表原理 自制一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置 如圖所示 其中電源電壓保持不變 r是滑動(dòng)變阻器 它的金屬滑片是金屬桿的一端 小陽同學(xué)在裝置中使用了一只電壓表 圖中沒有畫出 通過觀察電壓表示數(shù) 可以了解油量情況 你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的 兩點(diǎn)之間 按照你的接法請回答 當(dāng)油箱中油量減少時(shí) 電壓表的示數(shù)將 填 增大 或 減小 精講精析 由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí) r的金屬滑片將會移動(dòng) 從而引起r兩端電壓的變化 且當(dāng)r r時(shí) ur ir可視為ur與r成正比 所以電壓表應(yīng)接在b c之間 當(dāng)油量減少時(shí) 電壓表示數(shù)將增大 答案 b c增大 名師點(diǎn)評 電學(xué)量具有便于控制 放大 衰減 波形整理 顯示 可儲存 遠(yuǎn)距離傳輸?shù)燃夹g(shù)方面的優(yōu)點(diǎn) 尤其是將電學(xué)量與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合 可以方便地實(shí)現(xiàn)信息的采集 處理 輸出的自動(dòng)化和智能化 所以現(xiàn)代信息技術(shù)與自動(dòng)控制中常將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量進(jìn)行信息收集 要點(diǎn)二光電傳感器的原理及光敏電阻學(xué)案導(dǎo)引1 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化嗎 2 光電傳感器為什么能把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?1 光電傳感器 是一種能夠感受光信號 并按照一定規(guī)律把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置 2 光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化 這樣光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻大小這個(gè)電學(xué)量 3 光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成 當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí) 會有更多的電子獲得能量成為自由電子 同時(shí)也形成更多的空穴 于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng) 4 常見的光電傳感器 光敏電阻 光電管 光電二極管 光電三極管 光電池等 它們都是利用某些物質(zhì)在光照射下電學(xué)特性隨之變化的性質(zhì)制成的 如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖 其中r1為光敏電阻 r2為定值電阻 對光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理描述錯(cuò)誤的是 a 當(dāng)有光照射r1時(shí) 信號處理系統(tǒng)獲得高電壓b 當(dāng)有光照射r1時(shí) 信號處理系統(tǒng)獲得低電壓c 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次d 工件每擋住光一次 信號處理系統(tǒng)就計(jì)數(shù)一次 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn) 1 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小 2 光敏電阻的變化將引起電路中電流的變化 3 電流的變化將引起輸出電壓的變化 精講精析 當(dāng)有光照射r1時(shí) 光敏電阻減小 電路中的電流增大 r2上獲得的電壓增大 信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 故a對b錯(cuò) 當(dāng)工件每擋住一次光時(shí) 應(yīng)該計(jì)一次數(shù) 故信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次 c d對 答案 b 變式訓(xùn)練1 如圖所示 將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋 再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻rg的兩端相連 這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中央 若用不透光的黑紙將rg包裹起來 表針將向 填 左 或 右 轉(zhuǎn)動(dòng) 若用手電筒光照射rg 表針將向 填 左 或 右 轉(zhuǎn)動(dòng) 解析 歐姆表的表盤刻度最右邊是0 最左邊是無窮大 將rg包裹起來 光敏電阻受光照變?nèi)?電阻增大 指針向左轉(zhuǎn)動(dòng) 用手電筒照射rg時(shí) 光敏電阻受光照變強(qiáng) 電阻減小 指針向右偏轉(zhuǎn) 答案 左右 要點(diǎn)三溫度傳感器的原理及熱敏電阻學(xué)案導(dǎo)引1 溫度升高 熱敏電阻的阻值一定減小嗎 2 熱敏電阻與金屬熱電阻相同嗎 1 溫度傳感器溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置 常見的溫度傳感器有熱敏電阻和熱電偶等 2 熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成 當(dāng)半導(dǎo)體材料的溫度升高時(shí) 必定接收了外界的能量 自己的內(nèi)能增加 加劇內(nèi)部分子 或原子 的熱運(yùn)動(dòng) 使很多束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?載流子增多 增強(qiáng)了導(dǎo)電性 熱敏電阻有溫度系數(shù)大 靈敏度極高 反應(yīng)迅速 體積小 壽命長等優(yōu)點(diǎn) 3 熱敏電阻的兩種類型熱敏電阻的電阻率隨溫度變化而明顯變化 常見的有兩種類型 1 正溫度系數(shù)熱敏電阻 ptc熱敏電阻 這種熱敏電阻的電阻率隨溫度升高而增大 其特性與金屬熱電阻相似 其電阻隨溫度的變化圖象如圖甲所示 2 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 ntc熱敏電阻 這種熱敏電阻的電阻率隨溫度升高而明顯減小 其電阻隨溫度的變化圖象如圖乙所示 4 熱敏電阻的用途熱敏電阻可以將溫度這一非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化 進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電流或電壓這些電學(xué)量的變化 理論上說 所有與溫度有關(guān)的問題都可以使用熱敏電阻 熱敏電阻的靈敏性好但穩(wěn)定性較差 測溫范圍較小 5 熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)別金屬熱電阻是利用金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大這一特性制成的 金屬熱電阻跟熱敏電阻一樣 都能把溫度變化這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量 但相比而言 金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好 測溫范圍大 而靈敏度較差 如圖所示 r1為定值電阻 r2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 l為小燈泡 當(dāng)溫度降低時(shí) a r1兩端的電壓增大b 電流表的示數(shù)增大c 小燈泡的亮度變強(qiáng)d 小燈泡的亮度變?nèi)?思路點(diǎn)撥 解答本題要注意下面兩個(gè)問題 1 r2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 說明其阻值隨溫度升高而減小 2 溫度降低說明熱敏電阻阻值發(fā)生變化 精講精析 當(dāng)溫度降低時(shí) 熱敏電阻的阻值增大 電路總的阻值增大 電流減小 r1兩端電壓減小 a b錯(cuò) 并聯(lián)部分電壓增大 燈泡功率增大 亮度變亮 d錯(cuò) c對 答案 c 變式訓(xùn)練2 如圖所示 將多用電表的選擇開關(guān)置于 歐姆擋 再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻rt的兩端相連 這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間 若往rt上擦一些酒精 表針將向 填 左 或 右 偏 若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 表針將向 填 左 或 右 偏 解析 若往rt上擦一些酒精 由于酒精蒸發(fā)吸熱 熱敏電阻rt溫度降低 電阻值增大 指針應(yīng)該向左偏 用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 電阻rt溫度升高 電阻值減小 指針應(yīng)該向右偏 答案 左右 傳感器的應(yīng)用 經(jīng)典案例 10分 溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào) 電冰箱等家用電器中 它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的 如圖甲所示 電源的電動(dòng)勢e 9v 內(nèi)阻不計(jì) g為靈敏電流表 內(nèi)阻rg保持不變 r為 熱敏電阻 其電阻阻值與溫度的關(guān)系如圖乙所示 閉合s 當(dāng)r的溫度等于20 時(shí) 電流表示數(shù)i1 2ma 當(dāng)電流表的示數(shù)i2 3 6ma時(shí) 熱敏電阻的溫度是多少 解題樣板 由圖象可知 在20 時(shí) r1 4k 由e i1 rg r1 得 rg 500 4分 當(dāng)i2 3 6ma時(shí) 由e i2 rg r2 可得 r2 2k 4分 對照乙圖中的圖象可知 當(dāng)r 2k 時(shí) 溫度t 120 2分 答案 120 轎車中的傳感器從上世紀(jì)80年代起 國際上出現(xiàn)了 傳感器熱 傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位 就拿一