常見傳感器的工作原理　大顯身手的傳感器

1、第2節(jié)常見傳感器的工作原理第3節(jié)大顯身手的傳感器學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.認(rèn)識(shí)光敏電阻和熱敏電阻這兩種敏感元件，知道其特性(重點(diǎn))2.理解光電傳感器和溫度傳感器的工作原理(難點(diǎn))3.了解生活中傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用及給人類生產(chǎn)、生活帶來(lái)的便利.4.了解傳感器的設(shè)計(jì)思路.自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、常見傳感器的工作原理1光傳感器和溫度傳感器光傳感器溫度傳感器定義一種能夠感受光信號(hào)，并按照一定規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的裝置作用將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化常見敏感元件光敏電阻、光敏晶體管、光電池等熱敏電阻、熱電偶等構(gòu)造光

2、敏電阻由金屬硫化物等半導(dǎo)體材料制成熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成特性照射光強(qiáng)，則電阻小，照射光弱，則電阻大，其倍數(shù)可達(dá)1001 000倍靈敏度極高，響應(yīng)非?？霳TC熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù))其阻值隨溫度升高而減小，PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù))其阻值隨溫度升高而增大2.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(chǎng)，當(dāng)干簧管的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片處有磁場(chǎng)時(shí)，兩簧片被磁化，在磁力作用下由原來(lái)的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，磁場(chǎng)減弱時(shí)兩簧片分開(2)干簧管繼電器構(gòu)造：由干簧管和繞在管外的線圈組成作用：在電路中，可以根據(jù)流經(jīng)線圈的電流大小控制電路的通斷如圖5­2­1所示電路符號(hào)圖5­2&

3、#173;13電容式傳感器電容式傳感器以各種類型的電容器為傳感元件，它將被測(cè)量的非電學(xué)量的變化，轉(zhuǎn)化成電容量的變化根據(jù)改變電容的方式不同，電容式傳感器可分為變間隙式、變極板面積式和變介電常數(shù)式三種二、大顯身手的傳感器1洗衣機(jī)的水位控制裝置全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位控制裝置中使用壓力傳感器，當(dāng)筒內(nèi)水位到達(dá)設(shè)定高度時(shí)，凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)接觸控制電路的靜觸點(diǎn)，使控制電路接通，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門，接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源2自動(dòng)門(1)控制自動(dòng)門開關(guān)的是一種紅外線傳感器(2)自動(dòng)門工作流程3指紋識(shí)別器指紋識(shí)別器是通過(guò)電容傳感器來(lái)識(shí)別指紋的手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了電容陣列，由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異4傳感

4、器與機(jī)器人(1)機(jī)器人傳感器的分類機(jī)器人傳感器分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器(2)傳感器用途外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對(duì)機(jī)器人的刺激使機(jī)器人擁有類似人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等感覺，從而使機(jī)械人具有擬人化的特點(diǎn)內(nèi)部傳感器(如角度傳感器、關(guān)節(jié)傳感器等)用于檢測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài)基礎(chǔ)自測(cè)思考判斷1熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度的感知很靈敏(×)2半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時(shí)電阻大幅度變化()3光照越強(qiáng)，光敏電阻的阻值越小()4洗衣機(jī)的自動(dòng)控制裝置利用了壓力傳感器()5自動(dòng)門利用了紅外線傳感器()6指紋識(shí)別器是利用壓力傳感器(×)合作探究1光敏傳感器的敏感元件

5、一定是光敏電阻嗎？【提示】不一定，凡是在光照條件下電學(xué)特性隨之改變的都可用作光敏傳感器的敏感元件2壓力傳感器在洗衣機(jī)中實(shí)現(xiàn)了怎樣的信號(hào)轉(zhuǎn)化？其作用是什么？【提示】傳感器的膜盒中的膜片受力大小不同，膜片凸起情況不同，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)a與靜觸點(diǎn)b脫離，并與靜觸點(diǎn)c接觸，從而接通控制電路壓力傳感器將壓力這個(gè)力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電路的通斷，相當(dāng)于電路中的開關(guān)合 作 探 究·攻 重 難常見傳感器的工作原理1.光敏電阻的特性當(dāng)光敏電阻受到光照射時(shí)，會(huì)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)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小2熱敏電阻的兩種類型熱敏電阻的電阻率隨溫度變化

6、而明顯變化，常見的有兩種類型，圖5­2­2中甲為PTC型，乙為NTC型PTC型為正溫度系數(shù)熱敏電阻，NTC型為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻圖5­2­23熱敏電阻的應(yīng)用(1)電熨斗電熨斗的構(gòu)造：如圖5­2­3所示圖5­2­3電熨斗的自動(dòng)控溫原理其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，其作用是控制電路的通斷常溫下，上、下觸點(diǎn)是接觸的，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片的熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹系數(shù)大，下部金屬膨脹系數(shù)小，雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫

7、度的作用(2)電冰箱電冰箱中的自動(dòng)控制系統(tǒng)要獲取的信息都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為容易傳輸和處理的電信號(hào)電子溫控的核心之一是冷藏室傳感器和冷凍室傳感器它們是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻當(dāng)溫度升高時(shí)，其阻值減??；當(dāng)溫度降低時(shí)，其阻值增加(多選)如圖5­2­4所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)()圖5­2­4A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓降低思路點(diǎn)撥：解答本題的關(guān)鍵為：掌握光敏電阻的阻值隨光照變化的情況；應(yīng)用閉合電路或部分電路歐姆定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析ABCD當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3減小，整個(gè)電路中

8、的總電阻變小，總電流變大，電壓表示數(shù)增大，而路端電壓減小，R2上的電壓變小，通過(guò)R2的電流減小，流過(guò)小燈泡的電流增大，小燈泡的功率增大，故選項(xiàng)A、B、C、D正確光電傳感器電路的分析方法對(duì)含光電傳感器的電路一般按以下思路分析：(1)判斷電路的整體連接特點(diǎn)(2)由光敏電阻的變化判斷出整個(gè)電路總電阻的變化(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化(4)根據(jù)電路串并聯(lián)特點(diǎn)和歐姆定律判斷出各部分電路電壓和電流的變化，進(jìn)而得出電壓表、電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖5­2­5所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻，R是

9、普通定值電阻，下列說(shuō)法中正確的是()圖5­2­5A當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小B當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大C當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小D當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大ADB是光敏電阻，其阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小當(dāng)沒有物品擋住光時(shí)，光射向B，B的阻值減小，其電流變大，由UEIr知電壓表讀數(shù)變小，A正確，B錯(cuò)誤有物品時(shí)，光被擋住，B的阻值增大，電流減小，電壓表讀數(shù)變大，C錯(cuò)誤，D正

10、確2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(lái)工作的，如圖5­2­6甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E9 V，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5­2­6乙所示閉合S，當(dāng)R的溫度等于20 時(shí)，電流表示數(shù)I12 mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I23.6 mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是多少？圖5­2­6【解析】由乙圖知，t20 時(shí)，R4 k根據(jù)閉合電路歐姆定律I得2×103求得Rg500 又因I2即3.6×103故R2 k.由乙圖知t120 .【答案

11、】120 大顯身手的傳感器1.洗衣機(jī)水位控制裝置壓力傳感器工作原理圖及結(jié)構(gòu)圖5­2­7(1)結(jié)構(gòu)1是洗衣機(jī)的外筒，2是洗衣機(jī)的內(nèi)筒，3是氣室，4是傳感器的膜盒(2)工作原理如圖5­2­7(a)所示，氣室下部與外筒連通，上部與軟管、傳感器的膜盒連通當(dāng)向桶內(nèi)注水后，有一部分水進(jìn)入氣室，氣室內(nèi)被密封的空氣壓強(qiáng)增大，使傳感器的膜盒中的膜片受力向上凸起，如圖5­2­7(b)所示，當(dāng)筒中水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)，凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)a與靜觸點(diǎn)b脫離，并與靜觸點(diǎn)c接觸，從而接通控制電路，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門，接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源，洗衣機(jī)開始工作2自動(dòng)門紅外線傳

12、感器(1)工作原理當(dāng)有人接近自動(dòng)門時(shí)，人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收到，就會(huì)產(chǎn)生電壓輸出信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)電路處理后，使定時(shí)器工作，由定時(shí)器構(gòu)成的電路使繼電器通電，自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，門自動(dòng)打開；當(dāng)人通過(guò)自動(dòng)門幾秒后，定時(shí)器又使繼電器斷電，自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，門自動(dòng)關(guān)閉(2)工作流程圖(圖5­2­8)圖5­2­83指紋識(shí)別器電容傳感器工作原理：指紋識(shí)別器是通過(guò)電容器來(lái)識(shí)別指紋的傳感器表面集合了很多個(gè)電容器的極板，其外面是絕緣表面，當(dāng)用戶的手指放在絕緣表面上時(shí)，手指的皮膚就成了電容器的另一個(gè)極板，由于指紋的脊和谷相對(duì)于另一個(gè)極板的距離不同，使電容陣列不同位置的電容器

13、的電容值也不同通過(guò)讀取這些電容的差異，就能夠獲取指紋信息這樣就把指紋的信息轉(zhuǎn)化成了電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電路對(duì)電信號(hào)的比較，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋的識(shí)別4機(jī)器人與傳感器(1)機(jī)器人定義：是一種擬人化的電子機(jī)械裝置，具有一定的運(yùn)動(dòng)、感覺和判斷功能組成：機(jī)械系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、信息處理和控制系統(tǒng)(2)傳感器系統(tǒng)作用：機(jī)器人的感覺器官分類：外部傳感器和內(nèi)部傳感器有一種測(cè)量壓力的電子秤，其原理圖如圖5­2­9所示E是內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為6 V的電源，R0是一個(gè)阻值為300 的限流電阻，G是由理想電流表改裝成的指針式測(cè)力顯示器R是一個(gè)壓力傳感器，其阻值可隨壓力大小的變化而改變，其關(guān)系如下表所示C是一個(gè)

14、用來(lái)保護(hù)顯示器的電容器秤臺(tái)的重力忽略不計(jì)圖5­2­9壓力F/N050100150200250300電阻R/300280260240220200180(1)利用表中的數(shù)據(jù)寫出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式(2)若電容器的耐壓值為5 V，該電子秤的最大稱量值為多少？(3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度，則該測(cè)力顯示器的刻度是否均勻？思路點(diǎn)撥：分析本題的關(guān)鍵是根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)得出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達(dá)式，第三問刻度變換是否均勻要運(yùn)用閉合電路的歐姆定律來(lái)分析【解析】(1)由表中數(shù)據(jù)可知k0.4 /N所以電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達(dá)式為R(3000.4F) .(2)R上受到

15、的壓力越大，R的阻值越小，電容器兩端電壓越大，但不能超過(guò)5 V，所以，解得R的最小值為Rmin60 ，又因?yàn)镽min(3000.4Fmax) ，得出最大稱量值Fmax600 N.(3)電流表中的電流I，電流I與壓力F不是線性關(guān)系，則該測(cè)力顯示器的刻度不均勻【答案】(1)R(3000.4F) (2)600 N(3)不均勻處理含壓力傳感器電路的思路首先，審清題意，明確題干中力、電的轉(zhuǎn)換方式；其次，理清電路結(jié)構(gòu)，靈活利用閉合電路的歐姆定律列式；最后，充分利用數(shù)學(xué)知識(shí)分析物理問題針對(duì)訓(xùn)練3(多選)關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是()A應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成的B當(dāng)應(yīng)變片的表面被拉伸時(shí)，其電阻變大

16、，反之變小C傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D外力越大，輸出的電壓差值也越大BD應(yīng)變片一般是用半導(dǎo)體材料制成的，其表面被拉伸時(shí)電阻變大，被壓縮時(shí)電阻變小，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；電子秤中應(yīng)變式力傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也越大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確4如圖5­2­10所示為大型電子地磅電路圖，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，不稱物體時(shí)，滑動(dòng)觸頭P在A端，滑動(dòng)變阻器接入電路中的有效電阻最大，電流較??；稱重物時(shí)，在壓力作用下滑動(dòng)觸頭下移，滑動(dòng)變阻器有效電阻變小，電流變大這樣把電流對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的質(zhì)量，若滑動(dòng)變阻器上

17、A、B間長(zhǎng)度為l，最大阻值為R0，定值電阻的阻值也為R0，已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，則所稱重物重力G與電路中電流I的函數(shù)關(guān)系為()圖5­2­10AG2klBG2klCGkl DGkIlB設(shè)所稱重物重力為G時(shí)彈簧的壓縮量為x，由題意得Gkx此時(shí)，滑動(dòng)觸頭P距B端距離為lx，滑動(dòng)變阻器有效電阻為R0R0，由歐姆定律有I聯(lián)立解得G2kl.當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1電子秤使用的傳感器是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11452114】A超聲波傳感器B溫度傳感器C壓力傳感器 D紅外線傳感器C電子秤通過(guò)感知物體對(duì)它的壓力，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并由儀表顯示，來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量，

18、所以它感知的是壓力，使用了壓力傳感器，故C選項(xiàng)正確2(多選)計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號(hào)，激光掃描光盤信息時(shí)，激光頭利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來(lái)的脈沖信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖5­2­11所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()圖5­2­11A當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓B當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次AC當(dāng)光照射到光敏電阻R1上時(shí)，R1的電阻減小，電路中的電流增大，R2兩端電壓升高，信號(hào)處理系統(tǒng)得到高電壓；當(dāng)光被物品遮擋時(shí)，R1的電阻變大，而R2兩端電壓降低，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，計(jì)數(shù)器就計(jì)數(shù)一次，這樣高低交替變換的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)的處理，達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)的目的，由以上分析可知，選項(xiàng)A、C正確3傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件如圖5­2­12所示為一種電容傳感器，電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)電路中a、b構(gòu)