傳感器及其工作原理

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是傳感器知道什么是傳感器2知道什么是光敏電阻、熱敏電阻、知道什么是光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻以及霍爾元件金屬熱電阻以及霍爾元件3知道傳感器的工作原理知道傳感器的工作原理重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)難點(diǎn)：對(duì)傳感器工作原理的理解對(duì)傳感器工作原理的理解易錯(cuò)問題：易錯(cuò)問題：對(duì)傳感器電路的動(dòng)態(tài)分析對(duì)傳感器電路的動(dòng)態(tài)分析酒精含量測(cè)試儀酒精含量測(cè)試儀雷達(dá)測(cè)速儀雷達(dá)測(cè)速儀電子秤電子秤紅外耳溫計(jì)紅外耳溫計(jì)航空航天宇宙飛船航空航天宇宙飛船 飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場(chǎng)、飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場(chǎng)、振動(dòng)測(cè)量；振動(dòng)測(cè)量；“阿波羅阿波羅10”飛船對(duì)飛船對(duì)3

2、295個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其中：中： 溫度傳感器溫度傳感器559個(gè)個(gè) 壓力傳感器壓力傳感器140個(gè)個(gè) 信號(hào)傳感器信號(hào)傳感器501個(gè)個(gè) 遙控傳感器遙控傳感器142個(gè)個(gè)專家說：專家說：整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體原理：原理：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用電電梯梯選層控制選層控制電電話話折疊式手機(jī)的開關(guān)折疊式手機(jī)的開關(guān)有線電話聽筒拿離時(shí)的開關(guān)控制有線電話聽筒拿離時(shí)的開關(guān)控制微波爐微波爐爐門的開關(guān)控制爐門的開關(guān)控制冰冰箱箱門的開

3、關(guān)控制門的開關(guān)控制煤氣表煤氣表流量控制流量控制汽汽車車安全氣囊的開關(guān)控制安全氣囊的開關(guān)控制天窗天窗/車窗車窗開關(guān)控制開關(guān)控制安全帶的扣妥安全帶的扣妥/松拖警示松拖警示一種防盜門報(bào)警電路一種防盜門報(bào)警電路干簧干簧管管視覺視覺嗅覺嗅覺聽覺聽覺味覺味覺觸覺觸覺光傳感器光傳感器濕度傳感器濕度傳感器氣體傳感器氣體傳感器聲音傳感器聲音傳感器味傳感器味傳感器溫度傳感器溫度傳感器壓力傳感器壓力傳感器人獲取外界信息人獲取外界信息機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備獲取外界信息機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備獲取外界信息1.1.傳感器的定義：傳感器的定義：轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路物理信息物理信息化學(xué)信息化學(xué)信息生物信息生物信息電信號(hào)電信號(hào)敏感元件敏感元件傳感器

4、傳感器傳感器是指這樣一類元件：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷電路的通斷。2.2.傳感器的作用傳感器的作用Text測(cè)量、傳輸、處理和控制測(cè)量、傳輸、處理和控制3 3、傳感器的組成、傳感器的組成 輔助電源輔助電源敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量被測(cè)量電量敏感元件敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理

5、量的元件。一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)或電敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)或電量。量。基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。物理、化學(xué)、物理、化學(xué)、生物信息生物信息光敏傳感器光敏傳感器聲敏傳感器聲敏傳感器燈燈聲聲音音光光線線控控制制電電路路延延時(shí)時(shí)電電路路特性：特性：光敏電阻對(duì)光敏感。當(dāng)改變光照光敏電阻對(duì)光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般會(huì)隨著光照強(qiáng)度的會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增大

6、增大而電阻值而電阻值減小減小。4 4、傳感器常用的敏感元件、傳感器常用的敏感元件 光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理 光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。個(gè)電學(xué)量。例例1.1.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R R1 1為光敏電阻，為光敏電阻，R R2 2為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（本工作原理是（ ）A A當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B B當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)

7、獲得低電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次DD信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次AR1R2信號(hào)處理系統(tǒng)特性：特性：熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高升高而而_，具有負(fù)溫度系數(shù)具有負(fù)溫度系數(shù)減小減小鉑電阻鉑電阻例例2 2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中只元件分別接入如圖所示電路中A A、B B兩點(diǎn)兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確

8、的是（姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（ ）ABA.A.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻大，這只元件一定是熱敏電阻B.B.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻這只元件一定是定值電阻C.C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻化較大，這只元件一定是光敏電阻D.D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示

9、數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻同，這只元件一定是定值電阻定片定片動(dòng)片動(dòng)片電介質(zhì)電介質(zhì)金屬芯線金屬芯線導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體待測(cè)壓力待測(cè)壓力F固定電極固定電極可動(dòng)電極可動(dòng)電極x極板極板極板極板電介質(zhì)電介質(zhì)示意圖示意圖被測(cè)物體被測(cè)物體x電容器極板電容器極板電介質(zhì)板電介質(zhì)板待測(cè)壓力F固定電極膜片電極例例3 3傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F F作用于可動(dòng)膜作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路

10、，那么（計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（ ）A A當(dāng)當(dāng)F F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B B當(dāng)當(dāng)F F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C C若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F F發(fā)生變化發(fā)生變化D D若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F F不發(fā)生變化不發(fā)生變化 BCCDFBEI IU UH H霍爾元件工作原理圖霍爾元件工作原理圖dIBkUHqBvbUqH)1(nqkdIBknqdIBUH其中vbdnqI)( 載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差. .當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀當(dāng)

11、達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)態(tài)時(shí), ,洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡電流的微觀表達(dá)式電流的微觀表達(dá)式 下表面下表面nedIBU 如圖所示，如圖所示，R1、R2為定值為定值電阻，電阻，L為小燈泡，為小燈泡，R3為光敏為光敏電阻，當(dāng)光照射到電阻，當(dāng)光照射到R3上的光強(qiáng)上的光強(qiáng)度增大時(shí)度增大時(shí)()光敏電阻的特性光敏電阻的特性如圖所示，如圖所示，R1為定值電阻，為定值電阻，R2為負(fù)為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻變大，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)AR1兩端的電壓增大兩端的電壓增大B電流表的示數(shù)增大電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強(qiáng)小燈

12、泡的亮度變強(qiáng)D小燈泡的亮度變?nèi)跣襞莸牧炼茸內(nèi)鯚崦綦娮璧奶卣鳠崦綦娮璧奶卣?.如圖如圖616所示，將萬用表的選擇所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于開關(guān)置于“歐姆歐姆”擋，再將電表的兩支表筆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間若往這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間若往Rt上擦一些酒精，表針將向上擦一些酒精，表針將向_(填填“左左”或或“右右”)移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向電阻，表針將向_(填填“左左”或或“右右”)移動(dòng)移動(dòng)霍爾元件的特性霍爾元件的特性【答案答案】(1)evB(2)證明見解析證明見解析A將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，近霍爾元件