傳感器及其工作原理

1、學習目標：學習目標：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難點：重點難點：對傳感器工作原理的理解對傳感器工作原理的理解易錯問題：易錯問題：對傳感器電路的動態(tài)分析對傳感器電路的動態(tài)分析酒精含量測試儀酒精含量測試儀雷達測速儀雷達測速儀電子秤電子秤紅外耳溫計紅外耳溫計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、飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場、振動測量；振動測量；“阿波羅阿波羅10”飛船對飛船對3

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

3、關控制門的開關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控制安全氣囊的開關控制天窗天窗/車窗車窗開關控制開關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警電路一種防盜門報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械自動化設備獲取外界信息機械自動化設備獲取外界信息1.1.傳感器的定義：傳感器的定義：轉換電路轉換電路物理信息物理信息化學信息化學信息生物信息生物信息電信號電信號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、化學成分力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成電壓、電流電壓、電流等電學量，或轉化為等電學量，或轉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測量、傳輸、處理和控制測量、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換元件轉換元件基本轉換電路被測量被測量電量敏感元件敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理

5、量的元件。一物理量的元件。轉換元件轉換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉換成電路參數(shù)或電敏感元件輸出的非電物理量轉換成電路參數(shù)或電量。量?；巨D換電路基本轉換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉換電路（簡稱轉換電上述電路參數(shù)接入基本轉換電路（簡稱轉換電路），便可轉換成電量輸出。路），便可轉換成電量輸出。物理、化學、物理、化學、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時電電路路特性：特性：光敏電阻對光敏感。當改變光照光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變。一般強度時，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強度的會隨著光照強度的增大

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弱這個光學量轉換為電阻這光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。個電學量。例例1.1.如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中如圖所示為光敏電阻自動計數(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數(shù)器的基為定值電阻此光電計數(shù)器的基本工作原理是（本工作原理是（ ）A A當有光照射當有光照射R R1 1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B B當有光照射當有光照射R R1 1時，信號處理系統(tǒng)

7、獲得低電壓時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次DD信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次AR1R2信號處理系統(tǒng)特性：特性：熱敏電阻的阻值會隨著溫度的熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高升高而而_，具有負溫度系數(shù)具有負溫度系數(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兩點兩點后，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片動片電介質電介質金屬芯線金屬芯線導電液體導電液體待測壓力待測壓力F固定電極固定電極可動電極可動電極x極板極板極板極板電介質電介質示意圖示意圖被測物體被測物體x電容器極板電容器極板電介質板電介質板待測壓力F固定電極膜片電極例例3 3傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F F作用于可動膜作用于可動膜片產(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、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路

10、，那么（計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（ ）A A當當F F向上壓膜片電極時，電容將減小向上壓膜片電極時，電容將減小B B當當F F向上壓膜片電極時，電容將增大向上壓膜片電極時，電容將增大C C若電流計有示數(shù)，則壓力若電流計有示數(shù)，則壓力F F發(fā)生變化發(fā)生變化D D若電流計有示數(shù)，則壓力若電流計有示數(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移，載流子在洛倫茲力作用下側移，兩個側面出現(xiàn)電勢差兩個側面出現(xiàn)電勢差. .當達到穩(wěn)定狀當

11、達到穩(wěn)定狀態(tài)時態(tài)時, ,洛侖茲力與電場力平衡洛侖茲力與電場力平衡電流的微觀表達式電流的微觀表達式 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，當光照射到電阻，當光照射到R3上的光強上的光強度增大時度增大時()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為負為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，當溫度降低時，溫度系數(shù)的熱敏電阻，當溫度降低時，電阻變大，電阻變大，L為小燈泡，當溫度降低時為小燈泡，當溫度降低時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小燈泡的亮度變強小燈

12、泡的亮度變強D小燈泡的亮度變弱小燈泡的亮度變弱熱敏電阻的特征熱敏電阻的特征2.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置于開關置于“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溫度系數(shù)的熱敏電阻與負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間若往這時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；若用吹風機將熱風吹向移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向電阻，表針將向_(填填“左左”或或“右右”)移動移動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將永磁體的一個磁極逐漸靠將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，近霍爾元件