傳感器及其工作原理課件

1、第六章 傳感器傳感器及其工作原理原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用！磁信號(hào) 電路的通斷聲信號(hào) 電信號(hào)聲音的轉(zhuǎn)換閱讀教材第51頁(yè)2、3段，思考：（1）什么是傳感器？（2）傳感器的作用是什么？ 一、傳感器1、定義： 傳感器是把非電學(xué)量(如位移、速度、力、磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度、光、聲等)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電壓、電流、電阻、電容等)的元器件. 非電學(xué)量 電學(xué)量 傳感器各種傳感器火災(zāi)報(bào)警器閱讀教材52頁(yè)的內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？（3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 二、敏感元件1

2、、光敏電阻二、敏感元件1、光敏電阻光照情況受光表面暴露受光表面遮住電阻阻值電阻小電阻大光學(xué)量電阻生活中哪些地方用到光敏電阻例1.如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，（ ） A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電路的路端電壓增大返回ABC閱讀教材53頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 二、敏感元件2、熱敏電阻2、熱敏電阻金屬熱電阻：規(guī)律：電阻隨溫度的升高而增大。熱敏電阻：規(guī)律：電阻隨溫

3、度的升高而減小。溫度電阻生活中哪些地方用到熱敏電阻?例4：如圖是一火警報(bào)警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是（ ）A.I 變大，U 變大 B.I 變小，U 變小 C.I 變小，U 變大 D.I 變大，U 變小 R1R2R3AabErB解析：當(dāng)R2處出現(xiàn)火情時(shí)，該處溫度升高。 R2 為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，由全電路的歐姆定律可知，路端電壓減小，該電阻兩端電壓減小，故R3兩端電壓減小，所以電流表示數(shù)減小。即U減小，I減小。提示：掌握各種元件的

4、特性和閉合電路的動(dòng)態(tài)分析是解題的關(guān)鍵R1R2R3AabEr霍爾電壓：一個(gè)霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，則UH的變化就與B成正比。磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓4、電容器（1）測(cè)定角度： （2）測(cè)定液面高度h： （3）測(cè)定壓力F： （4）測(cè)定位移x： 定片動(dòng)片電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極x極板極板電介質(zhì)力學(xué)量電容1、傳感器：2）原理：2、敏感元件：（1）光敏電阻 （光電傳感器）（2）熱敏電阻 （溫度傳感器）（3）霍爾元件 （磁傳感器）（4）電容器 （位移傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量非電學(xué)量 電學(xué)量1）概念：轉(zhuǎn)換為光學(xué)量 電阻溫度 電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度 電壓力學(xué)量 電容6.1 傳感

5、器及其工作原理 小結(jié)設(shè)計(jì)題 ： 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)由光敏電阻來(lái)控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路。要求是：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅。可供選擇的器材如下：光敏電阻、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、定值電阻、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線。（如有需要可以自行添加所需器材）ecab220V傳感器應(yīng)用（一）光控繼電器的工作原理是:當(dāng)照射光敏電阻時(shí),(1)光敏電阻的阻值 (變大或變小)； (2) 被控電路 (填“接通”或“斷開(kāi)”)。光控設(shè)備光敏電阻光照放大器MNN被控電路電源變小接通傳感器應(yīng)用的一般模式一、力傳感器的應(yīng)用電子秤1.電子秤使用的測(cè)力裝置是什么? 它是由什么元件組成的?2.簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理.裝置:力傳感器 元件:金

6、屬梁和應(yīng)變片 一、力傳感器的應(yīng)用電子秤金屬梁U1U2兩個(gè)應(yīng)變片的形變引起電阻變化 致使兩個(gè)應(yīng)變片的電壓差變化 1.電子秤使用的測(cè)力裝置是什么? 它是由什么元件組成的?3.應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？2.簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理.裝置:力傳感器 組成:金屬梁和應(yīng)變片 形變 電壓 一、力傳感器的應(yīng)用電子秤兩個(gè)應(yīng)變片的形變引起電阻變化 致使兩個(gè)應(yīng)變片的電壓差變化 數(shù)顯電子秤電路原理圖練習(xí)1.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)變片常用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大反之，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ABD閱讀教材

7、56頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考并回答:（1）話筒的作用是什么？（2）說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。（3）說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？ 話筒的作用是把聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 二、聲傳感器的應(yīng)用話筒 膜片在聲波下振動(dòng)，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生隨聲波變化的感應(yīng)電流。1、動(dòng)圈式話筒：音圈二、聲傳感器的應(yīng)用話筒金屬膜片永久磁鐵工作原理:電磁感應(yīng). 練習(xí)2:(2003上海試題)唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器.其中有一種是動(dòng)圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中,當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí),就將聲音信

8、號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào).下列說(shuō)法正確的是( )A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C.膜片振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬線圈的磁通量不變D.膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B2、電容式話筒：原理:Q是絕緣支架,薄金屬膜M 和固定電極N 形成一個(gè)電容器,被直流電源充電.當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí),電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流,于是電阻兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓.優(yōu)點(diǎn)：保真度好絕緣支架薄金屬膜固定電極練習(xí)3：電容式話筒將聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的( )A.距離變化 B.正對(duì)面積變化C.介質(zhì)變化 D.電壓變化A3、駐極體話筒：原

9、理:電介質(zhì)極化.(它由內(nèi)部的駐極體塑料膜感受聲波. 工作電壓: 36 V.)特點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，常用在盒式錄音機(jī)、聲控玩具等便宜的家電上駐極體背極塑料膜空隙較弱的聲音擴(kuò)音器揚(yáng)聲器1.話筒的作用是把_信號(hào)轉(zhuǎn)化為_(kāi)信號(hào)。 2.動(dòng)圈式話筒的工作原理：聲音 電磁感應(yīng)電 3.電容式話筒的工作原理：電容發(fā)生變化4.駐極式話筒的工作原理：電介質(zhì)極化二、聲傳感器的應(yīng)用話筒三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗1.雙金屬片溫度傳感器 思考：雙金屬片溫度傳感器的作用是什么？作用：控制電路的通斷。三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片

10、形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。(1)雙金屬片溫度傳感器 三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗電燙斗的構(gòu)造：(2)雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 (2)雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 思考與討論：常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗思考與討論：常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？ 答：常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)， 由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，

11、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，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用 (2)雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗思考與討論：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？ 答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的 (2)雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 三、溫度傳感器的應(yīng)用:1.電熨斗4、彈簧片 1、測(cè)溫泡 2、細(xì)管 3、膜盒 5、動(dòng)觸點(diǎn) 6、靜觸點(diǎn) 7、拉桿 8、凸

12、輪 9、連桿思考與討論：1、為什么溫度較高時(shí)壓縮機(jī)自動(dòng)工作，達(dá)到設(shè)定低溫后就自動(dòng)停止工作？2、凸輪為什么可以改變?cè)O(shè)定的溫度？氯甲烷及它的蒸氣三、溫度傳感器的應(yīng)用:2.電冰箱思考與討論：1、應(yīng)該把恒溫箱中的加熱器接在 A、B 還是 C、D 之間呢？2、要使箱內(nèi)溫度保持100，可變電阻R值應(yīng)調(diào)節(jié)多大？三、溫度傳感器的應(yīng)用:3. 恒溫箱一、力傳感器的應(yīng)用電子秤二、聲傳感器的應(yīng)用話筒 三、溫度傳感器的應(yīng)用 1.電熨斗; 2.電冰箱; 3. 恒溫箱 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 聲傳感器是把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào); 溫度傳感器常用做自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)小結(jié):6.2傳感器的應(yīng)用(一) 例題1：（2003上海考題）

13、演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來(lái)反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說(shuō)法正確的是 ( )A. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C. 物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D. 物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)B加速度計(jì) 例2. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向按裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然

14、長(zhǎng)度?；瑝K上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。1.設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為 2k S/mD01010UP2. 若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫(xiě)出U與a 的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2

15、kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa3傳感器的應(yīng)用（二）實(shí)例1溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋1、主要元件：感溫鐵氧體3、特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約1030C時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。注意：這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。2、材料：氧化錳、氧化鋅、和 氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成演示溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一塊小的永磁吸在一起。用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象? 溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，感溫鐵氧體的磁性消失，

16、 感溫鐵氧體與磁鐵分離。電飯鍋的結(jié)構(gòu)原理1、開(kāi)始做飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕？手松開(kāi)后這個(gè)按鈕是否恢復(fù)到圖示的狀態(tài)?開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。討論溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋2、煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否大致保持一定的溫度? 水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100不變。3、飯熟了，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化?這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生那些動(dòng)作？ 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱4、如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？ 如果用電飯

17、鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100不變，溫度低于“居里點(diǎn)103”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103才能自動(dòng)斷電。實(shí)例2溫度傳感器的應(yīng)用測(cè)溫儀1、元件：可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶，還可以是紅外線敏感元件等。2、優(yōu)點(diǎn)：電信號(hào)可以遠(yuǎn)距離輸送，因而溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀取溫度。閱讀教材，思考并回答下列問(wèn)題：（1）溫度傳感器測(cè)溫儀有何優(yōu)點(diǎn)？ 可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值因?yàn)闇囟刃盘?hào)變成電信號(hào)后可以遠(yuǎn)距離傳輸（2）常見(jiàn)的測(cè)溫元件有哪些？ 熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶及紅外線敏感元件等熱電偶：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)焊接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。 演示用傳感器觀測(cè)溫度的變化將微機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所配的溫度傳感器與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、畫(huà)圖的智能化功能。實(shí)例3光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器當(dāng)鼠標(biāo)在桌面上滾動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)X、y兩個(gè)方向的脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的