傳感器介紹課件

傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動控制作用。一、傳感器的含義非電學(xué)量傳感器放大轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器(指針式電表)(數(shù)字屏)計算機(jī)系統(tǒng)傳感器應(yīng)用的一般模式:二、常用的幾種傳感器1、干簧管2、光敏電阻3、熱敏電阻4、金屬熱電阻5、電容式位移傳感器6、霍爾元件是一種能感知磁場的傳感器電阻隨光照的增強而減小溫度升高電阻增大一般隨溫度升高電阻減小（半導(dǎo)體材料）（半導(dǎo)體材料）如圖所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)Ｓ閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當(dāng)用光照射電阻R3時，則（）A、R3的電阻變小，a點電勢高于b點電勢B、R3的電阻變小，a點電勢低于b點電勢C、R3的電阻變小，a點電勢等于b點電勢D、

R3的電阻變大，a點電勢低于b點電勢A電容式位移傳感器能夠把物體的位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量。

霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量如圖，霍爾元件是在一個很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極E、F、M、N而成。若在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的勻強磁場B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個電壓叫霍爾電壓，其決定式為。式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)應(yīng)變片受到力的作用時,它的阻值會發(fā)生變化,把應(yīng)變片放在合適的電路中,他能夠把物體物體的形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量,因而電子秤是力傳感器的應(yīng)用.應(yīng)變片唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器,其中有一種是動圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場中,當(dāng)聲波使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?下列說法正確的是()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、膜片振動時,穿過金屬線圈的磁通量不變D、膜片振動時,金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動

B動圈式話筒

如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面渡有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在的電路中的其他量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容兩極板間的（）A、距離變化

B、正對面積變化

C、介質(zhì)變化

D、電壓變化電容式話筒A如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個控溫開關(guān)，手動閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點（103℃）時，會自動斷開。S2是一個自動控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時會自動閉合；溫度高于80℃時，會自動斷開。紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈。分流電阻R1＝R2＝500Ω，計算加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計。（1）分析電飯煲的工作原理。（2）計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。（3）簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？（3）如果不閉合開關(guān)S1，開始S2總是閉合的，R1被短路，功率為P1，當(dāng)溫度上升到80℃時，自動斷開，功率降為P2，溫度降低到70℃，S2自動閉合。溫度只能在70℃—80℃之間變化，不能把水燒開，不能煮熟飯。試題舉例角速度計（2）測物體加（角）速度

可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計。滑動變阻器總長也為l，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長x,則kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-m

ω2)設(shè)滑動變阻器單位長度的電阻為r1

U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-m

ω2)返回例1.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(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?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。

1.設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度（）A.

方向向左，大小為kS/mB．方向向右，大小為kS/mC．方向向左，大小為2kS/mD.方向向右，大小為2kS/mD01010UP2.若電位器（可變電阻）總長度為L，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沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0Rx/R=U0S/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a（4）測位移例題：（2003上?？碱}）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，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A.物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B.物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C.物體M不動時，電路中沒有電流D.物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)B2。熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。

例題：如圖是一火警報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之間接報警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓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R1R2R3AabEr

解：出現(xiàn)火情時溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B３.光電傳感器

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化的原理制成的。如自動沖水機(jī)、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。

例題：（新教材2003天津理綜）如圖，當(dāng)電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A.

1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV

解：反向截止電壓為0.60V，EKm=0.60eVW=hν-EKm=2.5-0.6=1.9eVA5.電容式傳感器

電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。圖甲是測量

的電容式傳感器，原理是

。

定片θ甲角度θ由于C∝S，動片與定片間的角度θ發(fā)生變化時，引起S的變化，通過測出C的變化，測量動片與定片間的夾角θ圖乙是測量

的電容式傳感器，原理是

。金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體乙h液面高度h由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測定C的變化，可以測量液面高度h的變化。圖丙是測量

的電容式傳感器，原理是

。

固定電極可動電極F丙壓力F由于C∝1/d，壓力F作用在可動電極上，引起極板間距d的變化，通過測出C的變化，測量壓力F的變化。圖丁是測量

的電容式傳感器，原理是

。

極板電介質(zhì)丁x位移x由于C隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，通過測出C的變化，測量位移x的變化。題目：隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因為（）A.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場D.改變了電容

D為了測量列車運行的速度和加速度的大小，可采用如圖所示的裝置，它是由一塊安裝在列車頭底部的強磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測量儀組成的（測量儀未畫出）。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，就能求出列車在各位置的速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強度為B=0.004T，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，長L=0.2m，電阻0.4Ω（包括引線電阻），測試記錄下來的電流—位移如圖所示。試求：⑴在離O（原點）30m，130m處列車的速度v1和v2的大小⑵假設(shè)列車是勻變速運動，求列車加速度的大小i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m處，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m處，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12）/2S=0.405m/s2例、用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警。可供選擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。aedcb解：熱敏電阻受到光照射時電阻變小，將熱敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將學(xué)生用電源與電鈴分別接入c、d、e之間。正常時熱敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，綠燈亮。有險情時，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強，吸住銜鐵，cd閉合，ce斷開，綠燈滅，電鈴響。練習(xí)、用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab解：光敏電阻受到光照射時電阻變小，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將交流電源與路燈接入c、e之間。220V光暗時光敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。光亮?xí)r，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。03年上海高考18、（7分）圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應(yīng)選擇的是圖

；簡要說明理由：

。（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0-100Ω）⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為

Ω。⑶舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_____________。VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V2電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由圖1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6—112.0熱敏溫度計如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于Ω檔，用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣取洌瑒t可判斷（）A.θ′=θB.θ′<θC.θ′>θD.不能確定θ和θ的關(guān)系′θB五、傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，起自動控制作用。如計算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電熨斗、電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器……10．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，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是（）A．物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B．物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C．物體M不動時，電路中沒有電流D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)03年上海理綜10B11．唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｏ铝姓f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．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢03年上海理綜11B12．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程。下列屬于這類傳感器的是 （）