傳感器及其工作原理

第三章傳感器目前一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)自動(dòng)門(mén)引入新課自動(dòng)干手機(jī)目前三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)酒精含量測(cè)試儀雷達(dá)測(cè)速儀電子秤紅外耳溫計(jì)目前四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)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)、振動(dòng)測(cè)量；“阿波羅10”飛船對(duì)3295個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其中：溫度傳感器559個(gè)壓力傳感器140個(gè)信號(hào)傳感器501個(gè)遙控傳感器142個(gè)專家說(shuō)：整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體目前五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)什么是傳感器？干簧管防盜報(bào)警器報(bào)警器里面用了一個(gè)干簧管，干簧管可以感知磁場(chǎng)而接通或斷開(kāi)電路。原理：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(kāi)關(guān)的作用目前六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

電梯選層控制電話折疊式手機(jī)的開(kāi)關(guān)有線電話聽(tīng)筒拿離時(shí)的開(kāi)關(guān)控制微波爐爐門(mén)的開(kāi)關(guān)控制冰箱門(mén)的開(kāi)關(guān)控制煤氣表流量控制汽車(chē)安全氣囊的開(kāi)關(guān)控制天窗/車(chē)窗開(kāi)關(guān)控制安全帶的扣妥/松拖警示應(yīng)用對(duì)象功能干簧管的應(yīng)用目前七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)一種防盜門(mén)報(bào)警電路干簧管目前八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)視覺(jué)嗅覺(jué)聽(tīng)覺(jué)味覺(jué)觸覺(jué)光傳感器濕度傳感器氣體傳感器聲音傳感器味傳感器溫度傳感器壓力傳感器人獲取外界信息機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備獲取外界信息目前九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.傳感器的定義：轉(zhuǎn)換電路物理信息化學(xué)信息生物信息電信號(hào)敏感元件傳感器傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、磁、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)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。目前十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳感器非電學(xué)量傳感器電學(xué)量2.傳感器的作用Text聲音等磁場(chǎng)溫度受力電容等電阻電壓電流測(cè)量、傳輸、處理和控制目前十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)離子感煙器明火探測(cè)器溫度傳感器目前十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)光電傳感器濕度傳感器機(jī)油壓力傳感器超聲波傳感器目前十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)風(fēng)速傳感器全自動(dòng)血壓機(jī)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)目前十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1、光敏電阻制作傳感器常用的敏感元件特性：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。一般會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增大而電阻值減小。4、傳感器常用的敏感元件

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)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性變好目前十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)例1.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，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（）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)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AR1R2信號(hào)處理系統(tǒng)BD目前十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2、熱敏電阻目前十七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)熱敏電阻(1)特點(diǎn)：熱敏電阻的阻值大小與溫度的高低有關(guān)．溫度變化，阻值有明顯變化．(2)作用：熱敏電阻可以將溫度的高低這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量．目前十八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)金屬熱電阻鉑電阻

有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以做成傳感器，稱為熱電阻．金屬電阻隨溫度的升高而增加．金屬熱電阻也是將溫度的高低這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．目前十九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)（1）測(cè)定角度θ（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θ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)3、電容式傳感器目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)電容式位移傳感器電容式位移傳感器把力學(xué)量（位移）轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（電容）。示意圖被測(cè)物體x電容器極板電介質(zhì)板目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)待測(cè)壓力F固定電極膜片電極例2．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F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、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（）A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化BC目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

如圖6－1－3所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)光照射到R3上的光強(qiáng)度增大時(shí)(

)類(lèi)型一光敏電阻的特性例1圖6－1－3A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大【思路點(diǎn)撥】光敏電阻有隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而阻值減小的特征，由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)的分壓、分流原理對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析．ABC目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.如圖6－1－4所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于電阻擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的中央．若用不透光的黑紙將Rt包裹起來(lái)，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射Rt，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)．變式訓(xùn)練圖6－1－4左右目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

如圖6－1－5所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(

)A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強(qiáng)D．小燈泡的亮度變?nèi)躅?lèi)型二熱敏電阻的特征例2圖6－1－5C目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)【思路點(diǎn)撥】根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)及閉合電路的歐姆定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析．【解析】R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)．目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.如圖6－1－6所示，將萬(wàn)用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)．變式訓(xùn)練圖6－1－6左右目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)制作傳感器常用的敏感元件在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極，就成了一個(gè)霍爾元件。4、霍爾元件CDFBEIUH霍爾元件工作原理圖目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)霍爾效應(yīng)

當(dāng)電場(chǎng)力增大到與洛倫茲力相等時(shí)，內(nèi)外側(cè)端面間就形成一個(gè)穩(wěn)定的電場(chǎng)，此時(shí)兩端面形成一個(gè)穩(wěn)定的電壓UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)電壓叫做霍爾電壓目前三十頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)可以證明，霍爾電壓UH：d——薄片的厚度k——霍爾系數(shù)霍爾元件——把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量

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.當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡電流的微觀表達(dá)式目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)1、傳感器的概念小結(jié)2、傳感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)動(dòng)圈式話筒電容式話筒電熨斗電飯鍋目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)

例3、如圖所示，有電流I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問(wèn)金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？下表面目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)類(lèi)型三

霍爾元件的特性例3目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖6－1－7目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)【答案】

(1)evB(2)證明見(jiàn)解析目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十一頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.如圖6－1－8所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B