【教學(xué)】常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用

2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用第五章傳感器新課引入

我們知道，傳感器可以感受光強(qiáng)、溫度、力、磁等非電學(xué)量，并把它們轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出。那么，常見(jiàn)的傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應(yīng)用呢？一、光敏電阻1、構(gòu)成：有一些物質(zhì)，例如硫化鎘，電阻率與所受光照的強(qiáng)度有關(guān)。把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的梳狀電極，這樣就制成了一個(gè)光敏電阻。2、原理：光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，原因是：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)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。3、作用：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。一、光敏電阻實(shí)驗(yàn)：觀察光敏電阻特性將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，選擇開(kāi)關(guān)置于倍率為“×1k”的電阻擋。在室內(nèi)自然光的照射下，電阻約有多大？用手掌遮光時(shí)電阻又是多少？用陽(yáng)光直接照射呢？換用一只普通的電阻，小心地把它表面的漆層除去一些，使里面的導(dǎo)電膜露出來(lái)接受光照。重做上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同嗎？一、光敏電阻4、應(yīng)用：光電自動(dòng)計(jì)數(shù)器二、金屬熱電阻1、原理：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。ORT3、作用：把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成為電阻這個(gè)電學(xué)量2、特點(diǎn)：溫度越高，電阻越大。4、應(yīng)用：溫度傳感器三、熱敏電阻1、原理：半導(dǎo)體的性能，如氧化錳。3、作用：把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成為電阻這個(gè)電學(xué)量2、特點(diǎn)：溫度越高，電阻越小。4、應(yīng)用：溫度傳感器、檢測(cè)油箱的警戒液位ORT熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)別四、電阻應(yīng)變片1、原理：（1）金屬電阻應(yīng)變片：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化，即金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

（2）半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片：半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。2、作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。四、電阻應(yīng)變片3、應(yīng)變式力傳感器應(yīng)用——電子秤彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片。在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的電阻變化就越大。如果讓?xiě)?yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越大。四、電阻應(yīng)變片力傳感器除了測(cè)量重力外（如圖所示），應(yīng)變式力傳感器也用來(lái)測(cè)量其他各種力，如汽車(chē)和卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引力等。4、力傳感器其他應(yīng)用五、電容式傳感器2、應(yīng)用——測(cè)位移如圖所示，當(dāng)被測(cè)物體在左、右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。3、電容式位移傳感器能夠把物體位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。1、原理：電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間的距離d以及極板間的電介質(zhì)這三個(gè)因素。如果某個(gè)物理量的變化能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定這個(gè)物理量的變化，由此可以制成電容式傳感器。六、霍爾元件1、原理：霍爾元件也是一種重要的磁敏元件，它根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成。3、作用：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。2、特點(diǎn)：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。4、應(yīng)用：檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化、測(cè)量微小位移。典題剖析例1．傳感器已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中，下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法正確的是(

)A．火警報(bào)警器使用了壓力傳感器B．冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器C．商場(chǎng)里的自動(dòng)門(mén)使用了光傳感器D．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈使用了溫度傳感器解析：火警報(bào)警器使用了溫度傳感器，故A錯(cuò)誤；冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器，故B正確；一般人體都有恒定的體溫，一般在37℃，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人走向門(mén)口時(shí)，門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，是因?yàn)榘惭b了紅外線傳感器，從而能感知紅外線，導(dǎo)致門(mén)被打開(kāi)，故C錯(cuò)誤；燈要求夜晚亮、白天熄，而白天有光，黑夜沒(méi)有光，則是由光導(dǎo)致電路的電流變化，所以電路中光傳感器導(dǎo)致電阻變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此是利用半導(dǎo)體的光敏性，即為光電傳感器，故D錯(cuò)誤。答案：B典題剖析例2.如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)(

)A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不動(dòng)D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)解析：壓力F作用時(shí)，極板間距d變小，由C的