第五章傳感器

第五章傳感器1認(rèn)識(shí)傳感器一、初識(shí)傳感器1．定義：能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)(主要是電信號(hào))的器件或裝置。2．功能：傳感器通常用在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù)，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。3．組成與結(jié)構(gòu)(1)組成：傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成(2)結(jié)構(gòu)：eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換元件)→eq\x(電學(xué)量)二、敏感元件1．光敏元件(1)光敏電阻是一種典型的光敏元件，廣泛應(yīng)用于光敏傳感器。(2)光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，當(dāng)光照射到這些半導(dǎo)體物質(zhì)上時(shí)，會(huì)激發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)部受束縛的電子，其阻值會(huì)發(fā)生改變。光照越強(qiáng)被激發(fā)出的電子數(shù)就越多，電阻就越小。(3)特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻越小。2．熱敏元件(1)熱敏電阻是一種常用的熱敏元件，廣泛應(yīng)用于溫度傳感器。(2)熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻有隨溫度的改變而改變的特性。(3)分類：①電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。②電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。3．磁敏元件(1)霍爾元件是根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏元件，廣泛應(yīng)用于磁傳感器。(2)構(gòu)造：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)引出端子，就成為一個(gè)霍爾元件。產(chǎn)生霍爾電壓的示意圖(3)霍爾電壓：UH＝keq\f(IB,d)。①其中d為霍爾元件的厚度，k為與材料有關(guān)的霍爾系數(shù)。②對(duì)于一個(gè)給定的霍爾元件，當(dāng)電流I固定時(shí)，則UH完全取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度B。(4)作用：把磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量轉(zhuǎn)換為電壓的測(cè)量。2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用一、傳感器及其工作原理1．傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出．通常是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷．2．非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制．3．傳感器的組成：傳感器的基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成．4．傳感器應(yīng)用的一般模式：二、光敏電阻光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，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．三、金屬熱電阻和熱敏電阻1．金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，利用這一特性，金屬絲可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻．2．熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。摹㈦娮钁?yīng)變片1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．2．電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)．3．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．3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置一、實(shí)驗(yàn)1門窗防盜報(bào)警裝置1．實(shí)驗(yàn)器材和裝置干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在，繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置，發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用，蜂鳴器H作為報(bào)警提醒，電路設(shè)計(jì)如圖1.圖12．電路工作原理當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作，當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警．3．實(shí)驗(yàn)操作(1)檢查干簧管，用磁體直接靠近干簧管，觀察干簧管簧片能否正常動(dòng)作．(2)連接電路，連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作．(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．二、實(shí)驗(yàn)2光控開關(guān)1．實(shí)驗(yàn)器材和裝置光敏電阻完成光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，晶體三極管將電流進(jìn)行放大，同時(shí)具有完成斷路和接通的開關(guān)作用．發(fā)光二極管LED模仿路燈．電路設(shè)計(jì)如圖2甲．圖2為了能夠驅(qū)動(dòng)更大功率的負(fù)載，需用繼電器來(lái)啟、閉另外的供電電路，如圖乙所示．2．電路工作原理(1)光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值小，三極管不導(dǎo)通，繼電器斷路，處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．(2)光較弱時(shí)，光敏電阻阻值變大，三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合，點(diǎn)亮小燈泡L.3．實(shí)驗(yàn)操作(1)連接電路，檢查無(wú)誤后，接通電源．(2)用白光照射光敏電阻，調(diào)節(jié)R1，使發(fā)光二