第三章 傳感器.ppt

1、第三章傳感器,第二節(jié)傳感器的原理,1.了解傳感器的概念和種類，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義 2通過實(shí)驗知道常見敏感元件的工作原理(重點(diǎn)) 3能夠結(jié)合已學(xué)的知識，分析傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用事例(重點(diǎn)),一、什么是傳感器 1.定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成_的器件或裝置，通常由_和_組成,可用信號,敏感元件,轉(zhuǎn)換元件,2.傳感器的組成 傳感器一般由_元件、轉(zhuǎn)換元件和_電路三部分組成方框圖如圖所示,敏感,轉(zhuǎn)換,(1)敏感元件 直接感受被測量并將其變換成與被測量成一定關(guān)系的_的物理量 (2)轉(zhuǎn)換元件 將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成_量輸出. (3)轉(zhuǎn)換電路 將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)

2、換成_的電學(xué)量,易于測量,電學(xué),易于測量,二、傳感器的分類,速度,負(fù)荷,電阻應(yīng)變式,電容式,熱電式,電阻式,電容式,三、溫度傳感器的原理 1.熱敏電阻 (1)溫度特性：正溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度升高，電阻_；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度升高，電阻_ (2)特點(diǎn)：熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性實(shí)現(xiàn)溫度測量的與其他溫度傳感器相比，熱敏電阻的溫度系數(shù)_、靈敏度_、響應(yīng)迅速、測量線路簡單，,增大,減小,大,高,并且體積小、壽命長、價格便宜、耐濕、耐酸、耐堿、耐熱沖擊、耐振動，可靠性較 高熱敏電阻主要用于點(diǎn)溫度、小溫差溫度的測量，遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)測量與控制，以及溫度補(bǔ)償和電路的自動調(diào)整等,

3、2.溫度傳感器的原理 (1)實(shí)驗探究：將熱敏電阻接入如圖所示的電路 中，改變熱敏電阻的溫度，觀察電壓表的讀數(shù)變化，體會將溫度這一_轉(zhuǎn)換為_這一電學(xué)量,非電學(xué)量,電壓,(2)現(xiàn)象：溫度變化，電壓表示數(shù)發(fā)生變化 (3)結(jié)論：溫度傳感器可以將熱學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化 3.溫度傳感器的應(yīng)用 在日常生活中，各種家用電器的自動化、智能化工作都離不開溫度傳感器的應(yīng)用，如電飯煲、空調(diào)機(jī)、電熱水器、微波爐、飲水機(jī)等，都是通過溫度傳感器進(jìn)行檢測而實(shí)現(xiàn)溫度自動控制,想一想 1電磁爐、電蚊香、空調(diào)等可以自動感知周圍的溫度，從而自動控制自己的工作上述器材利用了哪類傳感器？ 提示：溫度傳感器,四、光電傳感器的原理

4、光敏電阻的特點(diǎn)：光敏電阻的電阻大小與光照的強(qiáng)弱_，光照強(qiáng)度越大，電阻_ 2.光電傳感器的原理 (1)實(shí)驗探究：將光敏電阻接入如圖所示的電路中，改變光敏電阻的光照強(qiáng)度，觀察電流表的讀數(shù)變化,有關(guān),越小,(2)現(xiàn)象：光照強(qiáng)度變化，電流表示數(shù)發(fā)生變 化 (3)結(jié)論：光敏電阻可以將光學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化 3.光電傳感器的應(yīng)用 光電傳感器的工作原理是將_轉(zhuǎn)換為_的傳感器光電傳感器的應(yīng)用：鼠標(biāo)器、火災(zāi)報警器、光控開關(guān) 等,光學(xué)量變化,電學(xué)量變化,想一想 2光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，其阻值變小，那么電阻率怎樣發(fā)生變化？,要點(diǎn)一對傳感器的認(rèn)識 學(xué)案導(dǎo)引 1.傳感器由哪幾部分組成？ 2.傳感器是如何

5、工作的？,(2)傳感器的組成 敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器官，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的 轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件 轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等,2.傳感器的原理：傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等這些輸出的信號是非常微弱的，通常需要經(jīng)過放大后，再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作,3.分類：(1)按傳感器所測量物理量分為：位移、力、速度、溫度、流量、氣體

6、成分等傳感器； (2)按傳感器工作原理分為：電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、熱電偶等傳感器； (3)按傳感器輸出信號性質(zhì)分：輸出為開關(guān)量(“1”和“0”或“開”和“關(guān)”)的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬信號的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器,(單選)下述儀器或裝置沒有用到傳感器的有() A自動報警器B水銀溫度計 C電視遙控器 D紅外線探測儀 【精講精析】選項A、C、D中的儀器或裝置的作用都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，因此都用到了傳感器,【答案】B 【規(guī)律總結(jié)】凡是能感受非電學(xué)量，并能把它們按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置都屬傳感器范疇,變式訓(xùn)練 1. (單選)下列哪一個是傳感器的核心部分(

7、) A敏感元件 B轉(zhuǎn)換元件 C預(yù)變換器 D轉(zhuǎn)換電路 解析：選B.轉(zhuǎn)換元件是傳感器的核心部分，利用各種物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等原理制成,要點(diǎn)二傳感器的原理 學(xué)案導(dǎo)引 1.敏感元件在傳感器中起什么作用？ 2.如何利用敏感元件的特性制成傳感器的核心元件？,1.光敏電阻的導(dǎo)電特性 光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng) 2.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn) (1)熱敏電阻：指用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻如圖線所示為某熱敏電阻的電阻溫度特性曲線,(2)金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的

8、升高而增大如圖線所示，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好,特別提醒： 按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小,3.霍爾元件的工作原理 (1)霍爾效應(yīng) 如圖所示，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體放在與之垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中當(dāng)電流通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的上側(cè)面A與下側(cè)面A之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),(2)霍爾元件 霍爾元件就是利用霍

9、爾效應(yīng)來設(shè)計的一個矩形半導(dǎo)體薄片，在其前、后、左、右分別引出一個電極，如圖所示，沿PQ方向通入電流I，垂直于薄片加勻強(qiáng)磁場B，則在MN間會出現(xiàn)電勢差U，使薄片厚度為d，PQ方向長度為l1，MN方向為l2.薄片中的帶電粒子 受到磁場力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 使N側(cè)電勢高于M側(cè)，造成 半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場,(單選)(2012鄭州高二檢測)右圖是一火警報警裝置的一部分電路示意圖，其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、b接報警器當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比 (),AI變大，U變大 BI變小，U變小 CI變小，U變大 DI變大，U變小 【審題指

10、導(dǎo)】抓住半導(dǎo)體熱敏特性即電阻隨溫度升高而減小，接下來則用電路動態(tài)變化的分析思路，按局部整體局部進(jìn)行,【精講精析】當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情 時，溫度升高，R2電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I總增大，路端電壓UEIr減 小，I總(rR1)增大，U并EI總(rR1)減 小，通過R3的電流I3減小，通過R2的電流II總I3增大，D項對,【答案】D 【題后反思】電路中涉及熱敏電阻或光敏電阻或金屬熱電阻時，熟記上述電阻阻值隨溫度變化的特點(diǎn)，然后依據(jù)動態(tài)電路問題的分析思 路，由部分到整體再到部分進(jìn)行分析,變式訓(xùn)練 2. (雙選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈 泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度

11、增大時() A電壓表的示數(shù)減小 BR2中電流強(qiáng)度增大 C小燈泡的功率增大 D電路的路端電壓降低,解析：選CD.可按以下流程進(jìn)行解題：,光敏電阻和熱敏電阻的綜合分析 經(jīng)典案例(雙選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中， 觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法 中正確的是(),A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是熱敏電阻 B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻 C用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻 D用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)相同

12、的一定是定值電阻,【解題樣板】此題考查了熱敏電阻、光敏電 阻、定值電阻的特性熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照變化而變化 【答案】AC 【題后反思】明確光敏電阻和熱敏電阻隨光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化的規(guī)律是解決這類問題的關(guān)鍵,傳感器的分類 常用傳感器是利用某些物理、化學(xué)或生物效應(yīng)進(jìn)行工作的根據(jù)檢測量的不同，可將傳感器分為物理型、化學(xué)型和生物型三類,物理型傳感器是利用被測量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、電場、磁場等)發(fā)生明顯變化的特性制成的，如光電傳感器、力電傳感器等 化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的敏感元件制成 的,生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測與識別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器，生物或生物物質(zhì)主要是指