物理61傳感器及其工作原理精品課件新人教版選修PPT課件

1、第1頁/共23頁列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例，列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例， 遙控器控制電視開關(guān)遙控器控制電視開關(guān) 日光控制路燈的開關(guān)日光控制路燈的開關(guān) 聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開關(guān)等聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開關(guān)等 自動(dòng)門自動(dòng)門 等等 安檢門安檢門第2頁/共23頁第一節(jié)第一節(jié) 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理第3頁/共23頁一、什么是傳感器一、什么是傳感器（1 1）什么是傳感器？第4頁/共23頁磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化 簧片的磁化和去磁 電路的通斷 演示：第5頁/共23頁第6頁/共23頁傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、力、溫度、光、聲、化學(xué)成分

2、聲、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)化等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成成電壓、電流電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷電路的通斷。傳感器的定義：第7頁/共23頁（2 2）傳感器的作用是什么？）傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測量、傳測量、傳輸、處理和控制輸、處理和控制。 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強(qiáng)聲強(qiáng)光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容第8頁/共23頁

3、敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路（3 3）傳感器的工作原理）傳感器的工作原理 第9頁/共23頁二、常見制作傳感器的元件二、常見制作傳感器的元件第10頁/共23頁 1 1、干簧管：是一種能夠感知磁場的傳感器第11頁/共23頁根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材P P5757的內(nèi)容，思考問題：的內(nèi)容，思考問題：（1 1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2 2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？解釋？（3 3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？（4 4）如下圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多

4、用表）如下圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？的指針將如何偏轉(zhuǎn)？2、光敏電阻、光敏電阻 演示實(shí)驗(yàn)：將光敏電阻和多用表的歐姆檔相連，隨著光照不同，表有何變化？第12頁/共23頁（1）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。（2）光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。（4）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。光敏電阻工作原理：第13頁/共23頁三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材5858頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題：（1

5、 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？（2 2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？（4 4）演示實(shí)驗(yàn)：將熱敏電阻和多用表的歐姆檔相連，把熱敏電阻放到剩水的杯中，向杯里倒入熱水，第14頁/共23頁（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。化關(guān)系不相同。 金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低 半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好（2 2）熱敏電阻熱敏電阻靈敏度高靈敏度高，但，但化學(xué)穩(wěn)定

6、性較差化學(xué)穩(wěn)定性較差， 測量范圍較小測量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W(xué)；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。（3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化電阻量這個(gè)電學(xué)量。量轉(zhuǎn)化電阻量這個(gè)電學(xué)量。（4 4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。第15頁/共23頁 電容式傳感器能夠把電容式傳感器能夠把位移位移這個(gè)力學(xué)這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為量轉(zhuǎn)化為電容電容這個(gè)電學(xué)量。這個(gè)電學(xué)量。 插入電介質(zhì)，電容增

7、大插入電介質(zhì)，電容增大第16頁/共23頁四霍爾元件四霍爾元件 一個(gè)確定的霍爾元件一個(gè)確定的霍爾元件的的d d、k k、為定值，再保、為定值，再保持持I I不變，則不變，則U UH H的變化的變化就與就與B B成正比。這樣，霍成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。壓這個(gè)電學(xué)量。第17頁/共23頁推導(dǎo)霍爾電壓的公式推導(dǎo)霍爾電壓的公式 設(shè)載流子的電荷量為設(shè)載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為均速率為v v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)為，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)為n n，垂直電，垂直

8、電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹榱鞣较驅(qū)w板的橫向?qū)挾葹閍 a，則電流的微觀表達(dá)式為，則電流的微觀表達(dá)式為 載流子在磁場中受到的洛倫茲力載流子在磁場中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢差載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢差載流子受到的電場力為載流子受到的電場力為 當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場力平衡，即當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場力平衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nqnq是常數(shù)。是常數(shù)。 令令 則上式可寫為則上式可寫為 nqadvI aUqFHqvBf qvBaUqHnqdIBUH

9、nqk1dIBkUH第18頁/共23頁小小 結(jié)結(jié)1 1制作傳感器需要的敏感元件有制作傳感器需要的敏感元件有光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。2 2光敏電阻的阻值隨光的強(qiáng)度增大而減小。光光敏電阻的阻值隨光的強(qiáng)度增大而減小。光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。3 3熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小；金屬熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減??；金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱敏電阻熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這或金屬熱電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。

10、個(gè)電學(xué)量。4 4霍爾元件的霍爾電壓公式為：霍爾元件的霍爾電壓公式為： 霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。電壓這個(gè)電學(xué)量。5 5電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量電容這個(gè)電學(xué)量 nqdIBUH第19頁/共23頁例例1 1、如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中、如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R R1 1為光敏電阻，為光敏電阻，R R2 2為定值電阻此光為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（ ）A A當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射 R R1 1時(shí)，信號(hào)處理

11、系統(tǒng)獲得高電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B B當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次ACAC第20頁/共23頁例例2 2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，、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將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A A、B B兩兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表

12、的示數(shù)，下列說法中正確的是（察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是（ ）A A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻變化，這只元件一定是定值電阻C C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻ACAC第21頁/共23頁例例3 3、 如圖所示，有電流如圖所示，有電流I I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度