傳感器及其應用88951課件

第六章傳感器列舉生活中的一些自動控制實例，

遙控器控制電視開關(guān)；日光控制路燈的開關(guān)聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)；自動門安檢門等

音樂茶杯：茶杯平放桌上時，無聲無息，提起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂，邊閃爍著五彩的光芒。怎么回事

問題引入？音樂茶杯的工作開關(guān)又在哪里？開啟的條件是什么？

用書擋住底部（不與底部接觸），音樂停止，可見音樂茶杯受光照強度的控制。光照變化（光強變化）光照時光敏電阻阻值減小電路接通，音樂響起。

傳感器的定義：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。非電學量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學量傳感器的工作原理

：光電傳感器機油壓力傳感器超聲波傳感器常見傳感器電子秤離子感煙器明火探測器溫度傳感器濕度傳感器防盜報警器報警器里面用了一個干簧管，干簧管可以感知磁場而接通或斷開電路。2、光敏電阻

演示實驗：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？（1）隨著光照強度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。表明光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。光敏電阻受到光照時電阻會變?。?）光敏電阻是一種用硫化鎘半導體材料做成的，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。Ω例1、如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是（）A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次ACV例題2、如圖是一個溫度傳感器的原理示意圖,Rt是一個熱敏電阻器。試說明傳感器是如何把溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕摹tR溫度升高或降低導致Rt阻值發(fā)生變化，使電路中電流也發(fā)生變化，導致R上的電壓也發(fā)生改變，因此電壓表讀數(shù)將會發(fā)生變化，從而就將溫度的化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。思考方向?、兩電阻采取什么連接方式？2、轉(zhuǎn)變的電信號應該是哪個電學量？3、電壓表測的是哪個電阻的電壓？例題3如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是（

）A.

I

變大，U變大B.

I變小，U變小C.

I變小，U變大D.

I變大，U變小R1R2R3AabErB4、電容式位移傳感器電容式位移傳感器能夠把物體_____這個力學量轉(zhuǎn)換為_____這個電學量位移電容電容式位移傳感器示意圖被測物體x電容器極板電介質(zhì)板例題4

隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為（）A.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場D.改變了電容

D（1）材料：半導體如：砷化銦（2）工作原理圖NMFBEIUH霍爾元件工作原理圖（3）霍爾電壓:K為比例系數(shù)，稱為霍爾系數(shù)其大小與元件的材料有關(guān)。一個霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，則UH的變化就與B成正比。因此霍爾元件又稱磁敏元件?；魻栐軌虬裚__________這個磁學量轉(zhuǎn)換為____這個電學量磁感應強度電壓5.霍爾元件例題5、如圖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)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況．以下說法中正確的是

()A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，UH將變大B．在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平C．在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化ABD機理半導體材料應變片金屬梁上下表面各貼一個應變片自由端受到向下壓力梁發(fā)生彎曲上表面拉伸下表面壓縮R增大R減小片應變F越大應變片中R變化越大I

恒定輸出電壓差大例題6某學生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為k）如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池一個、電鍵及導線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請完成對該物體的測量m。（1）設(shè)計一個電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。（3）請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。力電轉(zhuǎn)換器受壓面_++_輸出輸入力電轉(zhuǎn)換器受壓面_++_V(1)電路設(shè)計(2)測量步驟調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。將質(zhì)量為m0

的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0。將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1。得k=U0/m0g由U0=km0g得m=m0U1/U0

由U1=kmg(3)可能出現(xiàn)的問題因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程絕緣支架電容式話筒薄金屬膜M固定電極N構(gòu)成電容器充電直流電源膜片M聲波趨動振動電容變化電容器充電放電電路中形成變化電流R兩端輸出與聲音規(guī)律相同的電壓例題7.電容式話筒的保真度比動圈式話筒好,其工作原理如圖所示,Q是絕緣支架,M是薄金屬膜和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電,當聲波使膜片振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流,當膜片向右運動的過程中有（）

A電容變大

B電容變小

C導線AB中有向左的電流

D導線AB中有向右的電流AC8.溫度傳感器電熨斗原理圖雙金屬片溫控原理例8、如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個控溫開關(guān)，手動閉合后，當此開關(guān)溫度達到居里點（103℃）時，會自動斷開。S2是一個自動控溫開關(guān)，當溫度低于70℃時會自動閉合；溫度高于80℃時，會自動斷開。紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈。分流電阻R1＝R2＝500Ω，計算加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計。（1）分析電飯煲的工作原理。（2）計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下消耗的電功率之比。（3）簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？冰箱溫度控制器M1測溫泡2細管3彈性金屬盒4彈簧片5動觸點6靜觸點7拉桿8凸輪9連桿冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盆體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設(shè)定的低溫時拉簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作．凸輪逆時針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度．火災報警器煙霧散射式火災報警器結(jié)構(gòu)原理在沒有發(fā)生火災時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當發(fā)生火災時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。原理工作測力測物體加速度測物體角速度測位移拓展性研究例1.如圖所示為一種測定風作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，O

是懸掛點，R0

是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細金屬絲始終保持良好接觸，無風時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風力大小有關(guān)），細金屬絲與電阻絲在C′點接觸，已知風力方向水平向左，OC=h，CD=l，球的質(zhì)量為

m，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時，電流表的示數(shù)為I′，此時風力大小為F，試寫出：(1)風力大小F

與θ的關(guān)系式.(2)風力大小F

與電流表示數(shù)I′

的關(guān)系式.PC′AOR0CDθF=R0+klI′I—R0kkmghh)(

例2.

慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m

的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k

的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導。設(shè)某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O

點的距離為S，則這段時間內(nèi)導彈的加速度（）A.方向向左，大小為kS/mB．方向向右，大小為kS/mC．方向向左，大小為2kS/m

D.方向向右，大小為2kS/m01010UPD若電位器（可變電阻）總長度為l，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0

上，當導彈以加速度a

沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P

產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導彈慣性制導系統(tǒng)的信息源，為控制01010UP導彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U

與a

的函數(shù)關(guān)系式。解答：∴S=ma/2k∵a=2kS/mU=RxRU0U0Sl==mU02kla例3.飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度可用結(jié)構(gòu)如圖所示的原理進行測量.當系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A

發(fā)生位移并輸出相應的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的制導系統(tǒng)的信息源。已知A

的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電Aω

S

PCBUO′O源的電動勢為E、內(nèi)阻不計.滑動變阻器總長也為l,電阻分布均勻,系統(tǒng)靜止時P

在B

點，當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時,試寫出輸出電壓U

與ω的函數(shù)式。解答：設(shè)彈簧伸長x,則kx=mω2(l+x)x=mω2l—kmω2即設(shè)滑動變阻器單位長度的電阻為r0

U=IRx=Exr0l

r0=xlE∴

U=Emω2k—mω21.

用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警?？晒┻x擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導線。aedcb課堂練習2.

圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應選擇的是圖

；簡要說明理由：

。（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0-100Ω）⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為

Ω。⑶舉出一個可以應用熱敏電阻的例子：_____________。VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V2電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大5.2111.6—112.0熱敏溫度計3.如圖所示甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的自動恒溫箱簡圖，箱內(nèi)電阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，R1為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖