傳感器介紹課件

傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動(dòng)控制作用。一、傳感器的含義非電學(xué)量傳感器放大轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器(指針式電表)(數(shù)字屏)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳感器應(yīng)用的一般模式:二、常用的幾種傳感器1、干簧管2、光敏電阻3、熱敏電阻4、金屬熱電阻5、電容式位移傳感器6、霍爾元件是一種能感知磁場(chǎng)的傳感器電阻隨光照的增強(qiáng)而減小溫度升高電阻增大一般隨溫度升高電阻減?。ò雽?dǎo)體材料）（半導(dǎo)體材料）如圖所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)Ｓ閉合后在沒有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則（）A、R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B、R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C、R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì)D、

R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)A電容式位移傳感器能夠把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。

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)量如圖，霍爾元件是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極E、F、M、N而成。若在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個(gè)電壓叫霍爾電壓，其決定式為。式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)應(yīng)變片受到力的作用時(shí),它的阻值會(huì)發(fā)生變化,把應(yīng)變片放在合適的電路中,他能夠把物體物體的形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量,因而電子秤是力傳感器的應(yīng)用.應(yīng)變片唱卡拉OK用的話筒,內(nèi)有傳感器,其中有一種是動(dòng)圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈,線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中,當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí),就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào).下列說法正確的是()A、該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的

B、該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C、膜片振動(dòng)時(shí),穿過金屬線圈的磁通量不變D、膜片振動(dòng)時(shí),金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)

B動(dòng)圈式話筒

如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面渡有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在的電路中的其他量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容兩極板間的（）A、距離變化

B、正對(duì)面積變化

C、介質(zhì)變化

D、電壓變化電容式話筒A如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈。分流電阻R1＝R2＝500Ω，計(jì)算加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計(jì)。（1）分析電飯煲的工作原理。（2）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。（3）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？（3）如果不閉合開關(guān)S1，開始S2總是閉合的，R1被短路，功率為P1，當(dāng)溫度上升到80℃時(shí)，自動(dòng)斷開，功率降為P2，溫度降低到70℃，S2自動(dòng)閉合。溫度只能在70℃—80℃之間變化，不能把水燒開，不能煮熟飯。試題舉例角速度計(jì)（2）測(cè)物體加（角）速度

可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)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(zhǎng)度為l，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長(zhǎng)x,則kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-m

ω2)設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度的電阻為r1

U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-m

ω2)返回例1.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向按裝的固定光滑桿上套一個(gè)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(zhǎng)度。滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。

1.設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)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/mD.方向向右，大小為2kS/mD01010UP2.若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0Rx/R=U0S/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a（4）測(cè)位移例題：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C.物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D.物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)B2。熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等）的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等。

例題：如圖是一火警報(bào)警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)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(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)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R1R2R3AabEr

解：出現(xiàn)火情時(shí)溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B３.光電傳感器

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的。如自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理。

例題：（新教材2003天津理綜）如圖，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A.

1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV

解：反向截止電壓為0.60V，EKm=0.60eVW=hν-EKm=2.5-0.6=1.9eVA5.電容式傳感器

電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）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，則通過測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。圖甲是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

定片θ甲角度θ由于C∝S，動(dòng)片與定片間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起S的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量動(dòng)片與定片間的夾角θ圖乙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體乙h液面高度h由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測(cè)定C的變化，可以測(cè)量液面高度h的變化。圖丙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

固定電極可動(dòng)電極F丙壓力F由于C∝1/d，壓力F作用在可動(dòng)電極上，引起極板間距d的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量壓力F的變化。圖丁是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

極板電介質(zhì)丁x位移x由于C隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量位移x的變化。題目：隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)椋ǎ〢.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場(chǎng)D.改變了電容

D為了測(cè)量列車運(yùn)行的速度和加速度的大小，可采用如圖所示的裝置，它是由一塊安裝在列車頭底部的強(qiáng)磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測(cè)量?jī)x組成的（測(cè)量?jī)x未畫出）。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時(shí)，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，就能求出列車在各位置的速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強(qiáng)度為B=0.004T，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，長(zhǎng)L=0.2m，電阻0.4Ω（包括引線電阻），測(cè)試記錄下來的電流—位移如圖所示。試求：⑴在離O（原點(diǎn)）30m，130m處列車的速度v1和v2的大?、萍僭O(shè)列車是勻變速運(yùn)動(dòng)，求列車加速度的大小i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m處，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m處，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12）/2S=0.405m/s2例、用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)高溫報(bào)警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險(xiǎn)情時(shí)電鈴報(bào)警?？晒┻x擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。aedcb解：熱敏電阻受到光照射時(shí)電阻變小，將熱敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將學(xué)生用電源與電鈴分別接入c、d、e之間。正常時(shí)熱敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，綠燈亮。有險(xiǎn)情時(shí)，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強(qiáng)，吸住銜鐵，cd閉合，ce斷開，綠燈滅，電鈴響。練習(xí)、用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)由光敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路。要求是：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab解：光敏電阻受到光照射時(shí)電阻變小，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將交流電源與路燈接入c、e之間。220V光暗時(shí)光敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。光亮?xí)r，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強(qiáng)，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。03年上海高考18、（7分）圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測(cè)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(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖

；簡(jiǎn)要說明理由：

。（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，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(gè)可以應(yīng)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)范圍較大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由圖1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6—112.0熱敏溫度計(jì)如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于Ω檔，用光照射光敏電阻時(shí)表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣取?，則可判斷（）A.θ′=θB.θ′<θC.θ′>θD.不能確定θ和θ的關(guān)系′θB五、傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，起自動(dòng)控制作用。如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電熨斗、電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器……10．演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是（）A．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C．物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D．物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)03年上海理綜10B11．唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法正確的是（） A．該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C．膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變 D．膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)03年上海理綜11B12．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過程。下列屬于這類傳感器的是 （）