傳感器及其應用 經(jīng)典

傳感器及其應用課件經(jīng)典課件第一頁，共三十頁，2022年，8月28日光電傳感器濕度傳感器機油壓力傳感器超聲波傳感器第二頁，共三十頁，2022年，8月28日一、什么是傳感器?

傳感器是指這樣一些元件：它能夠感受諸如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光，化學成分等非電學量，并能把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量

的一種組件，起自動控制作用

。第三頁，共三十頁，2022年，8月28日非電學量

電學量傳感器角度位移速度加速度壓力溫度濕度聲強光照強度………電壓電流電阻電容第四頁，共三十頁，2022年，8月28日傳感器：一般由

敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路

三部分組成

轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路非電物理量電學量第五頁，共三十頁，2022年，8月28日防盜報警器

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。1.干簧管第六頁，共三十頁，2022年，8月28日常見傳感器及工作原理2、光敏電阻（光電傳感器）第七頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。（2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘（CdS）是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；光照增強，載流子增多，導電性能變好。（3）光敏電阻將光學量（光照強度）轉(zhuǎn)化為電學量（電阻）。光敏電阻的特性：第八頁，共三十頁，2022年，8月28日例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AC第九頁，共三十頁，2022年，8月28日3、熱敏電阻和金屬熱電阻（1）導電性能與溫度的變化關(guān)系。半導體材料的導電性能隨溫度升高而變好（電阻率隨溫度升高而減?。?；金屬導體的導電性能隨溫度升高而降低（電阻率隨溫度升高而增大）。ORT金屬導線熱敏電阻（2）熱敏電阻靈敏度高，但化學穩(wěn)定性較差，測量范圍較??；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。（3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W量(溫度)轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日例2有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（）ABA.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B.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C.用黑紙包住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D.用黑紙包住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AC第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日例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R1R2R3AabErB第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日嘗試體驗如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時，（

）

A．電壓表的示數(shù)增大

B．R2中電流減小

C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大返回ABC第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日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)板第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）測定角度θ（2）測定液面高度h（3）測定壓力F（4）測定位移x

定片動片θ電介質(zhì)金屬芯線導電液體待測壓力F固定電極可動電極x極板極板電介質(zhì)其它電容式傳感器第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。

3.力電傳感器

第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日電阻傳感器測物體的質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日例*：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。

現(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，要求力電轉(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。力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日(1)

設(shè)計電路如圖

(2)測量步驟與結(jié)果:①調(diào)節(jié)滑動變阻器,使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零,②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U0,③將待測物放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U

由U0=km0g,得k=U0/m0gU=kmg,所以m=m0U/U0第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日例：（2003上?？碱}）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿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運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C物體M不動時，電路中沒有電流D物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)B第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日常溫下兩觸點分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸。溫度傳感器的應用——電熨斗傳感器應用實例雙金屬片溫度傳感器：第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日例2.日光燈的啟動器也可看成是一個熱敏傳感裝置，它的熱敏功能器是雙金屬片，你能說出啟動器的工作原理嗎？U形動觸片靜觸片氖泡圖1解析：日光燈啟動器結(jié)構(gòu)如圖所示，內(nèi)有一雙金屬片，熱膨脹系數(shù)不同。開關(guān)閉合后，啟動器兩極之間有電壓使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光發(fā)出的熱量使U形動觸片受熱膨脹向外延伸，碰到靜觸片接觸，電路接通；溫度降低時，U動觸片向里收縮，離開觸點，切斷電路。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日電熨斗的構(gòu)造思考與討論：●常溫下兩觸點是接觸還是分離？●如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電燙斗的工作溫度？第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日例3.電熨斗：利用雙金屬片溫度傳感器控制電路的通斷.第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日（1）電飯鍋中溫度傳感器的主要元件是什么？（2）感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？（3）感溫鐵氧體有何特點？（4）什么是“居里點”？溫度傳感器的應用——電飯鍋第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日

利用煙霧對光的散射來工作的火災報警器光傳感器的應用——火災報警器第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日

（1）材料：半導體如：砷化銦CDFBEIUH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汛艑W量（磁感應強度）轉(zhuǎn)換為電學量（電壓）。五、霍爾元件（磁傳感器）

（2）工作原理：第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日例4:可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。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，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵骺傞L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。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長x,則∴x=mω2

l／(k-m

ω2)設(shè)滑動變阻器單位長度的電阻為r1

U=IRx=Exr1

/

lr1=Ex/l∴U=Emω2

／(k-m

ω2)第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日例5：將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。(取g=10m/s2)(1)若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運動情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？m第二十九頁，共三十頁，2022年，8月28日原來（1）（2）解：mF=10NF1=6Nmga向上做勻減速運