傳感器及其工作原理

第三章傳感器目前一頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點目前二頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點自動門引入新課自動干手機目前三頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點酒精含量測試儀雷達測速儀電子秤紅外耳溫計目前四頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點航空航天宇宙飛船

飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場、振動測量；“阿波羅10”飛船對3295個參數(shù)進行檢測，其中：溫度傳感器559個壓力傳感器140個信號傳感器501個遙控傳感器142個專家說：整個宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體目前五頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點什么是傳感器？干簧管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。原理：當磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用目前六頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點

電梯選層控制電話折疊式手機的開關(guān)有線電話聽筒拿離時的開關(guān)控制微波爐爐門的開關(guān)控制冰箱門的開關(guān)控制煤氣表流量控制汽車安全氣囊的開關(guān)控制天窗/車窗開關(guān)控制安全帶的扣妥/松拖警示應(yīng)用對象功能干簧管的應(yīng)用目前七頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點一種防盜門報警電路干簧管目前八頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點視覺嗅覺聽覺味覺觸覺光傳感器濕度傳感器氣體傳感器聲音傳感器味傳感器溫度傳感器壓力傳感器人獲取外界信息機械自動化設(shè)備獲取外界信息目前九頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點1.傳感器的定義：轉(zhuǎn)換電路物理信息化學信息生物信息電信號敏感元件傳感器傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、磁、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。目前十頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點傳感器非電學量傳感器電學量2.傳感器的作用Text聲音等磁場溫度受力電容等電阻電壓電流測量、傳輸、處理和控制目前十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點離子感煙器明火探測器溫度傳感器目前十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點光電傳感器濕度傳感器機油壓力傳感器超聲波傳感器目前十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點風速傳感器全自動血壓機自動旋轉(zhuǎn)門目前十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點1、光敏電阻制作傳感器常用的敏感元件特性：光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強度的增大而電阻值減小。4、傳感器常用的敏感元件

光敏電阻的工作原理

光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。

硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強，載流子也增多，導(dǎo)電性變好目前十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點例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計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次AR1R2信號處理系統(tǒng)BD目前十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點2、熱敏電阻目前十七頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點熱敏電阻(1)特點：熱敏電阻的阻值大小與溫度的高低有關(guān)．溫度變化，阻值有明顯變化．(2)作用：熱敏電阻可以將溫度的高低這個熱學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量．目前十八頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點金屬熱電阻鉑電阻

有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以做成傳感器，稱為熱電阻．金屬電阻隨溫度的升高而增加．金屬熱電阻也是將溫度的高低這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量．目前十九頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點目前二十頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點（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(dǎo)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)3、電容式傳感器目前二十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點電容式位移傳感器電容式位移傳感器把力學量（位移）轉(zhuǎn)換為電學量（電容）。示意圖被測物體x電容器極板電介質(zhì)板目前二十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點待測壓力F固定電極膜片電極例2．傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（）A．當F向上壓膜片電極時，電容將減小B．當F向上壓膜片電極時，電容將增大C．若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化BC目前二十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點

如圖6－1－3所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當光照射到R3上的光強度增大時(

)類型一光敏電阻的特性例1圖6－1－3A．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【思路點撥】光敏電阻有隨著光照強度的增強而阻值減小的特征，由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)的分壓、分流原理對電路進行動態(tài)分析．ABC目前二十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點1.如圖6－1－4所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于電阻擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央．若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動；若用手電筒光照射Rt，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動．變式訓練圖6－1－4左右目前二十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點

如圖6－1－5所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，當溫度降低時，電阻變大，L為小燈泡，當溫度降低時(

)A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強D．小燈泡的亮度變?nèi)躅愋投崦綦娮璧奶卣骼?圖6－1－5C目前二十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點【思路點撥】根據(jù)串并聯(lián)電路的特點及閉合電路的歐姆定律進行動態(tài)分析．【解析】R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當溫度降低時，電阻R2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項均錯．目前二十七頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點2.如圖6－1－6所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向________(填“左”或“右”)移動．變式訓練圖6－1－6左右目前二十八頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點制作傳感器常用的敏感元件在一個很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極，就成了一個霍爾元件。4、霍爾元件CDFBEIUH霍爾元件工作原理圖目前二十九頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點霍爾效應(yīng)

當電場力增大到與洛倫茲力相等時，內(nèi)外側(cè)端面間就形成一個穩(wěn)定的電場，此時兩端面形成一個穩(wěn)定的電壓UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，這個電壓叫做霍爾電壓目前三十頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點可以證明，霍爾電壓UH：d——薄片的厚度k——霍爾系數(shù)霍爾元件——把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量

載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面出現(xiàn)電勢差.當達到穩(wěn)定狀態(tài)時,洛侖茲力與電場力平衡電流的微觀表達式目前三十一頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點1、傳感器的概念小結(jié)2、傳感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學量目前三十二頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點動圈式話筒電容式話筒電熨斗電飯鍋目前三十三頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點

例3、如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？下表面目前三十四頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點類型三

霍爾元件的特性例3目前三十五頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點圖6－1－7目前三十六頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點目前三十七頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點【答案】

(1)evB(2)證明見解析目前三十八頁\總數(shù)四十一頁\編于十八點3.如圖6－1－8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