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文檔簡介
第五章傳感器1認識傳感器一、初識傳感器1.定義:能夠感受外界信息,并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(主要是電信號)的器件或裝置。2.功能:傳感器通常用在自動測量和自動控制系統(tǒng)中,擔(dān)負著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù),把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。3.組成與結(jié)構(gòu)(1)組成:傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成(2)結(jié)構(gòu):eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換元件)→eq\x(電學(xué)量)二、敏感元件1.光敏元件(1)光敏電阻是一種典型的光敏元件,廣泛應(yīng)用于光敏傳感器。(2)光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料,當光照射到這些半導(dǎo)體物質(zhì)上時,會激發(fā)半導(dǎo)體內(nèi)部受束縛的電子,其阻值會發(fā)生改變。光照越強被激發(fā)出的電子數(shù)就越多,電阻就越小。(3)特點:光照越強,電阻越小。2.熱敏元件(1)熱敏電阻是一種常用的熱敏元件,廣泛應(yīng)用于溫度傳感器。(2)熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成,其電阻有隨溫度的改變而改變的特性。(3)分類:①電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。②電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。3.磁敏元件(1)霍爾元件是根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的一種磁敏元件,廣泛應(yīng)用于磁傳感器。(2)構(gòu)造:如圖所示,在一個很小的矩形半導(dǎo)體薄片上,制作四個引出端子,就成為一個霍爾元件。產(chǎn)生霍爾電壓的示意圖(3)霍爾電壓:UH=keq\f(IB,d)。①其中d為霍爾元件的厚度,k為與材料有關(guān)的霍爾系數(shù)。②對于一個給定的霍爾元件,當電流I固定時,則UH完全取決于磁感應(yīng)強度B。(4)作用:把磁感應(yīng)強度的測量轉(zhuǎn)換為電壓的測量。2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用一、傳感器及其工作原理1.傳感器的定義:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出.通常是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷.2.非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義:把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制.3.傳感器的組成:傳感器的基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成.4.傳感器應(yīng)用的一般模式:二、光敏電阻光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化,光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量.三、金屬熱電阻和熱敏電阻1.金屬熱電阻:金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,利用這一特性,金屬絲可以制作成溫度傳感器,稱為熱電阻.2.熱敏電阻:用半導(dǎo)體材料制成,氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。?、電阻應(yīng)變片1.電阻應(yīng)變效應(yīng):金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機械形變時,其電阻也隨之變化的現(xiàn)象.2.電阻應(yīng)變片:電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片,半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng).3.電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置一、實驗1門窗防盜報警裝置1.實驗器材和裝置干簧管作為傳感器,用于感知磁體磁場是否存在,繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置,發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示,R為發(fā)光二極管的限流電阻,起保護作用,蜂鳴器H作為報警提醒,電路設(shè)計如圖1.圖12.電路工作原理當門窗緊閉時,磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩簧片被磁化相吸,繼電器接通而工作,當門窗開啟時,磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電,動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報警.3.實驗操作(1)檢查干簧管,用磁體直接靠近干簧管,觀察干簧管簧片能否正常動作.(2)連接電路,連接電路前,要檢查其他元件是否也能正常工作.(3)接通電源后,將磁體靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現(xiàn)象.二、實驗2光控開關(guān)1.實驗器材和裝置光敏電阻完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)變,晶體三極管將電流進行放大,同時具有完成斷路和接通的開關(guān)作用.發(fā)光二極管LED模仿路燈.電路設(shè)計如圖2甲.圖2為了能夠驅(qū)動更大功率的負載,需用繼電器來啟、閉另外的供電電路,如圖乙所示.2.電路工作原理(1)光較強時,光敏電阻阻值小,三極管不導(dǎo)通,繼電器斷路,處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮.(2)光較弱時,光敏電阻阻值變大,三極管導(dǎo)通,產(chǎn)生較大的集電極電流,點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合,點亮小燈泡L.3.實驗操作(1)連接電路,檢查無誤后,接通電源.(2)用白光照射光敏電阻,調(diào)節(jié)R1,使發(fā)光二
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