第五章傳感器

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，擔負著信息采集和轉(zhuǎn)化任務，把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量。3．組成與結構(1)組成：傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成(2)結構：eq\x(非電學量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換元件)→eq\x(電學量)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，廣泛應用于光敏傳感器。(2)光敏電阻的構成物質(zhì)為半導體材料，當光照射到這些半導體物質(zhì)上時，會激發(fā)半導體內(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，廣泛應用于溫度傳感器。(2)熱敏電阻由半導體材料制成，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)半導體材料的霍爾效應制成的一種磁敏元件，廣泛應用于磁傳感器。(2)構造：如圖所示，在一個很小的矩形半導體薄片上，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完全取決于磁感應強度B。(4)作用：把磁感應強度的測量轉(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、電流等電學量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷．2．非電學量轉(zhuǎn)換為電學量的意義：把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量，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量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量．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小．四、電阻應變片1．電阻應變效應：金屬導體在外力作用下發(fā)生機械形變時，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．2．電阻應變片：電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體電阻應變片，半導體電阻應變片的工作原理是基于半導體材料的壓阻效應．3．電阻應變片能夠把物體形變這個力學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量．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作用．發(fā)光二極管LED模仿路燈．電路設計如圖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