傳感器及其工作原理 (5)ppt課件

1、第六章第六章 傳感器傳感器列舉生活中的一些自動控制實例，列舉生活中的一些自動控制實例， 遙控器控制電視開關(guān)遙控器控制電視開關(guān) 日光控制路燈的開關(guān)日光控制路燈的開關(guān) 聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)等聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)等 自動門自動門 等等 安檢門安檢門第一節(jié)第一節(jié) 傳感器及其義務(wù)原理傳感器及其義務(wù)原理一、什么是傳感器一、什么是傳感器1 1什么是傳感器？什么是傳感器？磁感應(yīng)強度的變化磁感應(yīng)強度的變化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 電路的通斷電路的通斷 演示：演示：傳感器是指這樣一類元件：它可傳感器是指這樣一類元件：它可以感知諸如力、溫度、光、聲、以感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)

2、量，并把它們化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。斷。傳感器的定義：傳感器的定義：2 2傳感器的作用是什么？傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地丈量、傳輸、路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地丈量、傳輸、處置和控制。處置和控制。 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強聲強光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路3 3傳

3、感器的義務(wù)原理傳感器的義務(wù)原理 二、常見制造傳感器的元件二、常見制造傳感器的元件 1 1、干簧管：是一種可以感知磁場的傳感器、干簧管：是一種可以感知磁場的傳感器根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材P57P57的內(nèi)容，思索問題：的內(nèi)容，思索問題：1 1光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？2 2光敏電阻遭到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解光敏電阻遭到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？釋？3 3光敏電阻可以將什么量轉(zhuǎn)化為什么量？光敏電阻可以將什么量轉(zhuǎn)化為什么量？4 4如以以下圖所示，隨著光照強度的添加，多用如以以下圖所示，隨著光照強度的添加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？表的指針將如

4、何偏轉(zhuǎn)？2、光敏電阻、光敏電阻 演示實驗：將光敏電阻和多用表的歐姆檔相連，隨著光照不同，表有何變化？1光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。2光敏電阻遭到光照時電阻會變小。硫化光敏電阻遭到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體資料，無光照時，載流子鎘是一種半導(dǎo)體資料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照加強，載極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照加強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。流子增多，導(dǎo)電性能變好。3光敏電阻可以將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個光敏電阻可以將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。電學(xué)量。4隨著光照強度的添加，多用表的指針偏隨著光照強度的添加，多用表的指針偏角逐漸變大。角逐

5、漸變大。光敏電阻義務(wù)原理：三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材5858頁有關(guān)內(nèi)容，思索問題：頁有關(guān)內(nèi)容，思索問題：1 1金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能與溫度的變化金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系能否一樣？關(guān)系能否一樣？2 2熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺陷？熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺陷？ 3 3熱敏電阻和金屬熱電阻可以將什么量轉(zhuǎn)化為什么熱敏電阻和金屬熱電阻可以將什么量轉(zhuǎn)化為什么量？量？4 4隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？演示實驗：將熱敏電阻和多用表的歐姆檔相連，把熱敏電阻

6、放到剩水的杯中，向杯里倒入熱水，1 1金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能與溫度的變化金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不一樣。關(guān)系不一樣。 金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低 半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好2 2熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差， 丈量丈量范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，丈量范范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，丈量范圍較大，但靈敏度較差。圍較大，但靈敏度較差。3 3熱敏電阻和金屬熱電阻可以將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)熱敏電阻和金屬熱電阻可以將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)

7、化電阻量這個電學(xué)量?；娮枇窟@個電學(xué)量。4 4隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。 電容式傳感器可以把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量。 插入電介質(zhì)，電容增大插入電介質(zhì)，電容增大四霍爾元件四霍爾元件 一個確定的霍爾元件一個確定的霍爾元件的的d d、k k、為定值，再保、為定值，再保持持I I不變，那么不變，那么UHUH的變化的變化就與就與B B成正比。這樣，霍成正比。這樣，霍爾元件可以把磁感應(yīng)強爾元件可以把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。壓這個電學(xué)量。推導(dǎo)霍爾

8、電壓的公式推導(dǎo)霍爾電壓的公式 設(shè)載流子的電荷量為設(shè)載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運動的平，沿電流方向定向運動的平均速率為均速率為v v，單位體積內(nèi)自在挪動的載流子數(shù)為，單位體積內(nèi)自在挪動的載流子數(shù)為n n，垂直，垂直電電流方導(dǎo)游體板的橫向?qū)挾葹榱鞣綄?dǎo)游體板的橫向?qū)挾葹閍 a，那么電流的微觀表達式為，那么電流的微觀表達式為 載流子在磁場中遭到的洛倫茲力載流子在磁場中遭到的洛倫茲力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)電勢差載流子遭到的電場力為載流子遭到的電場力為 當(dāng)?shù)竭_穩(wěn)定外形時，洛倫茲力與電場力平衡，即當(dāng)?shù)竭_穩(wěn)定外形時，洛倫茲力與電場力平

9、衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq與導(dǎo)體的資料有關(guān)，對于確定的導(dǎo)體，與導(dǎo)體的資料有關(guān)，對于確定的導(dǎo)體，nqnq是常是常數(shù)。數(shù)。 令令 那么上式可寫為那么上式可寫為 nqadvI aUqFHqvBf qvBaUqHnqdIBUHnqk1dIBkUH小小 結(jié)結(jié)1 1制造傳感器需求的敏感元件有制造傳感器需求的敏感元件有光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。2 2光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。3 3熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減

10、??；金屬熱熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小；金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)屬熱電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。量。4 4霍爾元件的霍爾電壓公式為：霍爾元件的霍爾電壓公式為： 霍爾元件把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓霍爾元件把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。這個電學(xué)量。5 5電容式傳感器可以把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電電容式傳感器可以把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量容這個電學(xué)量 nqdIBUH例例1 1、如以下圖為光敏電阻自動計數(shù)器的表示圖，、如以下圖為光敏電阻自動計數(shù)器的表

11、示圖，其中其中R1R1為光敏電阻，為光敏電阻，R2R2為定值電阻此光電計為定值電阻此光電計數(shù)器的根本義務(wù)原理是數(shù)器的根本義務(wù)原理是 A A當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射 R1R1時，信號處置系統(tǒng)獲得高電壓時，信號處置系統(tǒng)獲得高電壓B B當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R1R1時，信號處置系統(tǒng)獲得低電壓時，信號處置系統(tǒng)獲得低電壓C C信號處置系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次信號處置系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D D信號處置系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次信號處置系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次ACAC例例2 2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如以下

12、圖電路中的這三只元件分別接入如以下圖電路中的A A、B B兩點后，兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，察看歐姆用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，察看歐姆表的示數(shù)，以下說法中正確的選項是表的示數(shù)，以下說法中正確的選項是 A A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化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較大，這只元件一定是熱敏電阻B B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變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化，這只元件一定是定值電阻C C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表用黑紙包住元件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示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)一樣，這只元件一定是定值電阻示數(shù)一樣，這只元件一定是定值電阻ACAC例例3 3、 如以下圖，有