傳感器課件.ppt

1、6.1傳感器及其工作原理,演示實驗： 小盒子的側(cè)面露出一個小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵放到盒子上面，燈泡就發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅。,原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！,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。,聲音的轉(zhuǎn)換,一、傳感器,1、定義：,傳感器是把非電學(xué)量(如位移、速度、力、磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度、光、聲等)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電壓、電流、電阻、電容等)的元器件.,2、工作原理：,非電學(xué)量,敏感元件,轉(zhuǎn)換電路,電學(xué)量,傳感器,3、特點（優(yōu)點）：,易感知、易測量、易控制,各種傳感器,溫度傳感器,火災(zāi)報警

2、器,酒精測試儀,閱讀教材53頁的內(nèi)容，思考問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？,二、敏感元件,1、光敏電阻,二、敏感元件,1、光敏電阻,電阻小,電阻大,光學(xué)量,電阻,生活中哪些地方用到光敏電阻,例1.如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，（    ） A電壓表的示數(shù)增大 BR2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,例2.如圖613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

3、數(shù)器的基本工作原理是 （   ） A當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B當(dāng)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,BD,設(shè)計題 ： 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、學(xué)生電源、繼電器、滑動變阻器、定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線。（如有需要可以自行添加所需器材）,閱讀教材54頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題： （1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻

4、和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？,二、敏感元件,2、熱敏電阻,2、熱敏電阻,金屬熱電阻：,規(guī)律：電阻隨溫度的升高而增大。,熱敏電阻：,規(guī)律：電阻隨溫度的升高而減小。,溫度,電阻,生活中哪些地方用到熱敏電阻?,例3、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（   ）,A.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

5、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,例4：如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)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(dāng)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,B,解析：當(dāng)R2處出現(xiàn)火情時，該處溫度升高。 R2 為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，由全電路的歐姆定律可知，路端電壓減小，該電阻兩端電壓減小，故R3兩端電壓減小，所以電

6、流表示數(shù)減小。即U減小，I減小。,提示：掌握各種元件的特性和閉合電路的動態(tài)分析是解題的關(guān)鍵,3、霍爾元件,N,M,F,B,E,I,UH,霍爾電壓：,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。,磁感應(yīng)強(qiáng)度,電壓,4、電容器,（1）測定角度：,（2）測定液面高度h：,（3）測定壓力F：,（4）測定位移x：,力學(xué)量,電容,例5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(dāng)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(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小 B當(dāng)F向上壓膜

7、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,1、傳感器：,2）原理：,2、敏感元件： （1）光敏電阻         （光電傳感器） （2）熱敏電阻         （溫度傳感器） （3）霍爾元件         （磁傳感器） （4）電容器          （位移傳感器）,非電學(xué)量,敏感元件,轉(zhuǎn)換電路,電學(xué)量,非電學(xué)量       &nb

8、sp;電學(xué)量,1）概念：,轉(zhuǎn)換為,6.2 傳感器的應(yīng)用,傳感器應(yīng)用的一般模式：,一.力電傳感器的應(yīng)用電子秤,閱讀教材，思考并回答問題：,（1）電子秤使用的測力裝置是什么？ 它是由什么元件組成的？,應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量,（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？,（2）簡述力傳感器的工作原理。,電阻傳感器測物體的質(zhì)量電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是（   ） A.應(yīng)變片是由多用半導(dǎo)體材料制成 B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之，變小 C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓 D.外力越大，輸出的電壓差值也越大,A B D,練習(xí)、（2003上海考題）

9、演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)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,練習(xí)：慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。

10、滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （  ）  A. 方向向左，大小為 k S/m  B方向向右，大小為 k S/m  C方向向左，大小為 2k S/m  D. 方向向右，大小為 2k S/m,D,(2)若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運

11、動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a 的函數(shù)關(guān)系式。,解：a=2kx/m, x=ma/2k,U=U0 Rx / R = U0 x / L,=maU0 / 2kL,=mU0 a / 2kLa,練習(xí):可測量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)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。滑動變阻器總長也為l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當(dāng)系統(tǒng)以角速度轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與的函數(shù)式。,解：設(shè)彈簧伸長x , 則,kx=m 2(l x), x= m 2 l (

12、k-m 2 ),設(shè)滑動變阻器單位長度  的電阻為r1,U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l, U= Em 2 (k-m 2),二. 聲傳感器的應(yīng)用話筒,聲電傳感器是指將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器,常見的電容式話筒和動圈式話筒都是聲電傳感器。,動圈式話筒的工作原理,膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。,電磁感應(yīng)現(xiàn)象,電容式話筒的工作原理,利用電容器充放電形成的充放電電流。薄

13、金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓優(yōu)點：保真度好。,駐極體話筒的工作原理,駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。,練習(xí)：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是    (     &n

14、bsp;) A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D 膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,B,練習(xí)：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（  ） （A）距離變化  （B）正對面積變化 （C）介

15、質(zhì)變化  （D）電壓變化,A,三溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗,電熨斗,雙金屬片溫度傳感器的作用:控制電路的通斷.,P58思考與討論,思考與討論：,（1）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是 分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè) 定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？,（1）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用 （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲

16、綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的,課本P61問題與練習(xí),（1）A、B端 （2）由圖甲知，t=100時R=50，則繼電器電路中電流在100時，其中為繼電器的電阻。 代入數(shù)據(jù)解得，,練習(xí)、 如圖所示是一種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R隨溫度t變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能常見的電熱滅蚊器中就使用這種元件來加溫并控制溫度如果將該元件接到220V恒定電壓下，則 A通電后，其電功率先增大后減小 B通電后，其電功率先減小后增大 C當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1不變 D當(dāng)其發(fā)熱功率

17、等于散熱功率時，溫度保持在t1 到t2之間的某一值不變,AD,03年上海高考18、,圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。 為了通過測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應(yīng)選擇的是圖    ；簡要說明理由：                          。（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0-100） 在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電

18、阻R1=250。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_V；電阻R2的阻值為          。 舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_。,2,電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大,解:  I1=9/250=0.036A=36mA  I2=34mA,由圖1得 UR=5.2V,5.2,R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 ,111.6112.0,熱敏溫度計,用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼

19、電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。,解：光敏電阻受到光照射時電阻變小 ，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：,將交流電源與路燈接入c、e之間。,光暗時光敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。  光亮?xí)r，光敏電阻值小， ab間電流大，磁性強(qiáng)，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。,溫度傳感器的應(yīng)用-電飯鍋,1、感溫鐵氧體的特點：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約1030C時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。注意：這個溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”。,思考：,溫度升高到一定數(shù)值時，感溫鐵氧體的磁性消

20、失， 感溫鐵氧體與磁鐵分離。,2、電飯鍋的原理,（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”？,（1）開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。 （2）水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100不變。 （3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點103”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱 （4）如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100不變，溫度低于“居里點103”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到1

21、03才能自動斷電。,三、光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器,1、機(jī)械鼠標(biāo)器的主要構(gòu)造圖,2、工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)在桌面上滾動時，滾球的運動通過滾軸帶動兩個碼盤轉(zhuǎn)動，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號。計算機(jī)分別統(tǒng)計X、y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移。,滾球、滾軸與碼盤、紅外發(fā)射管與紅外接收管,三、光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報警器,1、結(jié)構(gòu)圖,2、工作原理：在沒有發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。,小

22、結(jié),1、溫度傳感器   的應(yīng)用,（1）電飯鍋,（2）測溫儀,2、光傳感器  的應(yīng)用,（1）鼠標(biāo)器,（2）火災(zāi)報警器,溫度傳感器的應(yīng)用,【例1】如圖甲為在溫度為10左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20 k，R2=10 k，R3=40 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示當(dāng) a、b端電壓 Uab0時，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_,35,解：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時，  有 解得Rt=20 k 由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 k時，t=35,光傳感器的應(yīng)用,【例2】如圖所示為一實驗小車中利用光電脈

23、沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是         ，小車速度的表達(dá)式為v=     ；行程的表達(dá)式為=    。,車輪的半徑R和齒輪P,光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，

24、也就與速度和行程有關(guān)。   根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2R f，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因此有   代入上式，  有     同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而   ，所以     可見，還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。,6.3傳感器的應(yīng)用實例,一、二極管的特點和作用 1、二極管具有單向?qū)щ娦?2、發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時還能發(fā)光，普通發(fā)光二極管使用磷化鎵或磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8V。,二、三極管的特點和作用,1、三極管具有電流放大作用。 2、晶體三極管能夠?qū)⑽⑷醯男盘柗糯螅w三極管的三個極分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c。 3、傳感器輸出的電流和電壓很小，用一個三極管可以放大幾十倍或幾百倍，三極管的放大作用表現(xiàn)為基極b的電流對集電極c的電流起了控制作用。,三、斯密特觸發(fā)器,斯密特觸發(fā)器是特殊的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值1.6V時，輸出端Y會突然從高電平調(diào)到低電平0.25V，而當(dāng)輸入端A的電壓下