傳感器及其工作原理ppt課件

1、第三章 傳感器,1,2,自動門,引入新課,自動干手機(jī),3,酒精含量測試儀,雷達(dá)測速儀,電子秤,紅外耳溫計(jì),4,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(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測，其中： 溫度傳感器559個(gè) 壓力傳感器140個(gè) 信號傳感器501個(gè) 遙控傳感器142個(gè),專家說：整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體,5,什么是傳感器 ？,干簧管,防盜報(bào)警器,報(bào)警器里面用了一個(gè)干簧管，干簧管可以感知磁場而接通或斷開電路。,原理：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用,6,干簧管的應(yīng)用,7,一種防盜門報(bào)警電路,干簧

2、管,8,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(jī)械自動化設(shè)備獲取外界信息,9,1.傳感器的定義：,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(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、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。,10,2.傳感器的作用,測量、傳輸、處理和控制,11,離子感煙器,明火探測器,溫度傳感器,12,光電傳感器,濕度傳感器,機(jī)油壓力傳感器,超聲波傳感器,13,風(fēng)速傳感器,全自動血壓機(jī),自動旋轉(zhuǎn)門,14,1、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

3、。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強(qiáng)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(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。,硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性變好,15,例1.如圖所示為光敏電阻自動計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作原理是（ ） A當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B當(dāng)有光照射R1時(shí)，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(jì)數(shù)一次 D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次,BD,16,2、熱敏電

4、阻,17,熱敏電阻 (1)特點(diǎn)：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(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量,18,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(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,19,20,（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,3、電容式傳感器,21,電容式位移傳感器,電容式位移傳感器把力學(xué)量（位移）轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（電容）。,22,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

5、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(jì)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(shí)，電容將減小 B當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大 C若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化,BC,23,如圖613所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)光照射到R3上的光強(qiáng)度增大時(shí)( ),圖613,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 【思路點(diǎn)撥】光敏電阻有隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)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(jìn)行動態(tài)分析,ABC

6、,24,1.如圖614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(shí)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,圖614,左,右,25,如圖615所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)( ) AR1兩端的電壓增大 B電流表的示數(shù)增大 C小燈泡的亮度變強(qiáng) D小燈泡的亮度變?nèi)?圖615,C,26,【思路點(diǎn)撥】根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)及閉合電路的歐姆定律進(jìn)行動態(tài)分析 【解析】R2與燈L并聯(lián)后與

7、R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，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(qiáng)，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò),27,2.如圖616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(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向_(填“左”或“右”)移動,圖616,左,右,28,制作傳感器常用的敏感元件,在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極，就成了一個(gè)霍爾元件。,4、霍爾元件,29,霍爾效應(yīng),當(dāng)電場力增

8、大到與洛倫茲力相等時(shí)，內(nèi)外側(cè)端面 間就形成一個(gè)穩(wěn)定的電場，此時(shí)兩端面形成一個(gè)穩(wěn)定 的電壓UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)電壓叫做霍 爾電壓,30,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(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓 這個(gè)電學(xué)量,載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢差.當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),洛侖茲力與電場力平衡,電流的微觀表達(dá)式,31,1、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(xué)量,敏感元件,轉(zhuǎn)換器件,轉(zhuǎn)換電路,電學(xué)量,32,動圈式話筒,電容式話筒,電熨斗,電飯鍋,33,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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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,34,35,圖617,36,37,【答案】(1)evB (2)證明見解析,38,3.如圖618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(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況以下