物理汇总传感器和其工作原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理汇总传感器和其工作原理,演示实验1,磁信号 电路的通断,一、传感器简介,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等,_,，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电容等,_;,或转换为电路的通断。,1、什么是传感器,非电学量,电学量,传感器：非电学量,传感器,电学量,角度,位移,速度,压力,温度,湿度,声强,光照,传感器,电压,电流,电阻,电容,转换电路,物理信息,化学信息,生物信息,电,信,号,敏感元件,传感器,传感器的工作原理,光敏电阻实物图,1、光敏电阻,二、制作传感器的常用元器件,点击放大,光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变,。,一般随着光照强度的增大电阻值_,。,（2）材料：制作光敏电阻的材料一般为,半导体,。如：硫化镉,减小,（3）半导体的导电原理：半导体靠其中的_（自由电子和空穴）来导电,载流子,光敏电阻能够把光照强弱这个,_,转换为,这个电学量,光学量,（,1）特性：,电阻,演示实验4,金属导体的导电性能与光照有关吗？,温度,有关吗？,关系如何？,2、金属热电阻,（2）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有正温度系数,（1）材料：金属热电阻是用金属做成的,R,T,O,金属热电阻R-T关系示意图,增大,3、热敏电阻,热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数,热敏电阻R-T关系示意图,（1）材料：半导体,R,T,o,减小,（2）特性：,热敏电阻和金属热电阻能够把,_,这个热学量转换成为,这个电学量,温度,电阻,4、电容式位移传感器,电容式位移传感器能够把物体_这个力学量转换为_这个电学量,位移,电容,电容式位移传感器示意图,被测物体,x,电容器极板,电介质板,3、电容式传感器,（,1,）测定角度,：,（,2,）测定液面高度,h,：,（,3,）测定压力,F,：,（,4,）测定位移,x,：,定片,动片,电介质,金属芯线,导电液体,待测压力F,固定电极,可动电极,x,极板,极板,电介质,5、霍尔元件,（1）材料：半导体 如：砷化铟,（2）工作原理图,N,M,F,B,E,I,U,H,霍尔元件工作原理图,（,3,）霍尔电压:,d薄片厚度,K,霍尔系数,其大小与元件的材料有关。,霍尔元件能够把_这个磁学量转换为_这个电学量,磁感应强度,电压,推导霍尔电压的公式,设载流子的电荷量为,q,，沿电流方向定向运动的平均速率为,v,，,单位,体积内自由移动的载流子数为,n,，垂直电流方向导体板的横向宽度为,a,，则电流的微观表达式为,载流子在磁场中受到的洛伦兹力,载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差,载流子受到的电场力为,当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 ,由式得 ,式中的,nq,与导体的材料有关，对于确定的导体，,nq,是常数。,令,则上式可写为,1、传感器的概念：,小结：,2、传感器的工作原理：,3、敏感元件：,（1）,光敏电阻 （,光电传感器,）,（2）,热敏电阻和热电阻（,温度传感器,）,（3）,电容式传感器（,位移传感器,）,（4）,霍尔元件（,磁传感器,）,非电学量,敏感元件,转换电路,电学量,非电学量 电学量，或转换为电路的通断。,第六章,传感器,第二节,传感器的应用,传感器应用的一般模式,一、力传感器的应用电子秤,1.电子秤使用的测力装置是什么?,它是由什么元件组成的?,2.简述力传感器的工作原理.,装置:力传感器 元件:金属梁和,应变片,一、力传感器的应用电子秤,金属梁,U,1,U,2,两个,应变片,的,形变,引起,电阻变化,致使两个应变片的,电压差变化,1.电子秤使用的测力装置是什么?,它是由什么元件组成的?,3.,应变片,能够把什么力学量转化为什么电学量？,2.简述力传感器的工作原理.,装置:力传感器 组成:金属梁和,应变片,形变 电压,一、力传感器的应用电子秤,两个,应变片,的,形变,引起,电阻变化,致使两个应变片的,电压差变化,二、温度传感器的应用:,电熨斗,1.双金属片温度传感器,思考：双金属片温度传感器,的作用是什么？,作用：控制电路的通断。,二、温度传感器的应用:,电熨斗,原理:热胀冷缩,常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。,(1)双金属片温度传感器,二、温度传感器的应用:,电熨斗,电烫斗的构造：,(2)双金属片温度传感器在,电熨斗中的应用,思考与讨论：,常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？,答：常温下，上、下触,点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用,(2)双金属片温度传感器在,电熨斗中的应用,二、温度传感器的应用:,电熨斗,思考与讨论：,熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？,答：熨烫棉麻衣物和熨,烫丝绸衣物需要设定不同的,温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的,(2)双金属片温度传感器在,电熨斗中的应用,二、温度传感器的应用:,电熨斗,问题:,电饭锅烧饭饭熟后会自动断开?,电饭锅烧水水开后能自动断开?,回顾在家煮饭的过程?,三、温度传感器的应用,电饭锅,阅读教材第59页第1段，回答问题:,(1),电饭锅中使用的,温度传感器的主要元件是什么？,(2)感温铁氧体的组成物质是什么？,(3)感温铁氧体有何特点？,(4)什么是,“居里点”,？,答:,(,1),感温铁氧体.,(2),氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.,(3),常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引。温度达到约,103,时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。,(4),使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫,居里温度,.,三、温度传感器的应用,电饭锅,构造,工作原理:,(1)开始煮饭时为什么要压下,开关按钮?手松开后这个按,钮是否会恢复到图示的状态?,为什么?,(2)煮饭时水沸腾后锅内是否,会大致保持一定的温度?为什么?,(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变,化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作?,(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电?,答:,(,1),开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。,电饭锅,(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?,答:,(,2),水沸腾后,由于锅内保持100,0,C不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热.故锅内大致保持100,0,C不变.,工作原理:,电饭锅,(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？,答:,(,3),饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点,103,0,C,”时,感温磁体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,切断电源,从而停止加热,工作原理:,电饭锅,(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电?,答:(4),如果用电饭锅烧水,水沸腾后,锅内保持,100,0,C,不变,温度低于,“居里点103,0,C”,电饭锅不能自动断电.只有水烧干后,温度升高到,103,0,C,才能自动断电.,工作原理:,电饭锅,叙述电饭锅的工作过程?,开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持,100,0,C,不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至,“居里点103,0,C”,时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热,四、光传感器的应用,、,烟雾散射式,火灾报警器,阅读教材第61页，思考并回答问题:,(1)烟雾散射火灾报警器的,组成,?,(2)烟雾散射火灾,报警器的工作,原,理,?,四、光传感器的应用,烟雾散射式,火灾报警器,光电三极管,是,烟雾火警报警器中的,光传感器,工作原理:,报警器带孔,的罩子内装有发光二极管,LED、光电三极管和不透,明的挡板.平时,光电三极,管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报,四、光传感器的应用,烟雾散射式,火灾报警器,