传感器及其工作原理03734.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,.,*,第一节 传感器及其工作原理,课标定位,学习目标：,1.,知道什么是传感器,2,知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔元件,3,知道传感器的工作原理,重点难点：,对传感器工作原理的理解,易错问题：,对传感器电路的动态分析,.,自动门,引入新课,自动干手机,.,酒精含量测试仪,雷达测速仪,电子秤,红外耳温计,.,航空航天宇宙飞船,飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；,“,阿波罗,10,”,飞船对,3295,个参数进行检测，其中：,温度传感器,559,个 压力传感器,140,个,信号传感器,501,个 遥控传感器,142,个,专家说：,整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体,.,什么是传感器,？,干簧管,防盗报警器,.,原理：,当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用,什么是传感器,？,.,电 梯 选层控制,电 话 折叠式手机的开关,有线电话听筒拿离时的开关控制,微波炉 炉门的开关控制,冰 箱 门的开关控制,煤气表 流量控制,汽 车 安全气囊的开关控制,天窗,/,车窗 开关控制,安全带的扣妥,/,松拖警示,应用对象,功 能,干簧管的应用,.,一种防盗门报警电路,干簧管,.,视觉,嗅觉,听觉,味觉,触觉,光传感器,湿度传感器,气体传感器,声音传感器,味传感器,温度传感器,压力传感器,人获取外界信息,机械自动化设备获取外界信息,.,1.,传感器的定义：,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,传感器是指这样一类元件：,它能够感知诸如,力、温度、光、声、化学成分,等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成,电压、电流,等电学量，或转化为,电路的通断,。,.,传感器,非电学量,传感器,电学量,2.,传感器的作用,Text,声音等,磁场,温度,受力,电容等,电阻,电压,电流,测量、传输、处理和控制,.,3,、传感器的组成,辅助电源,敏感元件,转换元件,基本转换电路,被测量,电量,敏感元件,是,直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。,转换元件,：将,敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。,基本转换电路,：,上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。,物理、化学、生物信息,.,离子感烟器,明火探测器,温度传感器,.,光电传感器,湿度传感器,机油压力传感器,超声波传感器,.,风速传感器,全自动血压机,自动旋转门,.,走廊声控灯的工作原理,光敏传感器,声敏传感器,灯,声音,光线,控,制,电,路,延,时,电,路,声音,光线,.,1,、光敏电阻,制作传感器常用的敏感元件,特性：,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。一般会随着光照强度的,增大,而电阻值,减小,。,4,、传感器常用的敏感元件,.,光敏电阻的工作原理,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。,硫化镉是一种半导体材料，,无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好,.,例,1.,如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中,R,1,为光敏电阻，,R,2,为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（）,A,当有光照射,R,1,时，信号处理系统获得高电压,B,当有光照射,R,1,时，信号处理系统获得低电压,C,信号处理系统每获得一次低电压就计数一次,D,信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,A,R,1,R,2,信号处理系统,BD,.,2,、热敏电阻,特性：,热敏电阻的阻值会随着温度的,升高,而,_,，具有负温度系数,减小,.,金属热电阻,铂电阻,.,.,例,2,、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中,A,、,B,两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（）,A,B,A.,置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻,B.,置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻,C.,用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻,D.,用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻,AC,.,（,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,3,、电容式传感器,.,电容式位移传感器,电容式位移传感器把力学量（位移）转换为电学量（电容）。,示意图,被测物体,x,电容器极板,电介质板,.,待测压力,F,固定电极,膜片电极,例,3,传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力,F,作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（）,A,当,F向上压膜片电极时，电容将减小,B,当,F,向上压膜片电极时，电容将增大,C,若电流计有示数，则压力,F,发生变化,D,若电流计有示数，则压力,F,不发生变化,BC,.,制作传感器常用的敏感元件,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作,4,个电极，就成了一个霍尔元件。,4,、霍尔元件,C,D,F,B,E,I,U,H,霍尔元件工作原理图,.,霍尔效应,当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面,间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定,的电压,U,H,。这种现象称为,霍尔效应,，这个电压叫做,霍,尔电压,.,可以证明，霍尔电压,U,H,：,d,薄片的厚度,k,霍尔系数,霍尔元件,把,磁感应强度,这个磁学量转换为,电压,这个电学量,载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差,.,当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡,电流的微观表达式,.,例,3,、如图所示，有电流,I,流过长方体金属块，金属块宽度为,d,，高为,b,，有一磁感应强度为,B,的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为,n,，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？,下表面,.,如图所示，,R,1,、,R,2,为定值电阻，,L,为小灯泡，,R,3,为光敏电阻，当光照射到,R,3,上的光强度增大时,(,),类型一,光敏电阻的特性,A,电压表的示数增大,B,R,2,中电流减小,C,小灯泡的功率增大,D,电路的路端电压增大,【,思路点拨,】,光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析,.,【,解析,】,当照射光强度增大时，光敏电阻,R,3,的阻值变小，,R,3,与,L,串联后再与,R,2,并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，,R,1,两端电压变大，,A,正确；,R,2,两端电压减小，通过,R,2,的电流减小，,B,正确；总电流变大，通过,R,2,的减小，所以通过小灯泡,L,的电流变大，灯泡变亮，功率增大，,C,正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，,D,错误故选,ABC.,.,1.,如图,6,1,4所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻,R,t,的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将,R,t,包裹起来，表针将向,_(,选填,“,左,”,或,“,右,”,),转动；若用手电筒光照射,R,t,，表针将向,_(,选填,“,左,”,或,“,右,”,),转动,.,解析,：光敏电阻受光照越强，电阻越小，电流越大，所以将,R,t,包裹起来电阻增大，指针向左偏，反之向右偏,答案,：,左右,.,如图所示，,R,1,为定值电阻，,R,2,为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，,L,为小灯泡，当温度降低时,A,R,1,两端的电压增大,B,电流表的示数增大,C,小灯泡的亮度变强,D,小灯泡的亮度变弱,类型二,热敏电阻的特征,.,【,思路点拨,】,根据串并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析,【,解析,】,R,2,与灯,L,并联后与,R,1,串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻,R,2,增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯,L,两端电压增大，灯泡亮度变强，,R,1,两端电压减小，故,C,正确，其余各项均错,.,2.,如图,6,1,6,所示，将万用表的选择开关置于,“,欧姆,”,挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻,R,t,的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往,R,t,上擦一些酒精，表针将向,_(,填,“左,”,或,“,右,”,),移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向,_(,填,“,左,”,或,“,右,”,),移动,变式训练,.,解析：若往,R,t,上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻,R,t,温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻,R,t,温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏,答案：左右,.,类型三,霍尔元件的特性,.,.,.,【,答案,】,(1),evB,(2),证明见解析,.,3.,如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用,d,表示薄片的厚度，,k,为霍尔,系数,，对于一个霍尔元件,d,、,k,为定值，如果保持电流,I,恒定，则可以验证,U,H,随,B,的变化情况以下说法中正确的是,(,),变式训练,.,A,将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，,U,H,将变大,B,在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平,C,在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平,D,改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，,U,H,将发生变化,.,.,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,转换器件,转换电路,电学量,.,动圈式话筒,电容式话筒,电熨斗,电饭锅,.,