《传感器和其工作原理》专题培训课件.ppt

传感器和其工作传感器和其工作原理原理学习目标：学习目标：1、知道什么是传感器、知道什么是传感器2、知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属、知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔元件热电阻以及霍尔元件3、知道传感器的工作原理、知道传感器的工作原理自动门自动门自动门自动门一、一、引引入入新新课课自动干手机自动干手机自动干手机自动干手机观察生活中的实例：观察生活中的实例：想一想：生活中还有哪些利用传感器想一想：生活中还有哪些利用传感器的例子？的例子？酒精含量测试仪酒精含量测试仪雷达测速仪雷达测速仪电子秤电子秤红外线温度计红外线温度计原理：原理：当磁体靠近干簧当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用管能起到开关的作用演示实验：演示实验：同同学学们们观观察察实实验验，思思考考如如何何来来解解释释观观察到的实验现象？察到的实验现象？磁信号磁信号电路的通断电路的通断干簧管干簧管二、二、探探究究规规律律一种防盗门报警电路一种防盗门报警电路干簧干簧管管 阅读课本第阅读课本第5252页的内容，思考以下问题，页的内容，思考以下问题，然后自主回答：然后自主回答：（1）什么是传感器？）什么是传感器？（2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？(3)(3)利用传感器有什么优点？利用传感器有什么优点？（一）（一）什么是传感器？什么是传感器？1.1.传感器的定义：传感器的定义：传感器是指这样一类元件：它能够感知诸传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如如力、温度、光、声、化学成分力、温度、光、声、化学成分等非电学量，等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成并把它们按照一定的规律转化成电压、电流电压、电流等等电学量，或转化为电学量，或转化为电路的通断电路的通断。非非 电电 学学 量量 电电 学学 量量 3 3、特点（优点）：、特点（优点）：易易测量、测量、易易传输、传输、易易处理、处理、易易控制控制2 2、传感器的传感器的作用：作用：（1）光光敏敏电电阻阻由由什什么么物物质质制制成成？它它的的电电阻阻率与什么有关？率与什么有关？（2）光光敏敏电电阻阻受受到到光光照照时时会会发发生生什什么么变变化化？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？二、敏感元件二、敏感元件1、光敏电阻、光敏电阻 阅读课本第阅读课本第5353页的内容，思考以下问题，页的内容，思考以下问题，然后自主回答：然后自主回答：光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻制制作作传传感感器器常常用用的的敏敏感感元元件件特性：特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的照强度的增大增大而电阻值而电阻值减小减小。实验观察实验观察：光敏电阻在暗环境：光敏电阻在暗环境和强光照射下，电阻有什么不和强光照射下，电阻有什么不同？同？1、光敏电阻、光敏电阻光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理光敏电阻能够把光照强弱这个光敏电阻能够把光照强弱这个光学量光学量转换为电阻转换为电阻这这个个电学量电学量。硫化镉是一硫化镉是一种半导体材料，种半导体材料，无光照时，载流无光照时，载流子极少，导电性子极少，导电性能不好；随着光能不好；随着光照的增强，载流照的增强，载流子也增多，导电子也增多，导电性变好性变好如图如图614所示，将多用电表的所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将电表的两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支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将包裹起来，表针将向向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动；若用转动；若用手电筒光照射手电筒光照射Rt，表针将向，表针将向_(选填选填“左左”或或“右右”)转动转动练一练：练一练：左左右右（1）半半导导体体材材料料与与金金属属导导体体的的导导电电性性能随温度的变化有什么不同？能随温度的变化有什么不同？（2）热热敏敏电电阻阻和和金金属属热热电电阻阻各各有有哪哪些些优缺点？优缺点？（3）热热敏敏电电阻阻和和金金属属热热电电阻阻能能够够将将什什么量转化为什么量？么量转化为什么量？二、敏感元件二、敏感元件2、热敏电阻和金属热电阻、热敏电阻和金属热电阻 阅读课本第阅读课本第5353页的内容，思考以下问题，然页的内容，思考以下问题，然后自主回答：后自主回答：热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻特性：特性：热敏电阻的阻值会随着温度的热敏电阻的阻值会随着温度的升高升高而而_减小减小实验观察实验观察：把热敏电阻放入热：把热敏电阻放入热水中，随着温度的升高，电阻水中，随着温度的升高，电阻如何变化？如何变化？（1）热敏电阻）热敏电阻RTo金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻铂电阻铂电阻规律：规律：电阻随温度的升高而增大。电阻随温度的升高而增大。优缺点：优缺点：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。较好，测量范围较大，但灵敏度较差。（2）金属热电阻）金属热电阻 AB中可能接了定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三中可能接了定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件中的一个。只元件中的一个。1、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是化较大，这只元件一定是_2、用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆、用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是表示数变化较大，这只元件一定是_3、先置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数、先置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化；再用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，不变化；再用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是欧姆表示数相同，这只元件一定是_热敏电阻热敏电阻定值电阻定值电阻光敏电阻光敏电阻练一练：练一练：1、什么是霍尔元件？、什么是霍尔元件？2、什么是霍尔电压？霍尔电压的计算、什么是霍尔电压？霍尔电压的计算公式是什么？公式是什么？3、霍尔元件的作用是什么？、霍尔元件的作用是什么？3、霍尔元件、霍尔元件同学们阅读课本第同学们阅读课本第55页部分，思考回页部分，思考回答以下问题：答以下问题：制制作作传传感感器器常常用用的的敏敏感感元元件件在在在在一一一一个个个个很很很很小小小小的的的的矩矩矩矩形形形形半半半半导导导导体体体体（例例例例如如如如砷砷砷砷化化化化铟铟铟铟）薄薄薄薄片片片片上上上上，制制制制作作作作4 4个个个个电电电电极极极极，就就就就成成成成了了了了一一一一个霍尔元件。个霍尔元件。个霍尔元件。个霍尔元件。霍尔元件霍尔元件CDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图3、霍尔元件、霍尔元件霍尔效应当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面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间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定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的电压的电压的电压U UH H。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做霍霍霍霍尔电压尔电压尔电压尔电压CDFBEI IU UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压U UH H：dd薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度kk霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔元件霍尔元件把把磁感应强度磁感应强度这个磁学量转换为这个磁学量转换为电压电压这个电学量这个电学量 如图所示，有电流如图所示，有电流I I流过长方体金属块，金流过长方体金属块，金属块宽度为属块宽度为d d，高为，高为b b，有一磁感应强度为，有一磁感应强度为B B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体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积内的自由电子数为n n，试问金属块上、下表，试问金属块上、下表面哪面电势高？面哪面电势高？下表面下表面练一练：练一练：电容式位移传感器电容式位移传感器 电容式位移传感器把电容式位移传感器把力学量（位移）力学量（位移）转转换为换为电学量（电容）电学量（电容）.被测物体被测物体x电容器极板电容器极板电介质板电介质板下图是一种电容式位移传感器，请简单下图是一种电容式位移传感器，请简单说一下它的工作原理说一下它的工作原理.说一说：说一说：待测压力F固定电极膜片电极 传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏敏电电流流计计和电源串联接成闭合电路，那么（和电源串联接成闭合电路，那么（）A A当当F F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 BCBC练一练：练一练：1、传感器：、传感器：2）原理：）原理：2、敏感元件：、敏感元件：（1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器光电传感器）（2）热敏电阻热敏电阻 （温度传感器温度传感器）（3）霍尔元件霍尔元件 （磁传感器磁传感器）（4）电容器电容器 （位移传感器位移传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量非电学量非电学量 电学量电学量1）概念：）概念：转换为转换为光学量光学量光学量光学量 电阻电阻电阻电阻温度温度温度温度 电阻电阻电阻电阻磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 电压电压电压电压力学量力学量力学量力学量 电容电容电容电容6.1 传感器及其工作原理传感器及其工作原理 小结小结1.1.如如图图所所示示为为光光敏敏电电阻阻自自动动计计数数器器的的示示意意图图，其其中中R R1 1为为光光敏敏电电阻阻，R R2 2为为定定值值电电阻阻此此光光电电计计数数器器的的基基本本工工作原理是（作原理是（）A A当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压B B当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次低电压就计数一次DD信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次AR1R2信号处理系统BD三、迁移运用三、迁移运用2、如图、如图615所示，所示，R1为为定值电阻，定值电阻，R2为负温度系数的为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，阻变大，L为小灯泡，当温度为小灯泡，当温度降低时降低时()AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱C3、如图所示，、如图所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L是小灯泡，是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射为光敏电阻，当照射光强度增大时，（光强度增大时，（）A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡变亮小灯泡变亮D电路的路端电压增大电路的路端电压增大ABC4：如图是一火警报警的一部分电路示意图。：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。之间接报警器。当传感器当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U的变化情况是（的变化情况是（）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabErB课下作业：请同学们课后通过查询资料或者向请同学们课后通过查询资料或者向身边的内行人请教，了解我们生活中都身边的内行人请教，了解我们生活中都在哪些方面使用了哪些传感器以及它们在哪些方面使用了哪些传感器以及它们的工作原理，写成文字稿，下节课进行的工作原理，写成文字稿，下节课进行交流。交流。