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1、第一节 传感器及其工作原理,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
2、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 ?,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:,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。,2.传感器的作用,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
3、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,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
4、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R1为光敏电阻,R2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R1时,信号处理系统获得高电压 B当有光照射R1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,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
5、欧姆表的示数,下列说法正确的是( ),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,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)。,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
6、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,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UH。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UH:,d薄片的厚度 k霍尔系数,霍尔元件把磁
7、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,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当光照射到R3上的光强度增大时(),A电压表的示数增大 BR2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
8、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R3的阻值变小,R3与L串联后再与R2并联的总电阻值变小、干路中总电流变大,R1两端电压变大,A正确;R2两端电压减小,通过R2的电流减小,B正确;总电流变大,通过R2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614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Rt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Rt包裹起来,表针将向_(选填“左”或“右”)转动;若用手电筒光照射Rt,表针
9、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Rt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,R1为定值电阻,R2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 AR1两端的电压增大 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,【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】R2与灯L并联后与R1串联,与电源构成闭合电路,当温度降低时,电阻R2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,R1两端电压减小,故C正确,其余各项均错,2.如图616
10、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Rt的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt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Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻Rt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Rt温度升高,电阻值减小,电流增大,指针向右偏 答案:左右,【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,
11、如果保持电流I恒定,则可以验证UH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,UH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,UH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,