《山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：10.3传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：10.3传感器（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、10.3 传感器的原理及应用zxxk 高三总复习 选修3-2传传感器是指这样这样 一类类元件：它能够够感受诸诸如位移、 速度、力、磁感应强度、温度、光、声、化学成分等 非 电电学 量，并能把它们们按照一定的规规律转换为电压转换为电压 、电电 流、电阻、电容等 电学 量，或转换为电转换为电 路的 通断 的元器件一、传感器的概念把非电电学量转换为电转换为电 学量以后，就可以很方便地进进 行测测量、传输传输 、处处理和控制了非电学量 电学量 传感器光敏电电阻能够够把光照强弱这这个 非电学 量转换为转换为 电阻 这这个电电学量 Zxxk二、常用传感器元器件工作原理1光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体
2、，无光照时， 载流子 少 ，导电性能 差 ；随着光照的增强，载流 子 增多 ，导电性变 好例1.如图所示，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡，R3为光敏电阻 ，当照射光强度增大时，（ ）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ABC金属热电阻： 规律：电阻随温度的升高而增大。热敏电阻（半导体）： 规律：电阻随温度的升高而减小。与热敏电阻相比， 金属热电阻化学稳定 性好，测温范围大， 但灵敏度不高2、热敏电阻金属的电阻率随温度的升高而 增大 ，用金属丝可以制作 温度 传感器，称为 热电阻热敏电阻或金属热电阻能够把 温度 这个热学量转换 为 电阻 这个电学量121.1
3、.金属导线；金属导线； 2.2.热敏电阻热敏电阻 电阻电阻温度特性图线温度特性图线RTSi+ + +Si+ + +Si+ + +Si+ + +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Si+ + +Si+ + +Si+ + +Si+ + +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Si+
4、 + +Si+ + +Si+ + +Si+ + +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +Si+ +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -例2：如图是一火警报警的一部分电路示意 图。其中R2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，a、b之 间接报警器。当传感器R2所在处出现火情 时，显示器的电流I、报警器两端的电压U 的变化情况是（ ） zxxkA. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小 C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小 R1R2R3AabE r
5、B霍尔电压一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH 的变化就与B成正比。 Zxxk磁感应强度电压NMFBEIUHFBFEFB=FEdL3、霍尔元件力电阻变化 电压4、力电传感器的应用电子秤原理分析 ：U1U2应变片是一种敏感元件，现多由半导体元件制成。 自由端施力F，上表面拉伸，电阻变大，两端电压大。 下表面压缩，电阻变小，两端电压变小。力F越大，输 出电压差越大。例3：关于电子秤中应变式力传感器的说法:正确的是A.应变片是由多用半导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大（ A B D ）普通干簧管有
6、两个簧片，是用有弹弹性的 软磁性 材 料制成的，它们们密封在玻璃管中，成为为一组组常开型触点 管中充入惰性气体来防止触点被氧化干簧管将磁场的变化转换成电路的 通断 5干簧管当磁体靠近(按一定方位)干簧管时，两个簧片被磁化而接通双金属片巧妙地利用了不同金属热热膨胀胀的差异把膨 胀胀系数不同的两种金属片黏合在一起，常温下是直的，当 加热时热时 ，由于两种金属的膨胀胀程度不同，双金属片就会向 膨胀胀程度 小 的金属片那一侧侧弯曲6双金属片：铜的膨胀系数大于铁6、双金属片温度传感器的作用：控制电路的通断.温度传感器的应用电熨斗常温下，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，
7、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 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 7感温铁氧体(1)感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成. (2)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。 (3)使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度.电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，烧水水开后不能能自动
8、断开工作原理: (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。（2)水沸腾后,由于锅内保持1000C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1000C不变. (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1030C”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(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后,锅内保持1000C不变,温度低于 “居里点1030C” ,电饭锅不能自动断电.只有水烧干后,温度升 高到1030C才能自动断电.7感温铁氧体动片 （1）测定角度： （2）测定液
9、面高度h： （3）测定压力F： （4）测定位移x： 定片导电液体待测压力F固定电极可动电极极板极板电介质X电介质金属芯线8、电容式传感器待测压力F固定电极膜片电极例4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话筒是将声信号转换为电信号的声传感器当声波使金属膜片振动时动时 ，连连接在膜片上的线线圈(叫音 圈)随
10、着一起振动动9声传感器的应用动圈式话筒与电容式话筒工作原理音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应 电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定， 这就将声信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传 给扬声器，从扬声器中就发出放大声音当声波使膜片振动动 时时，电电容发发生变变化，电电 路中形成变变化的电电流，于 是电电阻R两端就输输出了与 声音变变化规规律相同的电压电压 9声传感器的应用电容式话筒工作原理Q是绝缘支架，薄 金属膜M和固定电极N形 成一个电容器，被直流 电源通电10、光传感器的应用-烟雾散射式火灾报警器（1）光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器报警器带孔的罩子
11、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 （2）工作原理如图图，是用发发光二极 管(LED)模仿路灯的光控电电 路，Rg为为光敏电电阻，R1是 变变阻器，斯密特触发发器是 具有特殊功能的非门门 11传感器应用电路设计光控开关电路天色较较亮时时，光敏电电阻Rg的阻值较值较 小，输输入端A电电平 较较低，输输出端Y电电平较较高，路灯不亮；当天色较较暗时时，光 敏电电阻Rg的阻值较值较 大，输输入端A电电平较较高，输
12、输出端Y电电平 较较低，路灯发发光若想要天色更暗时路灯才会点亮，可以将可变电阻R1阻值调大一些光控开关电路控制电磁继电器的工作原理 当线圈 A中通过较大电流时，铁芯中产生较大磁场，吸 引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作 电路接通，当线圈A中电流较小时，电磁铁磁性较小，衔铁 B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电 路控制电路的工作原理 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电 势较低，则输出端Y输出高电平，工作电路不通；天较暗时，光 敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到 一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈
13、A ，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后 ，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定 值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有较大电 流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭12.温度报警器工作原理 常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电 平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发 声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入 端A电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平 跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同， 则报警温度不同 减小R1的阻值可使热敏电阻在感测到更高的温度时
14、才报警原因：R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平， 则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高逻辑电路逻辑电路 A AB BZ Z结果结果结果结果条件条件“与与”逻辑关系逻辑关系结果结果“或或”逻辑关系逻辑关系结果结果条件条件A AB B Z ZA A“非非”逻辑关系逻辑关系结果结果Z Z条件条件真值表真值表 与门与门 或门或门 非门非门 符号符号 A AY Y1 1A A Y YB B&A A Y YB B 1 1例4：如图图所示，图图(甲)为热为热 敏电电阻的Rt图图象，图为图为 用 此热热敏电电阻R和继电继电 器组组成的一个简单简单 恒温箱电电路，继电继电 器 线线圈的电电阻为为150
15、.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继 电器的衔铁被吸合为继电器线圈供电的电池电动势E6V， 内阻可以不计图中“电源”是恒温箱加热器的电源(1)应 该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？(2)如果要使 恒温箱内的温度保持100，可变电阻R的阻值应调节为多 少？ 解析：由(甲)图线知，热敏电阻R的阻值随温度升高而减小，因而电磁继电器电路中的电流增大， 当电流增大到20mA时，衔铁被吸下，触点与A分离 而与C接触，此时应该断开加热电路，所以加热器 应接在A、B之间(1)应将加热器接在A、B端5、如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金 属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻 ，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保 持良好接触，无风
