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1、1 传感器,第三章 传感器,1.知道什么是传感器及其工作原理. 2.掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用.,目标定位,二、敏感元件的原理,栏目索引,一、传感器,对点检测 自查自纠,一、传感器,知识梳理,1.定义 把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置. 2.结构,答案,敏感,处理,非电信息,电信息,(1)敏感元件：能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号.,非电信息,答案,(2)处理电路：把微小电信号 ，并除去 ，使敏感元件输出的 转变成 ，这类电路称为处理电路. 3.传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、
2、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作.,进行放大,电信号,便于显示、记录、处理和控制的电学量(如电压、,电流和频率等),干扰信号,4.在分析传感器时要明确 (1)核心元件是什么； (2)是怎样将非电学量转化为电学量的； (3)是如何显示的或如何控制开关的.,【深度思考】,传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？,答案 传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等)，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自
3、动化和智能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用.,答案,典例精析,例1 如图1所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制 作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距 膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属 板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒 说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的( ) A距离变化 B正对面积变化 C介质变化 D电压变化,解析答案,图1,解析 在声音信号转换为电信号过程中介电常数没变，正对面积未变振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化
4、，从而将声音信号转换为电信号，故A选项正确,答案 A,例2 传感器是把非电学量(如速度、温度、 压力等)的变化转换成电学量的变化的一种 元件，在自动控制中有着相当广泛的应用. 有一种测量人的体重的电子秤，其测量部 分的原理图如图2中的虚线框所示，它主要 由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成.,图2,压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g10 m/s2.请回答：,(1)该秤零起点(即
5、踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_ A处.,解析答案,1.6102,(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数 为20 mA，则这个人的体重是_ kg.,50,总结提升,解析答案,返回,总结提升,返回,传感器问题的分析思路 不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化.因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.,二、敏感元件的原理,知识梳理,1.原理 利用物理学中能直接感受到的 转换成易于测量的物理量，形成电信号. 2.敏感元件分类： (1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等 . (2)化学类：基于化学反应的原理. (3)生物类
6、：基于酶、 和 等分子识别功能.,非电信息,物理效应,抗体,激素,答案,3.半导体热敏电阻的热敏特性： 热敏电阻的阻值随温度的升高而 ，随温度的降低而 ，根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量. 4.干簧管是一种能感知 的敏感元件.当磁力 簧片的弹力时，两者紧密地接触；当磁力 簧片的弹力时，两者 .因此，干簧管串联在电路中就成为一个 .,减小,增大,磁场,大于,小于,分开,由磁场控制的开关,答案,例3 在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，,典例精析,图3,其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号
7、转换成电信号的元件.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图3所示装置.向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.,然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( ) A.应选用电流挡，温度升高换用大量程测量 B.应选用电流挡，温度升高换用小量程测量 C.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡 D.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡,解析答案,解析 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，A、B均错； 当温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小
8、了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确.,D,例4 关于干簧管，下列说法中正确的是( ) A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C.干簧管接入电路中相当于开关的作用 D.干簧管能够感知磁场,解析 干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选C、D.,CD,解析答案,返回,对点检测 自查自纠,1,2,3,4,解析答案,1.(对传感器的理解)关于传感器，下列说法正确的是( ) A.金属材料不可以制成传感器 B.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号 C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的 D.所有传感器的材料都是由半导体材料做成
9、的,解析 金属材料也可以制成传感器，所以A错误； 动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，其作用是将声信号转换为电信号，所以B正确； 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误； 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以D错误.故选B.,B,2.(热敏电阻的应用)如图4所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一现象的主要原因是( ) A.小灯泡的电阻发生了变化 B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化
10、 D.电源的电压随温度发生了变化,1,2,3,4,解析答案,图4,解析 电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据PI2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗.,C,解析 当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮.,1,2,3,4,3.(热敏电阻的应用)(多选)图5是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值.实验中观察到当温度升高时灯更亮.对实验现象分析正确的有( ) A.温度升高，电路中的电流减小 B.温度升高，电路中的电流增大 C.温度升高，热敏电阻的阻值增大 D.温度升高，热敏电阻的阻值减小,解析答案,图5,BD,1,2,3,4,4.(对传感器的理解)如图6所示是变隙电感式压力传感器的结构图.它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起.根据变隙电感式压力传感器的结构图分析其工作原理.,解析答案,返回,解析 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力F的作用下产生与压力F大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使铁芯和衔铁之间的距离发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值反映了被测压力的大小.,答案 见解析,图6,本课结束,
