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1、第六章 传感器6.1 传感器及其工作原理一. 传感器的原理 传感器是这样一类元件：它能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们转换成电学量（电压、电流等），或转换为电路的通断。这样就可以更方便地进行传输、测量、处理了。二. 传感器的分类1. 光电传感器光敏电阻 半导体，光照越强，电阻越小。2. 温度传感器热敏电阻和金属热电阻。（1）热敏电阻： 半导体，温度越高，电阻越小。（2）金属热电阻： 金属，温度越高，电阻越大。3. 电容式位移传感器 位移转换成电容器电容的变化。4. 霍尔元件 把磁学量转换成电学量（1）霍尔电压：矩形半导体薄片，通电流I，垂直方向加磁场B，则在两侧出现电压.
2、k霍尔系数。 与薄片材料有关； d霍尔元件厚度（2）原理： 载流子运动，受洛伦兹力作用，在两侧累积电荷，形成电压。（3）霍尔元件（磁敏元件）：与B成正比。把B转换成电压信号。【例1】如图，为定值电阻，L为小灯泡，为光敏电阻，当照射光强度增大时（ ）A. 电压表的示数增大 B. 中电流减小C. 小灯泡的功率增大 D. 电路的路端电压增大 【例2】如图，为定值电阻，为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）A. 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【例3】传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于
3、可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，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【例4】图是霍尔元件的工作原理示意图，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（ ）A. 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，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
4、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【例5】如图为一热敏电阻的IU关系曲线图。（1）为了通过测量得到IU关系的完整曲线，在图甲和图乙两个电路中应选择的是图 ；简要说明理由 。（电源电动势9V，内阻不计，滑动变阻器0100）（2）在右图所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻，由热敏电阻的IU关系曲线图可知，热敏电阻两端的电压为 V，电阻的阻值为 【例题答案】例1. ABC；例2. C； 例3. BC； 例4. ABD；例5. （1）甲；甲图电压调节范围大，可从0调到所需电压。（2），查表知，则，6.2 传感器的应用一传感器应用的一般模式传感器
5、工作原理分析过程：（1）注意传感器受到的是何物理量。（力、热、磁、光、声等）（2）传感器与电子元件一起构成电路，分析电路结构和敏感元件的特点。（3）注意输出信号。 传感器一般把信号转换成电学信号输出。二力传感器的应用电子秤 力转化为电信号 金属梁右端固定，上下各贴一个应变片。金属梁自由端受力F，发生弯曲，则上表面拉伸，应变片电阻变大；下表面压缩，应变片电阻变小。 让应变片中电流保持恒定，则上表面应变片两端电压变大，下表面应变片两端电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。外力越大，输出的电压差值越大。由电压差值得大小，可得到外力F的大小。三声传感器的应用话筒 声信号转化为电信号1. 动圈式话筒
6、金属线圈在磁场中，声波使线圈振动，产生与声音变化相同的感应电流。2. 电容式话筒 声波使膜片振动，电容发生变化，电路中形成电流，在电阻R两端输出与声音变化规律相同的电压。四 温度传感器的应用1. 电熨斗 （1）构造：如图，内部装有双金属片温度传感器，控制电路的通断。（2）自动控温工作原理：上下金属片热膨胀系数不同。常温时，上、下触电接触；温度过高时，上金属片膨胀大，下金属片膨胀小，双金属片向下弯曲，触点脱离，从而切断电源； 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，起到自动控温的目的。2. 电冰箱自动控温系统 利用热敏电阻，阻值随温度升高而减小。把温度信息转化为电信号。3.
7、 电饭锅 （1）感温磁体（铁氧体）：常温下有磁性，当到达居里温度103，失去磁性。（2）电饭锅工作原理： 按下开关，手松开，永磁体与感温磁体相吸，电源接通加热。到达103，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，两磁体离开，切断电源，停止加热。（3） 电饭锅烧水，水会烧干，无法实现自动控温目的。（无法到达103）4. 测温仪 温度传感器把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来，达到测量温度的目的。常见测温元件：热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件。五光传感器的应用1. 机械式鼠标器 （1）内部组成：滚球、滚轴、码盘、红外发射管、红外接收管。（2）工作原理：鼠标移动，滚球通过滚轴带动
8、两个码盘转动，红外接收管就接收到断续的红外线脉冲，输出相应电脉冲信号。计算机分别统计x，y两个方向的脉冲信号，屏幕上光标产生相应的位移。2. 火灾报警器 利用烟雾对光的散射原理报警。工作原理：带孔的外罩内装有发光二极管LED、光电三极管、不透明的挡板。平时，三极管接收不到发光二极管LED的光，呈现高电阻状态；当烟雾进入罩内后，对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，使其电阻变小，与传感器连接的电路检测到这种变化，就会发出警报。3. 自动门 红外传感器六磁传感器的应用干簧管干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性。磁场存在时，簧片有磁性，相互吸引而接通电路；磁
9、场不存在时，簧片磁性消失而分开，电路断开。所以干簧管可起到开关的作用。【例1】如图甲、乙所示是科技竞赛活动中两位同学自制的利用电压表示数来指示物体质量的电子秤原理图，托盘由绝缘材料制成的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均忽略不计，滑动变阻器的滑动端与弹簧相连，当托盘中没有放物体时，电压表示数为0，设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其它阻力，电压表为理想电表。推导甲、乙两图中电压表示数与物体质量m的关系式，说明哪位同学的方案更可取。【例2】如图所示是电饭煲的电路图，是控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103）时，会自动
10、断开。是一个自动控温开关，当温度低于70时，会自动闭合；温度高于80时，会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计。（1）分析电饭煲的工作原理；（2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；（3）简要回答，如果不闭合开关，饭能煮熟吗？【例3】如图所示，电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED相距不变，下列说法正确的是( )A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎
11、样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变【例题答案】例1. 甲：，乙： 甲的设计与m成正比，更便于测量例2.（1）接上电源，自动闭合，同时手动闭合，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态。加热到80时，自动断开，仍闭合；饭煮熟后，温度升高到103时，开关自动断开，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度降至70时，自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80时，又自动断开，再次处于保温状态，如此循环。（2）加热消耗功率，保温消耗功率，其中，因此；（3）不能煮熟，始终断开，开始，闭合，加热；温度上升到80时，断开，保温；温度降到70时，闭合温度只能在70与80之间变化，不能煮熟饭。 例3. A6.3
12、 传感器的应用实验一光控开关非门：斯密特触发器：输入端A电压上升到某个值（1.6V）时，输出端Y突然从高电平跳到低电平（0.25V）；而当A端电压下降到到另一个值（0.8V）时， Y从低电平跳到高电平（3.4V）。这样就将连续变化的模拟信号转化为突变的数字信号。1. 光控原理：甲图，天变暗，光敏电阻阻值上升，A点电压上升，Y端低电平，发光二极管（路灯）发光。乙图，用继电器使白炽灯（路灯）发光，模仿路灯。J为继电器的线圈，为它的常开触点。为防止继电器释放衔铁时线圈中自感电动势损坏集成电路，并联一个二极管，以供自感电流的通路。2. 要想在天更暗时路灯才点亮，应该把的阻值调大一些，这样A点电压达到
13、1.6V需要的阻值更高。二温度报警器1. 工作原理：常温下，调整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，的阻值不同，报警温度不同。2报警温度调节 要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小的阻值。三继电器的应用 常开触点、常闭触点。【例】一路灯控制装置如图所示，为光敏电阻。白天时继电器J两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节？解：白天，阻值较小，两端电压较高，A点电势较高，Y端输出低电平，继电器两端电压较小，不接通，路灯不亮。夜间相反。 要使路灯早点亮，需调小。5
