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1、第五章第五章 传感器传感器高二物理选修32传感器及其应用(第六章第六章 传感器传感器13、传感器原理及应用高二物理选修32传感器及其应用(种类繁多的传感器高二物理选修32传感器及其应用(高二物理选修32传感器及其应用(指纹考勤机高二物理选修32传感器及其应用(供应宝马温度温度传感器传感器高二物理选修32传感器及其应用(离子感烟器离子感烟器明火探测器明火探测器温度传感器温度传感器高二物理选修32传感器及其应用(光电传感器光电传感器湿度传感器湿度传感器机油压力传感器机油压力传感器超声波传感器超声波传感器高二物理选修32传感器及其应用(风速传感器风速传感器色标传感器色标传感器全自动血压机全自动血压机
2、自动旋转门自动旋转门高二物理选修32传感器及其应用(电子秤电子秤电磁流量计电磁流量计电子测温计电子测温计电子测温计电子测温计高二物理选修32传感器及其应用(一、什么是传感器一、什么是传感器? 传感器是指这样一些元件：它传感器是指这样一些元件：它能够感受诸如能够感受诸如位移、速度、压力、位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光，温度、湿度、流量、声强、光，化化学成分等学成分等非电学量非电学量，并能把它们按，并能把它们按照一定规律转换为电压、电流等照一定规律转换为电压、电流等电电学量学量 的一种组件，起自动控制作用的一种组件，起自动控制作用 。 高二物理选修32传感器及其应用(非电学量 电学量
3、传传感感器器角度角度角度角度位移位移位移位移速度速度速度速度加速度加速度加速度加速度压力压力压力压力温度温度温度温度湿度湿度湿度湿度声强声强声强声强光照强度光照强度光照强度光照强度电压电压电压电压电流电流电流电流电阻电阻电阻电阻电容电容电容电容高二物理选修32传感器及其应用(二、传感器的种类二、传感器的种类物理传感器、化学传感器、生物传感器物理传感器、化学传感器、生物传感器物理传感器物理传感器： 利用物质的物理性质和物理效应感知并利用物质的物理性质和物理效应感知并检测对象信息的传感器。检测对象信息的传感器。如电容传感器、电感传感器、光电传感器、如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等
4、。压电传感器等。其接受的是压力、声波、光其接受的是压力、声波、光等的物理信息。等的物理信息。（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）高二物理选修32传感器及其应用(化学传感器：化学传感器：是利用化学反应的原理，识是利用化学反应的原理，识别和检测信息，把别和检测信息，把 化学物质的成分、浓化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。度等转换为电信号的传感器。 如气敏传感器、湿敏传感器等，在环境保护火灾报如气敏传感器、湿敏传感器等，在环境保护火灾报警、医疗卫生和家用电器方面有广泛应用。警、医疗卫生和家用电器方面有广泛应用。生物
5、传感器：生物传感器：是一种利用生物活性物质选择性的是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器识别和测定生物化学物质的传感器。如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。其感受器中含有生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。高二物理选修32传感器及其应用(转换电路转换电路电电信信号号敏感元件敏感元件三、传感器的工作原理高
6、二物理选修32传感器及其应用(传感器：传感器： 一般由一般由 敏感元件、转换器件、转换电路敏感元件、转换器件、转换电路 三三 部分组成部分组成 转换转换器件器件敏感敏感元件元件转换转换电路电路非电非电物理量物理量电学量电学量高二物理选修32传感器及其应用(常见传感器及工作原理1、光敏电阻（光电传感器）高二物理选修32传感器及其应用(利用烟雾对光的散利用烟雾对光的散射来工作的火灾报射来工作的火灾报警器警器光传感器的应用光传感器的应用火灾报警器火灾报警器高二物理选修32传感器及其应用(（1 1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。）光
7、敏电阻的电阻率与光照强度有关。（2 2）光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉。硫化镉。硫化镉。硫化镉（CdSCdS）是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变好。好。好。好。（3 3）光敏电阻将）光敏电阻将）光敏电
8、阻将）光敏电阻将光学量光学量光学量光学量（光照强度）转化为（光照强度）转化为（光照强度）转化为（光照强度）转化为电学量电学量电学量电学量（电阻）。（电阻）。（电阻）。（电阻）。特性：高二物理选修32传感器及其应用(例例1 1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中其中R R1 1为光敏电阻，为光敏电阻，R R2 2为定值电阻此光电计数为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（器的基本工作原理是（ ）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
9、，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记数一次信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D D信号处理系统每获得一次高电压就记数一次信号处理系统每获得一次高电压就记数一次ACAC高二物理选修32传感器及其应用(2、热敏电阻热敏电阻能够把热敏电阻能够把 _这个热学量转换成为这个热学量转换成为电阻这个电学量电阻这个电学量温度温度热敏电阻R-T关系示意图RTo热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数特性：减小高二物理选修32传感器及其应用(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，观察欧姆表的示数，下列说法正
10、确的是（ ）ABA.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高二物理选修32传感器及其应用(例例3：如图是一火警报警的一部分电路示：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中意图。其中R2为用半导体热敏材料制成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，的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器之间接报
11、警器。当传感器R2所在处出现所在处出现火情时，显示器的电流火情时，显示器的电流I、报警器两端的、报警器两端的电压电压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 高二物理选修32传感器及其应用(尝试体验尝试体验 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返回返回ABC高二物理选修32传感器及其应用( 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器
12、把力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动防抱死制动系统等。系统等。 3.力电传感器力电传感器 高二物理选修32传感器及其应用(电阻传感器测物体的质量电阻传感器测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE高二物理选修32传感器及其应用(力
13、传感器的应用力传感器的应用电子秤电子秤金属梁金属梁U1U2高二物理选修32传感器及其应用(例例* *：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k k）如图）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压输出电压U U。现有下列器材：力电
14、转换器、质量为现有下列器材：力电转换器、质量为m m0 0的砝码、电压表、滑动变阻的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量的受压面上）。请完成对该物体的测量m m。（1 1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。（2 2）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数k k，并
15、测出待测物体的质量，并测出待测物体的质量m m。（3 3）请设想实验中可能会出现的一个问题。）请设想实验中可能会出现的一个问题。力电转换器力电转换器输出输出输入输入受压面受压面高二物理选修32传感器及其应用(1)(1) 设计电路如图(2) (2) 测量步骤与结果测量步骤与结果:调节滑动变阻器调节滑动变阻器, ,使转换器的输出电压为使转换器的输出电压为零零,将砝码放在转换器上将砝码放在转换器上, ,记下输出电压记下输出电压U U0 0,将待测物放在转换器将待测物放在转换器上上, ,记下输出电压记下输出电压U U 由由U U0 0=km=km0 0g,g,得得k=Uk=U0 0/m/m0 0g g
16、 U=k m g, U=k m g,所以所以 m=mm=m0 0U/UU/U0 0高二物理选修32传感器及其应用(例题（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，例题（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中图中P P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O O是悬挂点，是悬挂点，R R0 0是保是保护电阻，护电阻，CDCD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终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，无风时细金属丝与电阻丝在保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C C点接触，此时电路中点接触，此时电路中
17、的电流为的电流为I I，有风时细金属丝将偏转一角度，有风时细金属丝将偏转一角度（与风力大小有关）与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在，细金属丝与电阻丝在C C/ /点接触，已知风力方向水平向左，点接触，已知风力方向水平向左，OC=hOC=h，CD=LCD=L，球的质量为，球的质量为M M，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为k k，电源内电阻和细，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为角时，电流表的示数为I I，此时，此时风力大小为风力大小为F F，试写出：，试写出：风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流
18、表示数与电流表示数I的关系式。的关系式。此装置所测定的最大风力是多少此装置所测定的最大风力是多少？R0OPDBCA电源高二物理选修32传感器及其应用(例题例题3：（：（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，物体物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小表显示的数据，来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的，。假设电压表是理想的，则下列说法正确的是则下列说法正确的是()A物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变
19、化B物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B高二物理选修32传感器及其应用(电容式位移传感器电容式位移传感器电容式位移传感器能够把物体电容式位移传感器能够把物体电容式位移传感器能够把物体电容式位移传感器能够把物体_这个力学量转这个力学量转这个力学量转这个力学量转换为换为换为换为_这个电学量这个电学量这个电学量这个电学量位移位移位移位移电容电容电容电容电容式位移传感器示意图被测物体x x电容器极板电介质板高二物理选修32传感器及其应用(（1 1）测定角度
20、）测定角度）测定角度）测定角度 （2 2）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度h h （3 3）测定压力）测定压力）测定压力）测定压力FF（4 4）测定位移）测定位移）测定位移）测定位移x x 定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质其它电容式传感器高二物理选修32传感器及其应用(例例4:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。其结构如图所示。当系统绕轴当系统绕轴OO转动时，元件转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，发生位
21、移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为的质量为m，弹簧，弹簧的劲度系数为的劲度系数为k、自然长度为、自然长度为l，电源的电动势为，电源的电动势为E、内阻不计。滑、内阻不计。滑动变阻器总长也为动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统静止时，电阻分布均匀，系统静止时P在在B点，当系统点，当系统以角速度以角速度转动时，试写出输出电压转动时，试写出输出电压U与与的函数式。的函数式。ASPCBOO输出电压输出电压U解：设弹簧伸长x , 则 x= m 2 l ( k-m 2 )设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 U=IRx=Exr1
22、 / l r1= Ex/ l U= Em 2 (k-m 2)高二物理选修32传感器及其应用(例例5：将将金金属属块块m用用压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧卡卡在在一一个个矩矩形形的的箱箱中中，如如图图所所示示，在在箱箱的的上上顶顶板板和和下下底底板板装装有有压压力力传传感感器器，箱箱可可以以沿沿竖竖直直轨轨道道运运动动。当当箱箱以以a=2.0m/s2的的加加速速度度竖竖直直向向上上做做匀匀减减速速运运动动时时，上上顶顶板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为6.0N，下下底底板板的的传传感感器器显显示示的的压压力力为为10.0N。(取取g=10m/s2)(1)若上顶板传感器的示数是下底板若上顶板传
23、感器的示数是下底板传感器的示数的一半，传感器的示数的一半，试判断箱的试判断箱的运动情况。运动情况。(2)要使上顶板传感器的示数为零要使上顶板传感器的示数为零,箱箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m高二物理选修32传感器及其应用(原来原来（1）（2）解：解：mF=10NF1=6Nmga向上做匀减速运向上做匀减速运动动a向下向下a=2m/s2mg+F1-F=mam=0.5kgFmgF2a2上顶板示数是下上顶板示数是下底板示数的底板示数的1/2弹簧长度不变弹簧长度不变F=10NF2=5Nmg+F2-F=ma2a2=0静止或匀速运动静止或匀速运动Fmga3上顶板示数
24、为零，则弹上顶板示数为零，则弹簧变短簧变短F10NF3=0Fmg=ma3a310m/s2向上加速或向下减速，向上加速或向下减速，加速度加速度a10m/s2。高二物理选修32传感器及其应用(声传感器的应用话筒传感器应用实例（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？ 高二物理选修32传感器及其应用(4.声电传感器声电传感器 例例题题1.（2003上上海海试试题题）唱唱卡卡拉拉OK用用的的话话筒筒，内内有有传传感感器器。其其中中有有一一种种是是动动圈圈式式的的，它它的的
25、工工作作原原理理是是在在弹弹性性膜膜片片后后面面粘粘接接一一个个轻轻小小的的金金属属线线圈圈，线线圈圈处处于于永永磁磁体体的的磁磁场场中中，当当声声波波使使膜膜片片前前后后振振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是()A该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B高二物理选修32传感器及其应用(常
26、温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。三、温度传感器的应用电熨斗传感器应用实例双金属片温度传感器：高二物理选修32传感器及其应用(例例2.日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？U形形动动触片触片静触片静触片氖氖泡泡图1解析：日光灯启动器结构如图所示，解析：日光灯启动器结构如图所示，内有一双金属片，热膨胀系数不同。内有一双金属片，热膨胀系数不同。开关闭合后，启动器两极之间有电开关闭合后，启动器两极之间
27、有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使出的热量使U U形动触片受热膨胀向外形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片接触，电路接通；延伸，碰到静触片接触，电路接通；温度降低时，温度降低时，U U动触片向里收缩，离动触片向里收缩，离开触点，切断电路。开触点，切断电路。高二物理选修32传感器及其应用(电熨斗的构造思考与讨论：常温下两触点是接触还是分离？如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？高二物理选修32传感器及其应用(例例3.3.电熨斗：电熨斗：利用双金属片温度传感器控制电路的通断利用双金属片温度传感器控制电路的通断. .高二物理选修32传感器及其应用(（1）
28、电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？）电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？（2）感温铁氧体的组成物质是什么？）感温铁氧体的组成物质是什么？（3）感温铁氧体有何特点？）感温铁氧体有何特点？（4）什么是）什么是“居里点居里点”？温度传感器的应用电饭锅高二物理选修32传感器及其应用(防盗报警器防盗报警器报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感知磁场而接通或断开电路。知磁场而接通或断开电路。知磁场而接通或断开电路。知磁场而接通或断开电路。高二物理选修32传感器及其应用(2、热敏电阻和金属热电
29、阻（1 1 1 1）导电性能与温度的变化关系。）导电性能与温度的变化关系。）导电性能与温度的变化关系。）导电性能与温度的变化关系。l半导体材料的导电性能随温度升高而半导体材料的导电性能随温度升高而半导体材料的导电性能随温度升高而半导体材料的导电性能随温度升高而变好（电阻率随温度升高而减小）；变好（电阻率随温度升高而减小）；变好（电阻率随温度升高而减小）；变好（电阻率随温度升高而减小）；l金属导体的导电性能随温度升高而降金属导体的导电性能随温度升高而降金属导体的导电性能随温度升高而降金属导体的导电性能随温度升高而降低（电阻率随温度升高而增大）。低（电阻率随温度升高而增大）。低（电阻率随温度升高而
30、增大）。低（电阻率随温度升高而增大）。ORT金属导线金属导线热敏电阻热敏电阻（2 2 2 2）热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量灵敏度高，但化学稳定性较差，测量灵敏度高，但化学稳定性较差，测量灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；范围较小；范围较小；范围较小；金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻的化学稳定性较好，测量范的化学稳定性较好，测量范的化学稳定性较好，测量范的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。围较大，但灵敏度较差。围较大，但灵敏度较差。围较大，但灵敏度较差。（3 3 3 3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量）热敏电阻或金属热电阻能够将热学
31、量）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量( ( ( (温度温度温度温度) ) ) )转转转转化为电阻这个电学量。化为电阻这个电学量。化为电阻这个电学量。化为电阻这个电学量。高二物理选修32传感器及其应用(例题例题3.3.下图是一个温度传感器的原理示意图下图是一个温度传感器的原理示意图,R,Rt t是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度值转变为电信号的。温度值转变为电信号的。【解答解答解答解答】温度升高或降低导致温度升高或降低导致温度升高或降低导致温度升高或降低导致RtRt阻值发生变化，阻值发生变化，阻值发生变化，阻值发生变
32、化，使电路中电流也发生变化，导致使电路中电流也发生变化，导致使电路中电流也发生变化，导致使电路中电流也发生变化，导致R R上的电压也发生上的电压也发生上的电压也发生上的电压也发生改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将改变，因此电压表读数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号温度的化转变为电信号温度的化转变为电信号温度的化转变为电信号。VRtR高二物理选修32传感器及其应用(（1 1）测定角度）测定角度）测定角度）测定角度 （2 2）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度）测定液面高度h h （3 3）
33、测定压力）测定压力）测定压力）测定压力FF（4 4）测定位移）测定位移）测定位移）测定位移x x 定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质电容式传感器高二物理选修32传感器及其应用(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力学量（位移）电容式位移传感器把力学量（位移）转换为电学量（电容）。转换为电学量（电容）。示意图示意图被测物体被测物体x电容器极板电容器极板电介质板电介质板高二物理选修32传感器及其应用( （1 1）材料：半导体）材料：半导体 如：砷化铟如：砷化铟CDFBEI IU
34、UH H霍尔元件工作原理图霍尔元件工作原理图 （3 3）霍尔电压）霍尔电压: :K K为比例系数，称为为比例系数，称为霍尔系数霍尔系数，其大小与元件的材料有关。，其大小与元件的材料有关。一个霍尔元件的一个霍尔元件的d、k为定值，再保持为定值，再保持I恒定，则恒定，则UH 的变化就的变化就与与B成正比。因此霍尔元件又称成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件磁敏元件。霍尔元件把磁学量（磁感应强度）转换为电学量（电压）。霍尔元件把磁学量（磁感应强度）转换为电学量（电压）。霍尔元件把磁学量（磁感应强度）转换为电学量（电压）。霍尔元件把磁学量（磁感应强度）转换为电学量（电压）。五、霍尔元件（磁传感器） （2
35、2）工作原理：）工作原理：高二物理选修32传感器及其应用(自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立运行状态关系到整个生产线流程。通常建立运行状态关系到整个生产线流程。通常建立运行状态关系到整个生产线流程。通常建立2424小时在线监小时在线监小时在线监小时在线监测系统。测系统。测系统。测系统。大显身手的传感器大显身手的传感器高二物理选修32传感器及其应用(
36、石化企业输油管道、储油罐等压力容器的石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测破损和泄露检测高二物理选修32传感器及其应用(高二物理选修32传感器及其应用(高二物理选修32传感器及其应用(高二物理选修32传感器及其应用(在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测时，必须对其性能质量检测图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机润滑油温度、
37、冷却水温度、燃油压力及发动机润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。了解产品质量。了解产品质量。了解产品质量。高二物理选修32传感器及其应用(汽车扭距测量汽车扭距测量 机床加工精度测量机床加工精度测量高二物理选修32传感器及其应用(汽车与传感器汽车与传感器高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转高级轿车需要用传感器对温度
38、、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要的测量，一般需要的测量，一般需要的测量，一般需要30301 001 00种传感器。种传感器。种传感器。种传感器。高二物理选修32传感器及其应用(传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器
39、、电熨斗、电自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院等。影院等。影院等。影院等。高二物理选修32传感器及其应用(传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用机械手、机器人中的机械手、机器人中的传感器：传感器： 转动转动/移动位置传感器、移动位置传感器、力传感器、视觉传感力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉近距
40、离传感器、触觉传感器、热觉传感器、传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。嗅觉传感器。高二物理选修32传感器及其应用(密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型高二物理选修32传感器及其应用(机器人服务员机器人服务员高二物理选修32传感器及其应用(AGV自动送货车自动送货车香港理工香港理工AGV模型模型高二物理选修32传感器及其应用(传感器在生物医学上的应用传感器在生物医学上的应用 对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行 诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理 参数的测量。参数的测量。参数的测量。参数的测量。
41、 国内已经成功地开国内已经成功地开国内已经成功地开国内已经成功地开 发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外 组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪 器。人类基因组计划的研器。人类基因组计划的研器。人类基因组计划的研器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免究也大大促进了对酶、免究也大大促进了对酶、免究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、疫、微生物、细胞、疫、微生物、细胞、疫、微生物、细胞、DNADNA、RNARNA、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、
42、觉和体液组份以及血气、觉和体液组份以及血气、觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传血压、血流量、脉搏等传血压、血流量、脉搏等传血压、血流量、脉搏等传感器的研究。感器的研究。感器的研究。感器的研究。医学医学高二物理选修32传感器及其应用(高二物理选修32传感器及其应用(传感器与航空及航天传感器与航空及航天飞行器：控制在预定轨飞行器：控制在预定轨飞行器：控制在预定轨飞行器：控制在预定轨道上道上道上道上陀螺仪、阳光传感器、陀螺仪、阳光传感器、陀螺仪、阳光传感器、陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感星光传感器、地磁传感星光传感器、地磁传感星光传感器、地磁传感器器器器航天航天高二物理选修32传
43、感器及其应用(传感器与环境保护传感器与环境保护保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、污水流量、污水流量、污水流量、PHPH值、电导、浊度、值、电导、浊度、值、电导、浊度、值、电导、浊度、CODCOD、BODBOD、TPTP、TNTN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、矿物油、氰化物、氨氮、总
44、氮、总磷、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2SO2、NONO、O3O3、COCO等参数测量的传感器，这些等参数测量的传感器，这些等参数测量的传感器，这些等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。传感器中大多数亟待开发。传感器中
45、大多数亟待开发。传感器中大多数亟待开发。高二物理选修32传感器及其应用( 烟尘浊度测量烟尘浊度测量高二物理选修32传感器及其应用(传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器微波微波微波微波红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异矿藏埋
46、藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区地地地地面面面面高二物理选修32传感器及其应用(1、传感器：、传感器：小结2、传感器的工作原理：、传感器的工作原理：3、敏感元件：、敏感元件：（1 1 1 1）光敏电阻（光电传感器）光敏电阻（光电传感器）光敏电阻（光电传感器）光敏电阻（光电传感器）（2 2 2 2）热敏电阻和热电阻（）热敏电阻和热电阻（）热敏电阻和热电阻（）热敏电阻和热电阻（ 温度传感器）温度传感器）温度传感器）温度传感器）（3 3 3 3）电容式传感器（位移传感器）电容式传感器（位移传感器）电容式传感器（位移传感器）电容式传感器（位移传感器）（4 4 4 4）霍尔元件（磁传感器）霍尔
47、元件（磁传感器）霍尔元件（磁传感器）霍尔元件（磁传感器）非电学量非电学量非电学量非电学量敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换器件转换器件转换电路转换电路转换电路转换电路电学量电学量电学量电学量 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。高二物理选修32传感器及其应用(例例题题2如如图图所所示示，R1、R2为为定定值值电电阻阻，L是是小小灯灯泡泡，R3为为光光敏敏电电阻阻，当当照照射射光光强强度度增增大大时时，（ ）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小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大ABC高二物理选修32传感器及其应用(
