传感器及其工作原理
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课件52张PPT。第六章 《传感器》6.1《传感器及其 工作原理》演示实验：
小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁放到盒子上面，灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。原理：当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用！声音的转换一、传感器1、定义： 传感器是把非电学量(如位移、速度、力、磁感应强度、温度、光、声等)按一定的规律转换为电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的元器件. 2、工作原理：非电学量敏感元件转换电路电学量传感器3、特点（优点）：易感知、易测量、易控制各种传感器温度传感器火灾报警器酒精测试仪二、敏感元件1、光敏电阻电阻小电阻大光学量→电阻2、热敏电阻<1>金属热电阻：规律：电阻随温度的升高而增大。<2>热敏电阻：规律：电阻随温度的升高而减小。温度→电阻生活中哪些地方用到热敏电阻?3、霍尔元件NMFBEIUH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。磁感应强度→电压4、电容器（1）测定角度θ： （2）测定液面高度h： （3）测定压力F： （4）测定位移x： 力学量→电容1、传感器：2）原理：2、敏感元件：
（1）光敏电阻 （光电传感器）
（2）热敏电阻 （温度传感器）
（3）霍尔元件 （磁传感器）
（4）电容器 （位移传感器）非电学量敏感元件转换电路电学量非电学量 电学量1）概念：转换为6.1 传感器及其工作原理 小结6.2 传感器的应用（一）传感器应用的一般模式：一.力电传感器的应用——电子秤（1）电子秤使用的测力装置是什么？
它是由什么元件组成的？二. 声传感器的应用——话筒 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器
常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。动圈式话筒的工作原理 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。电磁感应现象 电容式话筒的工作原理 利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。三．温度传感器的应用——电熨斗 电熨斗双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断.P63思考与讨论6.3 传感器的应用
（二）一、温度传感器的应用-------电饭锅1、感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约1030C时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。思考： 温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，
感温铁氧体与磁铁分离。2、电饭锅的原理（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，锅内大致保持100℃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103℃”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100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。二、温度传感器的应用-------测温仪阅读教材，思考并回答下列问题：
（1）温度传感器测温仪有何优点？
可以远距离读取温度的数值．因为温度信号变成电信号后可以远距离传输．
（2）常见的测温元件有哪些？
热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等．热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 三、光传感器的应用——鼠标器1、机械鼠标器的主要构造图2、工作原理：当鼠标在桌面上滚动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计X、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管 三、光传感器的应用——火灾报警器1、结构图2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，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。小 结1、温度传感器
的应用（1）电饭锅（2）测温仪2、光传感器
的应用（1）鼠标器（2）火灾报警器6.4《传感器的 应用实例》一、二极管的特点和作用
1、二极管具有单向导电性
2、发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。 二、三极管的特点和作用1、三极管具有电流放大作用。
2、晶体三极管能够将微弱的信号放大，晶体三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。
3、传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。 三、斯密特触发器斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V，Y会从低电平跳到高电平3.4V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。练习.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设计题 ： 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、学生电源、继电器、滑动变阻器、定值电阻、开关、导线。（如有需要可以自行添加所需器材）例5．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例3、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例4：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（ ）
A. 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 B解析：当R2处出现火情时，该处温度升高。 R2 为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，由全电路的欧姆定律可知，路端电压减小，该电阻两端电压减小，故R3两端电压减小，所以电流表示数减小。即U减小，I减小。提示：掌握各种元件的特性和闭合电路的动态分析是解题的关键例2.如图6－1－3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
B．R2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ABC
小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁放到盒子上面，灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。原理：当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用！声音的转换一、传感器1、定义： 传感器是把非电学量(如位移、速度、力、磁感应强度、温度、光、声等)按一定的规律转换为电学量(如电压、电流、电阻、电容等)的元器件. 2、工作原理：非电学量敏感元件转换电路电学量传感器3、特点（优点）：易感知、易测量、易控制各种传感器温度传感器火灾报警器酒精测试仪二、敏感元件1、光敏电阻电阻小电阻大光学量→电阻2、热敏电阻<1>金属热电阻：规律：电阻随温度的升高而增大。<2>热敏电阻：规律：电阻随温度的升高而减小。温度→电阻生活中哪些地方用到热敏电阻?3、霍尔元件NMFBEIUH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。磁感应强度→电压4、电容器（1）测定角度θ： （2）测定液面高度h： （3）测定压力F： （4）测定位移x： 力学量→电容1、传感器：2）原理：2、敏感元件：
（1）光敏电阻 （光电传感器）
（2）热敏电阻 （温度传感器）
（3）霍尔元件 （磁传感器）
（4）电容器 （位移传感器）非电学量敏感元件转换电路电学量非电学量 电学量1）概念：转换为6.1 传感器及其工作原理 小结6.2 传感器的应用（一）传感器应用的一般模式：一.力电传感器的应用——电子秤（1）电子秤使用的测力装置是什么？
它是由什么元件组成的？二. 声传感器的应用——话筒 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器
常见的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。动圈式话筒的工作原理 膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。电磁感应现象 电容式话筒的工作原理 利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。三．温度传感器的应用——电熨斗 电熨斗双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断.P63思考与讨论6.3 传感器的应用
（二）一、温度传感器的应用-------电饭锅1、感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约1030C时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。思考： 温度升高到一定数值时，感温铁氧体的磁性消失，
感温铁氧体与磁铁分离。2、电饭锅的原理（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，锅内大致保持100℃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103℃”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100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。二、温度传感器的应用-------测温仪阅读教材，思考并回答下列问题：
（1）温度传感器测温仪有何优点？
可以远距离读取温度的数值．因为温度信号变成电信号后可以远距离传输．
（2）常见的测温元件有哪些？
热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等．热电偶：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一定大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 三、光传感器的应用——鼠标器1、机械鼠标器的主要构造图2、工作原理：当鼠标在桌面上滚动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计X、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管 三、光传感器的应用——火灾报警器1、结构图2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，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。小 结1、温度传感器
的应用（1）电饭锅（2）测温仪2、光传感器
的应用（1）鼠标器（2）火灾报警器6.4《传感器的 应用实例》一、二极管的特点和作用
1、二极管具有单向导电性
2、发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。 二、三极管的特点和作用1、三极管具有电流放大作用。
2、晶体三极管能够将微弱的信号放大，晶体三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。
3、传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。 三、斯密特触发器斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V，Y会从低电平跳到高电平3.4V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。练习.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设计题 ： 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、学生电源、继电器、滑动变阻器、定值电阻、开关、导线。（如有需要可以自行添加所需器材）例5．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例3、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例4：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（ ）
A. 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 B解析：当R2处出现火情时，该处温度升高。 R2 为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，由全电路的欧姆定律可知，路端电压减小，该电阻两端电压减小，故R3两端电压减小，所以电流表示数减小。即U减小，I减小。提示：掌握各种元件的特性和闭合电路的动态分析是解题的关键例2.如图6－1－3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
B．R2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ABC