5.2常见传感器的工作原理 课件 (3)

课件27张PPT。5.2 常见传感器的工作原理一、传感器的定义及作用
1．定义
能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成
的器件或装置。
2．作用
传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息采集和转化任务，把 量转化为 量。电信号非电学电学物理化学生物 1．核心元件的组成
(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的。
(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。图5－1－2 1. 全面了解汽车的运行状态(速度、水
箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶
员安全的举措之一，为模仿汽车油表原
理，自制一种测定油箱油量多少或变化
多少的装置。如图5－1－2所示，其中
电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。小阳同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(填“增大”或“减小”)。
[思路点拨] [解析]　由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′?R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大。
[答案]　b、c　增大 电学量具有便于控制、放大、衰减、波形整理、显示、可储存、远距离传输等技术方面的优点，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、输出的自动化和智能化，所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集。 二、光电传感器
1．定义
是一种能够感受 ，并按照一定规律把
转换成 的器件或装置。
2．敏感元件
。光信号光信号电信号光敏电阻 3．特性
光敏电阻器是用金属硫化物等 材料制成的，当光照射到这些半导体物质上时，它的电阻率 ，阻值也随之减小。入射光强，电阻 ；入射光弱，电阻 。
4．作用
用于 和 。半导体减小小大光的测量光的控制 三、温度传感器
1．定义
一种将 转换为 变化的装置。
2．敏感元件
常见的温度传感器有 和 等作为它的敏感元件。温度变化电学量热敏电阻热电偶 3．特性
热敏电阻是用 材料制成的，其电阻值随温度变化明显，NTC热敏电阻(负温度系数)的阻值，随温度升高而 ，PTC热敏电阻的阻值随温度升高而 ，金属热电阻的电阻率一般随温度升高而 。半导体减小增大增大 1．光电传感器的原理
光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。 2．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，有温度系数大、灵敏度极高、反应迅速、体积小、寿命长等优点。
3．热敏电阻的两种类型
热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化，常见的有两种类型。
(1)正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻)：
这种热敏电阻的电阻率随温度升高而增大，其特性与金属热电阻相似，其电阻随温度的变化图像如图5－1－3所示。 (2)负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻)：
这种热敏电阻的电阻率随温度升高而明显减小，其电阻随温度的变化图像如图5－1－4所示。图5－1－3　　图5－1－4 4．热敏电阻的用途
热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中反应非常快。电子体温计及家用电器(电脑、空调、冰箱等)的温度传感器，主要使用热敏电阻。
[名师点睛]　有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。金属热电阻的化学稳定性好，测量范围大，但灵敏度不如热敏电阻。 2．如图所示是一火警报
警器的一部分电路示意图，其中R2为
用NTC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变小图[审题指导]　解决此题关键有两点：
(1)NTC半导体热敏材料制成的R2其电阻随温度如何变化。
(2)R2在电路中的位置及电路结构。 [解析]　当R2处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流减小。故正确选项为B。
[答案]　B[试身手]
1．为解决楼道的照明问题，在楼道内安装一个传感器与电
灯控制电路相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为__________传感器，它输入的是____________信号，经传感器转换后，输出的是__________信号。
答案：声音　声音　电2．关于传感器的下列说法正确的是 (　　)
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确解析：半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确。传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错。
答案：B3．关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法
中，正确的是 (　　)
A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能
用于机械加工行业不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能
输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的
环境条件有一定要求解析：不论哪种传感器都可以将非电学量转化成电学量输出，故B错；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错D对。
答案：D4. 如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，
当照射光强度增大时，下列说法错误的是 (　　)
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解析：当光照强度增大时，光敏电阻R3阻值变小，回路中电流变大。A：定值电阻R1两端的电压等于IR1增大；B：由于R1与r的电压增大，故并联电路两端的电压减小，则R2的电流减小；C：总电流变大，R2的电流变小，所以小灯泡的电流增大，则其功率增大；D：电流增大，电源内阻r两端的电压增大，所以路端电压减小。
答案：D (1)传感器能将被测的非电学量转换成为各种易于测量的电学量。一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。
(2)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。
(3)热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小，正温度系数的热敏电阻其阻值随温度的升高而增大，而负温度系数的热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。