课件16张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、传感器的概念
1.传感器:测量和探索自然界各种参数的检测元件.
2.传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成.目标导航预习导引一二三二、传感器的分类
1.按被测量分类:加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等.
2.按工作原理分类:电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器等.
3.按能量传递方式分类:有源传感器和无源传感器两大类.目标导航预习导引一二三三、两种重要的传感器
1.温度传感器:一种将温度变化转换成电学量变化的装置.热敏电阻是利用半导体材料的阻值随温度的变化而变化的特性实现温度测量的,它就像人的皮肤,能感受到周围温度的变化.
2.光电传感器:一种将光学量转换成电学量的传感器,就是物体在光照作用下其导电性能发生变化,如光敏电阻等,它就像人的眼睛,可以看到光线的强弱.
在日常生活中,人们不必直接接触,就可以控制一些机器,试举一些生活中的例子,看哪些生活用品是通过传感器来完成的.
答案：红外线遥控器、楼道内的声控灯、自动门、自动干手机等.知识精要典题例解迁移应用一二一、如何理解传感器的作用
1.传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作.传感器组成图如下图所示.
传感器将非电学量转换成的电学量有两类:一类是模拟量,如电阻、电压、电流等,便于计量,光敏电阻就属于这一类;另一类是开关量,如电路的通与断,便于实现控制的功能,干簧管就属于这一类.
2.把非电学量转换为电学量后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制.一二知识精要典题例解迁移应用【例1】如图是一火警报警装置的一部分电路示意图,其中R2是半导体热敏传感器,它的电阻随温度升高而减小,a、b接报警器.当传感器R2所在处出现火情时,电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( ) (导学号51130048)
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变小一二知识精要典题例解迁移应用点拨：抓住半导体热敏特性即电阻随温度升高而减小,接下来则用电路动态变化的分析思路,按局部→整体→局部进行.
解析：当传感器R2所在处出现火情时,温度升高,R2电阻减小,电路的总电阻减小,总电流I总增大,路端电压U=E-Ir减小,I总(r+R1)增大,U并=E-I总(r+R1)减小,通过R3的电流I3减小,通过R2的电流I=I总-I3增大,D项对.
答案：D一二知识精要典题例解迁移应用许多楼道照明灯具有这样的功能:天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应,它的控制电路中可能接入的传感器是( )
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器
A.①② B.②③
C.③④ D.②④
答案：B
解析：能感知声音和光照情况,说明电路中接入了光传感器和声音传感器,故选项B正确.一二知识精要典题例解迁移应用二、传感器的工作原理
1.光敏电阻
制成光敏电阻的材料一般是半导体,导电能力取决于载流子数目的多少.当光敏电阻受到光照时,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,电阻率明显变小.光敏电阻的电阻随光照的增强而减小,光照愈强,阻值就愈低.当光敏电阻两端加上电压后,流过光敏电阻的电流随光照增强而增大.入射光消失,电阻也逐渐恢复原值,电流也逐渐减小.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.一二知识精要典题例解迁移应用2.热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
热敏电阻用半导体材料制成,其电阻值随温度变化明显.如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线.
在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻.
(2)金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的金属也可以制作温度传感器,称为金属热电阻.一二知识精要典题例解迁移应用【例2】(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是( ) (导学号51130049)
A.置入热水中与不置入热水中相比,
欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻
B.置入热水中与不置入热水中相比,
欧姆表示数不变化的一定是定值电阻
C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,
欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻
D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,
欧姆表示数相同的一定是定值电阻一二知识精要典题例解迁移应用解析：此题考查了热敏电阻、光敏电阻、定值电阻的特性.热敏电阻的阻值随温度变化而变化,定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化;光敏电阻的阻值随光照变化而变化,定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化而变化.
答案：AC一二知识精要典题例解迁移应用如图所示,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发光越强),且R与D距离不变,P为滑动变阻器触头,下列说法中正确的是( )
A.当滑动触头向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动触头向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动触头向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动触头,L消耗的功率不变一二知识精要典题例解迁移应用答案：A
解析：电源电压恒定,也就是说,并联电路两端的电压恒定,当滑动触头向左移动时,发光二极管发光变强,光敏电阻的电阻变小,所以电流变大,则L的功率变大,应选A项.课件24张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三四一、生活中的传感器
电饭煲、电冰箱、空调机等与温度控制相关的家用电器都要用到温度传感器;自动门、家电遥控器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器,均使用了红外线传感器;另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等.目标导航预习导引一二三四二、农业生产中的传感器
无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器;自动化温室种植中,温室的自动控温就是在传感器的帮助下实现的;现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器.目标导航预习导引一二三四三、工业生产中的传感器
生产安全中,如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中,随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患;在自动控制系统中,如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)对位移测量,从而实现精密加工.目标导航预习导引一二三四四、飞向太空的传感器
飞机保持一定飞行高度,当飞机高度变化时,大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号,并通过自动驾驶仪操纵升降舵,使飞机恢复给定高度;在运载火箭、载人飞船中,应用了传感器供遥测和遥控系统使用;对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器,如测量血压、心电图、体温等.
试列举传感器在生活中的应用.
答案：温度传感器:用于冰箱、空调的自动温度控制;压力传感器:用于电子秤等.知识精要典题例解迁移应用一二一、常用的几种传感器
1.电容式位移传感器
它利用运动物体附带的电介质板在电容器内部插入的多少来改变电容器的电容,从而把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量,再通过电容的变化引起电压变化.
2.霍尔元件知识精要典题例解迁移应用一二如图所示,厚度为d的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当恒定电流I通过金属板时,金属板的左右侧面出现电势差,这种现象称为霍尔效应.要是在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上制作四个电极E、F、M、N,就成为一个霍尔元件.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力,在导体板的一侧聚集,在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷,从而形成横向电场;横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板左右两侧会形成稳定的电压.知识精要典题例解迁移应用一二3.双金属片温度传感器
把两种热膨胀系数不同的金属片贴合在一起,制成一条双金属片,当温度发生变化时,因为两种金属片受热的量不一样而发生弯曲,使电路的开关完成闭合或断开的动作.在日光灯启动器和电熨斗中都有这种双金属片温度传感器.一二知识精要典题例解迁移应用【例1】 如图甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线,图乙为用此热敏电阻R和继电器做成的温控电路,设继电器的线圈电阻为Rx=50 Ω,当继电器线圈中的电流大于或等于Ic(Ic=20 mA)时,继电器的衔铁被吸合.左侧电源电动势为6 V,内阻可不计,试问温度满足什么条件时,电路右侧的小灯泡会发光?一二知识精要典题例解迁移应用答案：50 ℃ 一二知识精要典题例解迁移应用(双选)如图是霍尔元件的工作原理示意图.如果用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,如果保持电流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( ) (导学号51130050)
A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时,UH将变小
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将发生变化一二知识精要典题例解迁移应用答案：BD一二知识精要典题例解迁移应用二、传感器的应用
1.温度传感器的应用——电饭锅
电饭锅中的控温元件是感温铁氧体,它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.其特点是常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到约103 ℃,失去铁磁性,该温度称为“居里温度”或“居里克”.
电饭锅的结构如图所示.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,则触点接通,电热板通电加热,水沸腾后,由于锅内保持100 ℃不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热,直到饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点”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.一二知识精要典题例解迁移应用如果用电饭锅烧水,在水沸腾后因为水温保持在100 ℃,故不能自动断电,只有水烧干后,温度升高到103 ℃才能自动断电.一二知识精要典题例解迁移应用2.声传感器的应用——话筒
话筒的作用是把声信号转换为电信号.电容式话筒的原理如图所示,Q是绝缘支架,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.一二知识精要典题例解迁移应用【例2】 (多选)关于电饭锅的说法,正确的是( )
A.电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B.铁氧体在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性
C.用电饭锅烧水,水开时能自动断电
D.用电饭锅煮饭时,若温控开关自动断电后,它不能自动复位
解析：电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体,它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.其特点是常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到约103 ℃,就失去铁磁性.水沸腾后,由于锅内保持100 ℃不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热,直到饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至103 ℃时,感温铁氧体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,它不能自动复位,切断电源,从而停止加热。
答案：BD一二知识精要典题例解迁移应用(多选)关于话筒,下列说法正确的是( )
A.无论动圈式话筒、电容式话筒,还是驻极体话筒,作用都相同,都将声波这个力学量转换成了电压或电流这个电学量
B.电容式话筒和驻极体话筒的原理相同,都是声波的变化引起电容变化,进而引起输出电压的变化
C.动圈式话筒利用通电线圈在磁场中受安培力振动实现声向电的转化
D.因为驻极体话筒价格便宜、灵敏度高,会场大都使用驻极体话筒一二知识精要典题例解迁移应用答案：AB
解析：动圈式话筒利用金属薄膜的振动带动线圈在磁场中运动,从而产生感应电流,故选项C错误.虽然驻极体话筒价格便宜、灵敏度高,但是驻极体话筒的功率太小,而且保真度较差,所以会场一般不使用驻极体话筒,选项D错误.知识链接案例探究规律方法:霍尔元件
1.霍尔元件
如图所示,在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上,制作四个电极E、F、M、N,它就成为一个霍尔元件.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.
2.霍尔电压
(1)其中d为薄片的厚度,k为霍尔系数,其大小与薄片的材料有关.
(2)一个霍尔元件的厚度d、霍尔系数k为定值,再保持I恒定,则UH的变化就与B成正比,因此霍尔元件又称磁敏元件.知识链接案例探究3.霍尔效应的原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力,在导体板的一侧聚集,在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷,从而形成横向电场;横向电场对载流子施加于洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板左右两侧会形成稳定的电压,设图中MN方向长度为l2,则q =qvB.
根据电流的微观解释,I=nqSv,知识链接案例探究(1)如图甲所示,将霍尔元件的BD端与多用电表的最灵敏端相连(由于霍尔电压很小,把它直接加在电流表两端,通过测量电流的变化,就可以知道电压的变化,也可用数字多用电表直接测量霍尔电压),电源E(6~12 V)与可变电阻R(470 Ω)串联后连到霍尔元件的AC端,用以输入控制电流,R的滑动端置于中间位置.将条形磁铁的磁极靠近霍尔元件H,观察多用电表指针读数的变化.知识链接案例探究保持霍尔元件H与条形磁铁磁极的相对位置不变,改变R的大小,再观察多用电表指针读数的变化.
由此得出,霍尔电压与 有关.?乙
(2)使用这个简易检测装置,检测图乙收音机扬声器附近的磁场分布情况.
检测的结果是 .?
(3)怎样用霍尔元件制成的磁场检测器来粗略检测磁场中某处磁感线的方向?说出你的判断依据.知识链接案例探究解析：(1)因为霍尔电压UH=k· ,所以在磁场及元件厚度不变的情况下,霍尔电压只与电流I成正比,即霍尔电压与电流的强弱有关.
(2)离扬声器越近的区域,电势差越大,表示该区域磁场较强;离扬声器越远的区域,电势差越小,表示该区域磁场较弱.
(3)当磁场检测器移动到某一位置,调整方位,如果这时的霍尔电压最大,则该处磁感线的方向与霍尔元件的工作面垂直,因为霍尔电压与磁感应强度成正比.
答案：见解析课件8张PPT。课题:应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路
一、实验目的
了解与传感器技术相关的物理知识,练习用传感器制作自动控制装置.
二、实验器材
二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L.
三、实验原理由晶闸管VS与电灯L构成主回路,控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成,如右图所示.
1.白天自然光较强时,光敏电阻呈低电阻与R分压后使晶闸管VS门电极处于低电平,VS关断.
2.当夜幕降临时,照在RG上的自然光减弱,RG呈高阻,使VS的门电极处于高电平.VS获正向触发电压而导通,灯L亮.
3.改变R的阻值,即改变其与RG的分压比,可调整电路的起控点.
4.二极管VD,晶闸管VS的特性
(1)二极管:具有单向导电性.当给二极管加正向电压时,它的阻值很小;当给二极管加反向电压时,它的电阻很大.
(2)晶闸管VS:当晶闸管承受反向电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态.当晶闸管承受正向电压时,仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通.四、实验步骤
1.将多用电表旋钮拨至R×1 k挡,调零后,测量电阻R的阻值,检查R是否符合要求.
2.将多用电表旋钮拨至R×1 k挡,调零后,用两表笔分别接二极管两极,然后将两表笔位置对调.若两次测量结果一次较小,一次很大,则二极管性能良好.
3.将多用电表旋钮拨至R×1 k挡,对晶闸管进行测试,确保完好.
4.按照电路图,将各元件焊接,安装好.
5.检查各元件的连接,确保无误.
6.接通电源,观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态.五、注意事项
1.安装前,对所有器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装.
2.焊接时,管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接,焊接时间不宜过长.
3.注意二极管、晶闸管各极正确接入电路,不可错接、反接.【例题】 下图是一个简单的磁控防盗报警装置.门的上沿嵌入一小块永磁体M,门框内与M相对的位置嵌入干簧管H,并且将干簧管接入图示的电路.睡觉前连接好电路,当盗贼开门时,蜂鸣器就会叫起来.
请说明它的工作原理,最好通过实验模拟这个电路的工作. (导学号51130051)解析：当门闭着时,永磁体使干簧管接通,斯密特触发器输入端与电源负极相连,处于低电平,则输出端为高电平,故蜂鸣器不发声;当开门时,没有永磁体作用,干簧管不通,斯密特触发器输入端为高电平,则输出端为低电平,则蜂鸣器通电,发声报警.
答案：见解析如图所示,1是弹簧,2是衔铁,3是触点,4是电磁铁,5是热敏电阻,6是滑动变阻器,7是电铃,它们组成一种温度自动报警电路,试说明这种简单温度自动报警电路的工作原理. (导学号51130052)
答案：答案见解析
解析：当热敏电阻温度升高时,电磁铁电路中的电流增大,电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合,电铃报警;当温度下降后,电阻增大,电流减小,电磁铁磁性减弱,衔铁被弹簧拉起,电铃电路断开,电铃不发声.课件9张PPT。专题一专题二专题一 传感器的概念
1.传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、磁、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件,其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于测量、利用或处理的信号.
2.确定传感器所感受到的物理量:力、热、磁、光、声等.
3.转换电路把输出转换成电信号:通过元件把敏感元件的输出转换成电信号,最后借助于转换电路把电信号转换为便于处理显示、记录或控制的量.专题一专题二【例1】如图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图.利用电压表(内电阻很大)的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零.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R0,弹簧劲度系数为k.若不计一切摩擦和其他阻力. (导学号51130053)专题一专题二(1)求出电压表示数Ux与所称物体质量m的关系式Ux= ;
(2)由(1)的计算结果可知,电压表示数与待测物体质量不成正比,不便于制作刻度.为使电压表示数与待测物体质量成正比,请利用原有器材进行改进,在上图的基础上完成改进后的电路原理图,并得出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式为Ux= .?专题一专题二专题一专题二专题二 传感器的应用
传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于测量的量的一种装置.在工农业生产及生活中有着广泛的应用,在处理实际问题时要注意被测量与转换量之间的关系.同时,传感器一般是把被测量转换成电学量,因此往往与电子元件一起构成电路,所以注意电路分析,各种敏感元件特性及各种常用电子元件的工作特点要牢记,并针对具体问题灵活处理,但不管怎样,搞清传感器的工作原理以及过程是求解问题的关键.因此,求解时必须结合题目提供的所有信息,认真分析传感器所在的电路结构,这样才能对题目的要求作出解释或回答.专题一专题二【例2】 如图所示装置为一监测锅炉内的压力大小的报警器,在压力小于某个安全值时,绿灯亮;当压力超过安全值时,红灯亮、电铃响,进行报警.试说明其工作原理. (导学号51130054)专题一专题二解析：当炉内温度超过安全值时,活塞推动金属片使1、2触点连接,电磁铁通电把衔铁吸下来,使3、5点接通,红灯亮,电铃响,从而起到报警作用.
答案：见解析
