课件23张PPT。1 传感器第三章 传感器1.知道什么是传感器及其工作原理.
2.掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用.目标定位二、敏感元件的原理栏目索引一、传感器对点检测 自查自纠一、传感器知识梳理1.定义
把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置.
2.结构答案敏感处理非电信息电信息(1)敏感元件：能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号.非电信息答案(2)处理电路：把微小电信号 ，并除去 ，使敏感元件输出的 转变成 ，这类电路称为处理电路.
3.传感器的原理
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，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作.进行放大电信号便于显示、记录、处理和控制的电学量(如电压、电流和频率等)干扰信号4.在分析传感器时要明确
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；
(3)是如何显示的或如何控制开关的.【深度思考】传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？答案 传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等)，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，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用.答案典例精析例1 如图1所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制
作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距
膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属
板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒
说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的( )
A．距离变化 B．正对面积变化
C．介质变化 D．电压变化解析答案图1解析 在声音信号转换为电信号过程中介电常数没变，正对面积未变．振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转换为电信号，故A选项正确．答案 A例2 传感器是把非电学量(如速度、温度、
压力等)的变化转换成电学量的变化的一种
元件，在自动控制中有着相当广泛的应用.
有一种测量人的体重的电子秤，其测量部
分的原理图如图2中的虚线框所示，它主要
由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成.图2压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请回答：(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘____________
A处.解析答案1.6×10－2(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数
为20 mA，则这个人的体重是____ kg.50总结提升解析答案返回返回传感器问题的分析思路
不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化.因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.二、敏感元件的原理知识梳理1.原理
利用物理学中能直接感受到的 转换成易于测量的物理量，形成电信号.
2.敏感元件分类：
(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等 .
(2)化学类：基于化学反应的原理.
(3)生物类：基于酶、 和 等分子识别功能.非电信息物理效应抗体激素答案3.半导体热敏电阻的热敏特性：
热敏电阻的阻值随温度的升高而 ，随温度的降低而 ，根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量.
4.干簧管是一种能感知 的敏感元件.当磁力 簧片的弹力时，两者紧密地接触；当磁力 簧片的弹力时，两者 .因此，干簧管串联在电路中就成为一个 .减小增大磁场大于小于分开由磁场控制的开关答案例3 在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，典例精析图3其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图3所示装置.向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )
A.应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B.应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡解析答案解析 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，A、B均错；
当温度升高时，多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确.D例4 关于干簧管，下列说法中正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用
D.干簧管能够感知磁场解析 干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选C、D.CD解析答案返回 对点检测 自查自纠1234解析答案1.(对传感器的理解)关于传感器，下列说法正确的是( )
A.金属材料不可以制成传感器
B.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的解析 金属材料也可以制成传感器，所以A错误；
动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，其作用是将声信号转换为电信号，所以B正确；
传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；
传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以D错误.故选B.B2.(热敏电阻的应用)如图4所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一现象的主要原因是( )
A.小灯泡的电阻发生了变化
B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D.电源的电压随温度发生了变化1234解析答案图4解析 电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗.C解析 当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮.12343.(热敏电阻的应用)(多选)图5是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值.实验中观察到当温度升高时灯更亮.对实验现象分析正确的有( )
A.温度升高，电路中的电流减小
B.温度升高，电路中的电流增大
C.温度升高，热敏电阻的阻值增大
D.温度升高，热敏电阻的阻值减小解析答案图5BD12344.(对传感器的理解)如图6所示是变隙电感式压力传感器的结构图.它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起.根据变隙电感式压力传感器的结构图分析其工作原理.解析答案返回解析 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力F的作用下产生与压力F大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使铁芯和衔铁之间的距离发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值反映了被测压力的大小.答案 见解析图6本课结束课件21张PPT。2 温度传感器和光传感器第三章 传感器1.了解各种温度传感器的工作原理、特点和应用.
2.了解各种光传感器的工作原理、特点和应用.目标定位二、光传感器栏目索引一、温度传感器对点检测 自查自纠一、温度传感器知识梳理1.作用：将 的变化转换为电学量的变化.
2.常见的温度传感器
(1)热双金属片温度传感器
①原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属片 ，可控制电路的通断.
②应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等.答案温度变形(2)热电阻传感器
①原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度t发生变化时，其电阻值按R＝ 的规律变化(θ为温度系数，R0为t＝0 ℃时导体的电阻).
②应用：测温度、测流量等.
(3)热敏电阻传感器
①原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而 ，其热敏特性在上节已有探究.
②应用：测量、温度控制或过热保护等.
③分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而 .
负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而 .R0(1＋θt)变化增大减小答案【深度思考】热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小？答案 不是.正温度系数热敏电阻(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻(NTC)在温度升高时电阻值减小.答案典例精析例1 传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种．某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的．常温下，该温度传感器是闭合的；当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电路．下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)，连接正确的是( )
解析答案解析 A电路中，当温度升高到某一设定值时，电路会断开；B、C、D电路中，温度升高到某一设定值时，传感器会断开，但整个电路不会断开．电源开关S闭合后，消毒柜开始工作，当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，整个电路也断开，所以A选项正确．答案 A返回二、光传感器知识梳理1.光电传感器是指将 信号转换为电信号的一类传感器，一般以光敏电阻为主要元件，因为光敏电阻电阻值随光照增强而 ，将光敏电阻连接到电路中时，光照改变就会引起电路中其他电学量的改变，从而将光信号转换为电信号.
2.应用：光电式 计、光电式转速表.答案减小烟尘浓度光例2 如图1所示为光电式烟尘浓度计的原理图，试说明其工作原理.典例精析图1解析答案解析 光源1发出的光线经半透半反镜3，分成两束强度相等的光线.一路光线直接到达光电转换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号.另一路光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上，其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路6的光就越弱.两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1＝U2，说明被测的光路上没有烟尘，相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度.答案 见解析例3 如图2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( )
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图2解析答案总结提升返回解析 当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误；
由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；
结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C项正确.答案 ABC总结提升返回解决含有热敏电阻、光敏电阻的直流电路动态分析问题：
(1)明确热敏电阻、光敏电阻的电阻特性； 对点检测 自查自纠12341.(温度传感器的应用)(多选)如图3所示为电阻R随温
度t变化的图线，下列说法中正确的是( )
A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C.图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高图3BD答案42.(温度传感器的应用)图4是一火警报警器的部分电路示意图.其中R2为用负温度系数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变大，U变小
C.I变小，U变大 D.I变小，U变小123解析答案解析 R2处出现火情，温度升高，R2减小，导致R2两端电压减小，通过R3的电流减小，路端电压U减小.D图4解析 街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断.12343.(光传感器的应用)街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，它们是利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A.压敏性
B.光敏性
C.热敏性
D.三种特性都利用解析答案B12344.(光传感器的应用)如图5所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是( )图51234A.进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测
出变化发出警报
B.发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化
发出警报
C.发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三
极管上，电阻变小，发出警报
D.以上说法均不正确 解析答案返回1234返回解析 由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上使其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，故C对.答案 C本课结束课件26张PPT。3 生活中的传感器
4 简单的光控和温控电路（选学）第三章 传感器1.了解各种传感器在日常生活和生产中的应用.
2.会分析简单的光控和温控电路.目标定位二、简单的光控和温控电路三、自动控制电路的分析与设计栏目索引一、生活中的传感器对点检测 自查自纠一、生活中的传感器知识梳理1.洗衣机中的传感器
全自动洗衣机已实现了利用 和电脑技术对洗涤全过程进行检测和控制.近年流行的模糊洗衣机中的传感器大致有：____传感器、 传感器、 传感器、 传感器、 传感器、 传感器、
(压电)传感器.
2.电冰箱中的传感器
电冰箱主要由 系统和控制系统两大部分组成.控制系统主要包括：
_________控制、 控制、 保护等.答案传感器水位负载量水温布质洗涤粉脏污程度脱水制冷温度自动除霜温度过热及过电流3.家用报警器
(1)居家生活中，煤气泄漏，会危及人身安全，需要加以防范.我们可以利用 元件制作有害气体报警器和可燃气体报警器.
(2)有一种敲击防盗报警器，它利用 式传感器对门窗玻璃损毁产生反应，形成对报警装置的启动.还有一种冲击防盗报警器，由 传感器和 ____电路两部分组成. 气敏压电冲击执行答案4.传感器与人的感官
(1) 传感器和由它制成的录像头、监控探头，可以类比人的眼睛.
(2)对有毒有害气体进行监控的 和 传感器，相当于人的鼻和舌等嗅觉、味觉器官.
(3) 和 传感器，以及 传感器可以认为相当于人类的触觉器官，如手、足、皮肤等.
(4) 传感器不妨认为是机器的耳朵.
声光化学生物力学振动答案温度典例精析例1 如图1所示为某种电冰箱内温度控制器的结构.铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器.膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接.盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀.测温泡1安装在冰箱图1(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？解析答案的冷藏室中.5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作.弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上.连杆9的下
端是装在机箱上的轴.凸轮8是由设定温度的旋钮
(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上
端右移，从而加大对弹簧7的拉力.解析 冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒 3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作.答案 见解析(2)为什么用凸轮可以改变设定的温度？解析 凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性金属膜盒3共同控制弹簧片4的运动，而弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度.答案 见解析解析答案例2 如图2所示为冲击防盗报警器的冲击传感器的结构示意图.在外壳的绝缘基板上固定一个螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们都是电的良导体，外壳也使用电的良导体制成.请简述这种装置防盗的原理.图2答案 在静止状态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳呈断开状态不会导通，一旦传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通，便可触发执行电路，使报警装置开始工作.返回答案二、简单的光控和温控电路知识梳理1.光控自动照明电路
利用 电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，使电路在天亮时自动 ，天黑时自动 .
2.温控电熨斗
利用 电阻作控制元件，从而使电熨斗的温度在 指定值时，电热器供电加热，否则将电源关闭.答案光敏切断导通热敏低于例3 如图3所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其原理简化如下：调节可变电阻R1使U23＝0.当有烟雾时， 开始触发工作，其中Rg是光敏电阻.由此可知，要使 开始工作则应满足( )典例精析解析答案图3返回A.φ2>φ3
B.φ2<φ3
C.φ2＝φ3
D.无法判断所以当φ2>φ3时，控制电路开始工作.答案 A返回例4 如图4所示为某小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈.P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是( )三、自动控制电路的分析与设计典例精析图4A.A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联
B.A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联
C.C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联
D.C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联解析答案总结提升返回解析 A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器吸引或释放P，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用.故正确答案为A.答案 A总结提升设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：
(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关.
(2)分析自控电路的合理性
电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光.返回 对点检测 自查自纠1234解析答案A.常温时上下触点是接触的
B.双金属片温度升高时，上层金属片形变较大，
双金属片将向下弯曲
C.原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下
移一些
D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些1.(生活中的传感器的应用)(多选)如图5所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )图5解析 常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源.断电温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错.1234答案 ABD2.(自动控制电路的分析与设计)如图6所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触.若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在___位置，绿灯泡应安在__位置(填“A”或“B”).1234解析答案图6解析 水位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置.1234答案 B A12343.(生活中的传感器的应用)如图7所示是电煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，会自动断开.S2是一个自动温控开关，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R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯的电阻不计.
(1)分析电饭煲的工作原理；解析答案图71234解析 接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态.加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合；饭煮熟后，温度升高到103 ℃时，S1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，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态，如此循环.答案 见解析1234(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电
功率之比；答案 见解析解析答案解析 如果不闭合S1，开始时S2是闭合的，R1被短路，功率为P1；
当温度上升到80 ℃时，S2自动断开，功率降为P2；
温度降低到70 ℃，S2自动闭合……温度只能在70～80 ℃之间变化，不能将饭煮熟.1234(3)简要回答，如果不闭合开关S1能将饭煮熟吗？答案 见解析解析答案4.(自动控制电路的分析与设计)按如图8所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是______________________________________________
__________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡__，原因是_________________________________________________________
_________；停止吹风，会发现____________________________________
________；把热敏电阻放入冷水中会发现____________.返回1234图8由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁亮电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高小灯泡熄灭答案本课结束
