高中物理人教版选修3-2 传 感 器 课件（42张ppt）

(共42张PPT)
传
感
器
高二年级
物理
人
类
感觉器官
声音、温度、光强
大脑
运算、处理
肌体动作
手、足等执行任取
电信号
电信号
传感器
计算机
运算、处理
执行器
机
器
人
电学量
电学量
一、什么是传感器
传感器是这样一类元件：它能够感受力、热、声、光等信息，按一定规律转换成与之对应的电信息输出的器件或装置。
二、几种常见传感器
1.光敏电阻
硫化镉的电阻率与所受光照强度有关。光照强度改变，光敏电阻的阻值发生变化。
二、几种常见传感器
1.光敏电阻
实验探究：光敏电阻的阻值随光照强度的变化
二、几种常见传感器
1.光敏电阻
实验探究：光敏电阻的阻值随光照强度的变化
二、几种常见传感器
1.光敏电阻
光照情况
遮盖表面
表面暴露
手电灯光直射表面
电阻值Ω
结论：光照强度增大，光敏电阻的阻值变小。
24000
2400
900
二、几种常见传感器
1.光敏电阻
光敏电阻阻值随光照增强减小的原因：光照强度增大时，硫化镉这种材料有更多的电子获得能量，成为自由电子，载流子数目变多，光敏电阻导电性能变好。
光信息
电信息
二、几种常见传感器
2.热敏电阻
用半导体材料制作而成的热敏电阻，在温度变化时，电阻值随之变化。
二、几种常见传感器
实验探究：热敏电阻的阻值随温度的变化
2.热敏电阻
二、几种常见传感器
2.热敏电阻
温度/℃
19.5
30.0
40.0
50.0
60.0
电阻/Ω
80
53
40
30
23
温度/℃
70.0
80.0
90.0
95.0
100.0
电阻/Ω
19
15
10
9
9
二、几种常见传感器
2.热敏电阻
T
R
结论：温度升高时，热敏电阻阻值减小。
二、几种常见传感器
2.热敏电阻
结论：温度升高时，热敏电阻阻值减小。
温度信息
电信息
二、几种常见传感器
实验：描绘小灯泡伏安特性曲线
二、几种常见传感器
金属热电阻
原因：电流增大，产热增多，导致灯丝温度升高，金属的电阻率随温度的升高而增大。
二、几种常见传感器
温度信息
电信息
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：干簧管
二、几种常见传感器
磁信息
电信息
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
二、几种常见传感器
白色输入
蓝色输出
3.磁敏元件：霍尔元件
实验探究：
霍尔效应
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
实验探究：
霍尔效应
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
实验探究：
霍尔效应
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
E
F
N
M
I
Bve
v
Ee
Bve=Ee
UH=Bvl
N
S
UH=El
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
E
F
N
M
I
Ee
v
Bve
S
N
UH=Bvl
二、几种常见传感器
3.磁敏元件：霍尔元件
UH=Bvl
I=nesv
UH=
k霍尔系数，d为元件的厚度。
磁信息
电信息
=neldv
传感器的应用
1.如图，甲为热敏电阻的阻值-温度图像。图乙，用此热敏电阻和继电器组成一个简单的，恒温箱温控电路。继电器线圈的电阻为150Ω，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈儿供电的电池，电动势为6V，内阻不计.图乙中的电源是恒温箱加热器的电源。
传感器的应用
（1）应该把恒温箱内的加热器接在AB端还是CD端？
传感器的应用
（2）如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R﹐的阻值应调节为多少？
=100Ω
0.02A
传感器的应用
（3）为使恒温箱保持在更高的温度，可变电阻R﹐的阻值应增大还是减小？
0.02A
R﹐应增大
传感器的应用
2.为了节能和环保，一些公共场所，使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为Lx)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表：
照度（Lx）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻（kΩ）
75
40
28
23
20
18
传感器的应用
（1）表格中数据说明什么
照度（Lx）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻（kΩ）
75
40
28
23
20
18
光照照度增强，光敏电阻的阻值减小。
传感器的应用
（2）如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求：当天色渐暗照度降低至1.0(Lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）
传感器的应用
提供的器材如下：
电源E(电动势3V，内阻不计)；
定值电阻R1=10kΩ，R2=20kΩ,R3=40kΩ
（限选其中一个，在图中画出）；
开关及导线若干。
照度（Lx）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻（kΩ）
75
40
28
23
20
18
传感器的应用
3.如图所示，是一个简单的磁控防盗报警装置，门的上边缘嵌入一小块儿永磁铁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。蜂鸣器两端的直流电压为4-6V时，会发出鸣叫声。请说明报警装置的工作原理。
传感器的应用
输入端
输出端
低电势
高电势
高电势
低电势
1.6V
0.25V
0.8V
3.4V
传感器的应用
4.霍尔元件是一种重要的磁传感器，常应用在与磁场有关的自动控制和测量系统中。如图甲所示，在一矩形半导体薄片的1、2间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，当霍尔电压UH达到稳定值后，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式:
其中比例系数k称为霍尔系数，仅与材料性质有关。
传感器的应用
（1）已知元件的厚度为d，宽度为b，通入电流的大小为I，磁感应强度大小为B，电子电量为e，单位体积内电子的个数为n，测量霍尔电压为UH，推导霍尔系数的表达式；
1
2
I
Bve
v
Ee
Bve=Ee
UH=Bvb
UH=Eb
I=nesv
UH=
=nebdv
传感器的应用
（2）霍尔元件一般采用半导体材料制成。目前广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是“空穴”（相当于带正电的粒子）导电的P型半导体，另一类是电子导电的N型半导体。图甲中所示的半导体薄片，请你简要说明如何判断薄片是哪类半导体？
1
2
Bve
v
I
传感器的应用
（2）霍尔元件一般采用半导体材料制成。目前广泛应用的半导体材料分为两大类：一类是“空穴”（相当于带正电的粒子）导电的P型半导体，另一类是电子导电的N型半导体。图甲中所示的半导体薄片，请你简要说明如何判断薄片是哪类半导体？
1
2
Bve
v
I
传感器的应用
（3）图乙是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地安装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图丙所示。若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为N2，请导出圆盘转速N1的表达式:
t
时间内转动圈数：
转速：
联系上面两式
总结：
传感器感受到非电学量，按一定的规律转化成电学量输出，这样就可以很方便的进行测量、传输、处理和控制。传感器是实现电器自动控制不可缺少的器件。