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传感器及其工作原理
选修3-2第六章
江北中学：余震洪
自动门
引入新课
自动干手机
演示实验：
小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。
盒子里有什么装置？
什么是传感器
？
1、干簧管
原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。
什么是传感器
？
什么是传感器
？
传感器的定义：
传感器是指这样一类元件：
它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
2，传感器的作用是什么？
传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。
非电学量→传感器→电学量
角度
位移
速度
压力
温度
湿度
声强
光照
传感器
电压
电流
电阻
电容
什么是传感器
？
1、光敏电阻
制作传感器常用的敏感元件
特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。
光敏电阻的工作原理
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
硫化镉是一种半导体材料，
无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好
例1.如图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
A
R1
R2
信号处理系统
BD
2、热敏电阻
特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____，具有负温度系数
减小
制作传感器常用的敏感元件
金属热电阻
铂电阻
制作传感器常用的敏感元件
热敏电阻或金属热电阻：
把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
制作传感器常用的敏感元件
电阻——温度特性曲线
例2、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
B
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
如右图，被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。物体位移的变化，就转换成了电容量的变化。
3、电容式传感器
电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量
待测压力F
固定电极
膜片电极
例3．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
霍尔元件
在一个很小的矩形半导体（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
制作传感器常用的敏感元件
霍尔效应
定向移动的电荷受到方向
平行于侧面向里的洛伦兹力的
作用。在这个力的作用下，薄
片两个侧面上会累积起正负电
荷。
随着电荷积累，在内外侧
面间会形成一个逐渐增强的电
场
定向移动的电荷同时受到
洛伦兹力和电场力的作用
霍尔效应
当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面
间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定
的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍
尔电压
霍尔效应
可以证明，霍尔电压UH：
d——薄片的厚度
k——霍尔系数
霍尔元件——把磁感应强度这个磁学量转换为电压
这个电学量
例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？
下表面
1、传感器的概念
小 结
2、传感器的工作原理：
3、敏感元件：
（1）光敏电阻 （光电传感器）
（2）热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器）
（3）电容式传感器 （位移传感器）
（4）霍尔元件 （磁传感器）
非电学量
敏感元件
转换器件
转换电路
电学量
