传感器及其应用(应用实例)
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传感器及其应用（应用实例）
编稿：张金虎 审稿：代洪
【学习目标】
1．传感器的传感元件是如何将非电学量转化电学量的。
2．传感器的应用模式：如如何实现信号的放大、转换显示和执行等。（这些内容限于高中水平只要求了解，不要求理解或掌握）
【要点梳理】
知识点一、温度传感器的应用——电饭锅
1．感温铁氧体
（1）组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末。
2．火灾报警器
如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器。
带孔的罩子内装有发光二极管 、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到 发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
要点诠释：常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等。
要点诠释：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小 的阻值， 阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
知识点七、一些元器件的原理和使用
1．普通二极管和发光二极管
（1）都具有单向导电性。
（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光。普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于 。
知识点四、常见传感器的应用实例
1．生活中的传感器
（1）与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。
（2）红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。
（3）照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器。
2．农业生产中的传感器
知识点五、光控开关
1．斯密特触发器
当输入端电压逐渐上升到某一个值（ ）时，输出端会突然突然从高电平跳到低电平（ ），当输入端电压下降到另一个值（ ）时，输出端会从低电平跳到高电平（ ）。
2．工作原理
对于如图所示的光控电路：
白天，光强度较大，光敏电阻 电阻值较小，加在斯密特触发器 端的电压较低，则输出端 输出高电压，发光二极管 不导通；当天色暗到一定程度时， 的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 的电压上升到某个值（ ），输出端 突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
（2）在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。
要点诠释：要想在天更暗时路灯才会照亮，应该把 的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端 电压达到某个值（如 ），就需要 的阻值达到更大，即天色更暗。
3．课本图乙电路分析
由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯模仿路灯，就要使用继电器来启闭供电电路，如图所示。灯泡可用“ ”的，继电器可以使用 型微型继电器以便能够插在实验板上。图中 为继电器，工作电压为 ， 为它的常开触点。
要点诠释：如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在 ，故不能Leabharlann Baidu动断电，只有水烧干后，温度升高到 才能自动断电。
知识点二、温度传感器的应用——测温仪
1．常见测温元件：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等。
2．温度传感器测温仪的优点：可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输。
要点诠释：（1）二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，否则电磁继电器将不能正常工作。
（2）图中 与 是相互联系的整体。
（3）在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极管的存在可以提供自感电流的通路。
知识点六、温度报警器
电路原理如图所示，常温下，调整 的阻值使斯密特触发器的输入端 处于低电平，输出端 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻 阻值减小，斯密特触发器输入端 电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声， 的阻值不同，则报警温度不同。
2．晶体三极管
（1）晶体三极管能够把微弱的信号放大。晶体三极管的三极分别是发射极 、基极 和集电极 。
（2）传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为基极 的电流对集电极 的电流起了控制作用。
知识点三、光传感器的应用
1．机械式鼠标：其内部组成如图所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器）。
工作原理：鼠标器移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计 两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
（1）湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。
（2）温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象。
3．工业生产中的传感器
（1）生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约 时，失去铁磁性。
（3）居里点：又称居里温度，即指 。
2．电饭锅的结构
如图所示：
3．电饭锅的工作原理
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，由于锅内水保持 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，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。
编稿：张金虎 审稿：代洪
【学习目标】
1．传感器的传感元件是如何将非电学量转化电学量的。
2．传感器的应用模式：如如何实现信号的放大、转换显示和执行等。（这些内容限于高中水平只要求了解，不要求理解或掌握）
【要点梳理】
知识点一、温度传感器的应用——电饭锅
1．感温铁氧体
（1）组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末。
2．火灾报警器
如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器。
带孔的罩子内装有发光二极管 、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到 发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
要点诠释：常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等。
要点诠释：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小 的阻值， 阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
知识点七、一些元器件的原理和使用
1．普通二极管和发光二极管
（1）都具有单向导电性。
（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光。普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于 。
知识点四、常见传感器的应用实例
1．生活中的传感器
（1）与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。
（2）红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。
（3）照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器。
2．农业生产中的传感器
知识点五、光控开关
1．斯密特触发器
当输入端电压逐渐上升到某一个值（ ）时，输出端会突然突然从高电平跳到低电平（ ），当输入端电压下降到另一个值（ ）时，输出端会从低电平跳到高电平（ ）。
2．工作原理
对于如图所示的光控电路：
白天，光强度较大，光敏电阻 电阻值较小，加在斯密特触发器 端的电压较低，则输出端 输出高电压，发光二极管 不导通；当天色暗到一定程度时， 的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 的电压上升到某个值（ ），输出端 突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
（2）在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。
要点诠释：要想在天更暗时路灯才会照亮，应该把 的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端 电压达到某个值（如 ），就需要 的阻值达到更大，即天色更暗。
3．课本图乙电路分析
由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯模仿路灯，就要使用继电器来启闭供电电路，如图所示。灯泡可用“ ”的，继电器可以使用 型微型继电器以便能够插在实验板上。图中 为继电器，工作电压为 ， 为它的常开触点。
要点诠释：如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在 ，故不能Leabharlann Baidu动断电，只有水烧干后，温度升高到 才能自动断电。
知识点二、温度传感器的应用——测温仪
1．常见测温元件：热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等。
2．温度传感器测温仪的优点：可以远距离读取温度的数值，因为温度信号变成电信号后可以远距离传输。
要点诠释：（1）二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，否则电磁继电器将不能正常工作。
（2）图中 与 是相互联系的整体。
（3）在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极管的存在可以提供自感电流的通路。
知识点六、温度报警器
电路原理如图所示，常温下，调整 的阻值使斯密特触发器的输入端 处于低电平，输出端 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻 阻值减小，斯密特触发器输入端 电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声， 的阻值不同，则报警温度不同。
2．晶体三极管
（1）晶体三极管能够把微弱的信号放大。晶体三极管的三极分别是发射极 、基极 和集电极 。
（2）传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为基极 的电流对集电极 的电流起了控制作用。
知识点三、光传感器的应用
1．机械式鼠标：其内部组成如图所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器）。
工作原理：鼠标器移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计 两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
（1）湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。
（2）温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象。
3．工业生产中的传感器
（1）生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约 时，失去铁磁性。
（3）居里点：又称居里温度，即指 。
2．电饭锅的结构
如图所示：
3．电饭锅的工作原理
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，由于锅内水保持 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，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。