传感器及其应用PPT
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 传感器
问题引入
音乐茶杯：茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放 悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。怎么回事
用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐 茶杯受光照强度的控制。
光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小 电路接通，音乐响起。
列举生活中的一些自动控制实例，
遥控器控制电视开关；日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关；自动门安检门等
热敏电阻能够把 温度这个热学量转换成为电阻 这个电学量
3）应用：电阻温度计、报警器等
例题2、如图是一个温度传感器的原理示意图,Rt 是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度
值转变为电信号的。
Rt
R
V
思考方向：1、两电阻采取什么连接方式？ 2、转变的电信号应该是哪个电学量？ 3、电压表测的是哪个电阻的电压？
两端的电压U的变化情况是（B ）
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
a E r
b
A
R2
R1
R3
4、电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板
被测物体
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器能够把物体_位__移__这个力学量 转换为__电_容__这个电学量
现有下列器材：力电转换器、质量为 m0 的砝码、电压表、 滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可 置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量 m 。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使 电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？
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。
传感器的作用：
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。
R增大 上表面拉伸
金各 属贴 梁一 上个 下应 表变 面片
应 变片
自由端受到向下压力
梁发生弯曲
R减小 下表面压缩
例题6某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换
器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系 数为 k ）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器 空载时的输出电压为 0 ；而后在其受压面上放上物体，即可 测得与物体的质量成正比的输出电压 U。
A. 改变了湿度 B. 改变了温度
C. 改变了磁场 D. 改变了电容
5.霍尔元件
I
（1）材料：半导体 如：砷化铟
F
N
（2）工作原理图
M
（3）霍尔电压 :
UH
k IB d
EB UH
霍尔元件工作原理图
K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。
一个霍尔元件的d、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。
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
传感器的工作原理 ：
非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量
常 见 传 感 器
电子秤
机油压力传感器 光电传感器
超声波传感器
离子感烟器 温度传感器
明火探测器 湿度传感器
常见制作传感器的元件
1、干簧管：是一种能够感知磁场的传感器 Nhomakorabea（4）、其他电容式传感器
（1）测定角度θ
动片 θ
（2）测定液面高度h
金属芯线 电介质
定片
导电液体
（3）测定压力F
固定电极
可动电极
（4）测定位移x 极板 电介质
待测压力F
x
极板
例 题 4 随着生活质量的提高，自动干手机已进入
家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的 传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出 ，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作， 是因为 （ D ）
干簧继电器的应用事例： 实验电源的过载保护(无需保险丝)
磁感应强度的变化
簧片的磁化和去磁
电路的通断
防盗报警器
报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感 知磁场而接通或断开电路。
2、光敏电阻
演示实验：将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着 光照不同，表有何变化？
Ω
（1）随着光照强度的增加，多用表的指针偏角逐 渐变大。表明光敏电阻的电阻率与光照强度有关。 光敏电阻受到光照时电阻会变小
（2）光敏电阻是一种用硫化镉半导体材料做成的， 无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光 照增强，载流子增多，导电性能变好。
（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学 量。
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（AC ）
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
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
6. 力传感器
电子秤
金属梁
形变
转换
（力学量）
电压 （电学量）
机理
应变片
半导体材料
F 越大
R 变化越大
应变片中 I 恒定
输出电 压差大
温度升高或降低导致Rt阻值发生变化，使电路中电流也 发生变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压表读 数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号。
例题3如图是一火警报警的一部分电路示意图。其
中R2为用半导体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
C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
3．热敏电阻和金属热电阻
１）特性：
金属热电阻的阻值会随着温度的升高而_增__大__ 热 敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小_
2）异同点: 金属热电阻化学稳定性好、测量范围大、但是灵敏度差。 热 敏电阻化学稳定性差、测量范围小、但是灵敏度好。
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
例题5、如图所示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 (ABD )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近 霍尔元件的工作面时，UH将变大
问题引入
音乐茶杯：茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放 悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。怎么回事
用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐 茶杯受光照强度的控制。
光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小 电路接通，音乐响起。
列举生活中的一些自动控制实例，
遥控器控制电视开关；日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关；自动门安检门等
热敏电阻能够把 温度这个热学量转换成为电阻 这个电学量
3）应用：电阻温度计、报警器等
例题2、如图是一个温度传感器的原理示意图,Rt 是一个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度
值转变为电信号的。
Rt
R
V
思考方向：1、两电阻采取什么连接方式？ 2、转变的电信号应该是哪个电学量？ 3、电压表测的是哪个电阻的电压？
两端的电压U的变化情况是（B ）
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
a E r
b
A
R2
R1
R3
4、电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板
被测物体
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器能够把物体_位__移__这个力学量 转换为__电_容__这个电学量
现有下列器材：力电转换器、质量为 m0 的砝码、电压表、 滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可 置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体的测量 m 。 （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使 电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。
音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？
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。
传感器的作用：
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。
R增大 上表面拉伸
金各 属贴 梁一 上个 下应 表变 面片
应 变片
自由端受到向下压力
梁发生弯曲
R减小 下表面压缩
例题6某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换
器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系 数为 k ）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器 空载时的输出电压为 0 ；而后在其受压面上放上物体，即可 测得与物体的质量成正比的输出电压 U。
A. 改变了湿度 B. 改变了温度
C. 改变了磁场 D. 改变了电容
5.霍尔元件
I
（1）材料：半导体 如：砷化铟
F
N
（2）工作原理图
M
（3）霍尔电压 :
UH
k IB d
EB UH
霍尔元件工作原理图
K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。
一个霍尔元件的d、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。
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
传感器的工作原理 ：
非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量
常 见 传 感 器
电子秤
机油压力传感器 光电传感器
超声波传感器
离子感烟器 温度传感器
明火探测器 湿度传感器
常见制作传感器的元件
1、干簧管：是一种能够感知磁场的传感器 Nhomakorabea（4）、其他电容式传感器
（1）测定角度θ
动片 θ
（2）测定液面高度h
金属芯线 电介质
定片
导电液体
（3）测定压力F
固定电极
可动电极
（4）测定位移x 极板 电介质
待测压力F
x
极板
例 题 4 随着生活质量的提高，自动干手机已进入
家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的 传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出 ，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作， 是因为 （ D ）
干簧继电器的应用事例： 实验电源的过载保护(无需保险丝)
磁感应强度的变化
簧片的磁化和去磁
电路的通断
防盗报警器
报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感 知磁场而接通或断开电路。
2、光敏电阻
演示实验：将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着 光照不同，表有何变化？
Ω
（1）随着光照强度的增加，多用表的指针偏角逐 渐变大。表明光敏电阻的电阻率与光照强度有关。 光敏电阻受到光照时电阻会变小
（2）光敏电阻是一种用硫化镉半导体材料做成的， 无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光 照增强，载流子增多，导电性能变好。
（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学 量。
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（AC ）
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
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
6. 力传感器
电子秤
金属梁
形变
转换
（力学量）
电压 （电学量）
机理
应变片
半导体材料
F 越大
R 变化越大
应变片中 I 恒定
输出电 压差大
温度升高或降低导致Rt阻值发生变化，使电路中电流也 发生变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压表读 数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号。
例题3如图是一火警报警的一部分电路示意图。其
中R2为用半导体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
C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
3．热敏电阻和金属热电阻
１）特性：
金属热电阻的阻值会随着温度的升高而_增__大__ 热 敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小_
2）异同点: 金属热电阻化学稳定性好、测量范围大、但是灵敏度差。 热 敏电阻化学稳定性差、测量范围小、但是灵敏度好。
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
例题5、如图所示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 (ABD )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近 霍尔元件的工作面时，UH将变大