1、第六章第六章第一节：传感器及其工作原理第一节：传感器及其工作原理第1页，共19页。1、什么是传感器、什么是传感器如图有这一个装置，小盒子如图有这一个装置，小盒子A的侧面露出一个小的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡就熄灭。面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡就熄灭。问：请大家推测，盒子里有什么样的装置，才能出现问：请大家推测，盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象呢？这样的现象呢？第2页，共19页。“干簧管干簧管”干簧管是一种能够感知磁场的传感器。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。阅读教材阅读教材2
2、 2、3 3段，并回答以下问题：段，并回答以下问题：（1 1）什么是传感器）什么是传感器（2 2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？第3页，共19页。（1 1）传感器：传感器：它能够感知诸如力、温度、光、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，或转化为电路的通律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。断。（2）传感器的作用：传感器的作用：是把非电学量转化为电学量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、或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制
3、。处理和控制。第4页，共19页。传感器传感器转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量非电物理量非电物理量第5页，共19页。2光敏电阻光敏电阻 实验演示实验演示：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。光照光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。光照越强，电阻越小；反之越弱。越强，电阻越小；反之越弱。实验结论：实验结论：光敏电阻能够将光敏电阻能够将光学量光学量转化为电阻这个转化为电阻这个电学量电学量 第6页，共19页。介绍半导体材料介绍半导体材料(科学漫步科学漫步)载流子：载流子：空穴、自由电子空穴、自由电子导电原理：导电原理：当半导体材料受到光照或者温度升高时，会当半导体材料受
4、到光照或者温度升高时，会有更多的自由电子和空穴产生，于是导体性增强。有更多的自由电子和空穴产生，于是导体性增强。第7页，共19页。例：如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中例：如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R R1 1为为光敏电阻，光敏电阻，R R2 2为定值电阻此光电计数器的基本工作原为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（理是（）A A当有光照射当有光照射 R R1 1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压B B当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C C信号处理系统每获得一次低电压就记数一次信号处理系统每获得一次
5、低电压就记数一次D D信号处理系统每获得一次高电压就记数一次信号处理系统每获得一次高电压就记数一次AC 第8页，共19页。3热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻 阅读教材，问答问题：阅读教材，问答问题：（1 1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？否相同？（2 2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？（3 3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？量？金属导体的导电性能随温度升高而降低金属导体的导电性能随温度升高而降低(温度升高电阻
6、温度升高电阻增大）；半导体材料的导电性能随温度升高而增强温度增大）；半导体材料的导电性能随温度升高而增强温度升高电阻减小）。升高电阻减小）。热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。热敏电阻或金属热电阻能够将热敏电阻或金属热电阻能够将热学量热学量转化为转化为电学量电学量 第9页，共19页。3、热敏电阻热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数（还有一种是正温度系数。如果没有说明，就当是负温度系数热敏电阻）热敏电阻R-T
7、关系示意图 （1）材料：半导体RTo减小（2）特性：第10页，共19页。例：有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分例：有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接到欧姆表两端，再用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观别接到欧姆表两端，再用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A 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只元件一定是热敏电阻B B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，置入热水中与不置入
8、热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻这只元件一定是定值电阻C C用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变用黑纸包住元件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化较大，这只元件一定是光敏电阻D D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数用黑纸包住元件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相同，这只元件一定是定值电阻AC第11页，共19页。教材教材53页页“说一说说一说”电容式传感器能够把电容式传感器能够把位移位移这个力学量转化为电这个力学量转化为电容这个容这个电学量电学量。电容式位移传感器示意图被测物体x x电容
9、器极板电介质板第12页，共19页。5、霍尔元件（1）材料：半导体 如：砷化铟（2）工作原理图NMFBEIUH霍尔元件工作原理图dkUHIB（3）霍尔电压:d薄片厚度K霍尔系数霍尔系数其大小与元件的材料有关。第13页，共19页。4霍尔元件霍尔元件在霍尔效应中产生的电在霍尔效应中产生的电压叫压叫霍尔电压霍尔电压已知半导体薄片的宽度为已知半导体薄片的宽度为d，垂直于侧面的磁场强度，垂直于侧面的磁场强度大小为大小为B，方向如图，现通入恒定电流大小为，方向如图，现通入恒定电流大小为I，方，方向向右，导体单位体积内的载流子数为向向右，导体单位体积内的载流子数为n，求上下表，求上下表面的电势差，并判断那一面
10、电势高？面的电势差，并判断那一面电势高？nqdIBUHHIBUkd1knq令：令：则：则：第14页，共19页。1、传感器的概念：、传感器的概念：小结：小结：2、传感器的工作原理：、传感器的工作原理：3、敏感元件：、敏感元件：（1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器光电传感器）（2）热敏电阻和热电阻热敏电阻和热电阻（温度传感器温度传感器）（3）电容式传感器电容式传感器（位移传感器位移传感器）（4）霍尔元件霍尔元件（磁传感器磁传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量非电学量非电学量 电学量，或转换为电路的通断。电学量，或转换为电路的通断。第15页，共19页。填空：力敏传感器
11、力敏传感器接受接受 信息，并转化为电信号信息，并转化为电信号 .接受接受 信息，并转化为电信号信息，并转化为电信号位移传感器位移传感器光敏传感器光敏传感器接受接受 信息，并转化为信息，并转化为 。接受接受 信息，并转化为信息，并转化为 。声敏传感器声敏传感器力力位置位置电信号光光电信号声声第16页，共19页。三、例题例1 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（）ABA.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
12、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答案 AC第17页，共19页。例例2：如图是一火警报警的一部分电路示意图。：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，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，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警之间接报警器。当传感器器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器所在处出现火情时，显示器的电流的电流I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U的变化情况的变化情况是（是（）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabErB第18页，共19页。解析：当R2处出现火情时，该处温度升高。R2 为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，由全电路的欧姆定律可知，路端电压减小，该电阻两端电压减小，故R3两端电压减小，所以电流表示数减小。即U减小，I减小。友情提示：掌握各种元件的特性和闭合电路的动态分析是解题的关键R1R2R3AabEr第19页，共19页。
