1、6.16.1传感器及其工作原理传感器及其工作原理知道非电学量转换成电学量的技术意义；知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验，知道常见传感器的工作原理；通过实验，知道常见传感器的工作原理；初步探究利用和设计简单的传感器初步探究利用和设计简单的传感器.第六章第六章 传感器传感器演示演示-干簧管的开关作用干簧管的开关作用磁信号磁信号 电路的通断电路的通断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 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管能起到开关的作用当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管能起到开关的作用干簧管的结构：干簧管的结构：玻璃管内封入两个软磁性
2、材料制成的簧片玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片一一 、传感器简介、传感器简介 一类能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等一类能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电容等，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电容等电学量电学量;或转换为电路的通断的元件。或转换为电路的通断的元件。1 1、传感器的概念：、传感器的概念：非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 角度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容2 2、使用传感器的目的：、使用传感器的目的：方便地对这些非
3、电学量方便地对这些非电学量进行测量、传输、处理进行测量、传输、处理和控制和控制实物图实物图1 1、光敏电阻、光敏电阻二、制作传感器的常用元器件二、制作传感器的常用元器件点击放大点击放大演示演示光敏电阻随光照的变化光敏电阻随光照的变化 用欧姆表测光敏电阻的电阻。用欧姆表测光敏电阻的电阻。（1 1）室内自然光照射下）室内自然光照射下（2 2）用手掌遮光时）用手掌遮光时光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。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。（1）特性：）特性：（2）材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉）材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：
4、硫化镉光敏电阻在暗环境中，电阻值很大光敏电阻在暗环境中，电阻值很大光敏电阻在强光照射下，电阻值很小光敏电阻在强光照射下，电阻值很小（3 3）半导体的导电机理）半导体的导电机理自由电子：挣脱原子的束缚的电子自由电子：挣脱原子的束缚的电子空空 穴：原子最外层失去电子而留下来的空位。穴：原子最外层失去电子而留下来的空位。自由电子自由电子填补空穴的运动等效为正电荷相反方向的运动填补空穴的运动等效为正电荷相反方向的运动载流子：自由电子和空穴统称载流子载流子：自由电子和空穴统称载流子当半导体受到光照或温度升高时，载流子的数目会明显增多，导电性当半导体受到光照或温度升高时，载流子的数目会明显增多，导电性能明
5、显增强能明显增强例、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A A是发光仪器，是发光仪器，B B是传送带上物品，是传送带上物品，R R1 1为光敏电阻，为光敏电阻，R R2 2为定值电阻，此光电计数器为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（的基本工作原理是（）（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低电压就记数一次（D D）
6、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AR1R2信号信号处理处理系统系统图图3B DB D2、热敏电阻和金属热电阻、热敏电阻和金属热电阻(热敏元件）热敏元件）（2）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而增大增大，具有正温度系数，具有正温度系数（1）材料：金属热电阻是用金属做成的）材料：金属热电阻是用金属做成的RtO金属热电阻R-T关系示意图1)金属热电阻金属热电阻金属电阻与温度的关系：金属电阻与温度的关系：R RR R0 0(1(1tt)；为电阻的温度系数为电阻的温度系数，用金属（常用铂制成）丝可以制作温度传感
7、器，称之为热电阻用金属（常用铂制成）丝可以制作温度传感器，称之为热电阻金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差对对金属为正数，表明金属为正数，表明金属金属电阻随温度的升高而增大电阻随温度的升高而增大2)2)热敏电阻热敏电阻热敏电阻的阻值会随着温度的升高而热敏电阻的阻值会随着温度的升高而减小减小，具，具有负温度系数。电阻值随温度变化非常灵敏。有负温度系数。电阻值随温度变化非常灵敏。热敏电阻热敏电阻R-TR-T关系示意图关系示意图（1 1）材料：半导体或氧化锰等金属氧化物）材料：半导体或氧化锰等金属氧化物RTo（2 2）特性：）特性：1
8、1）热敏电阻）热敏电阻 热敏电阻热敏电阻R-TR-T关系示意图关系示意图材料：半导体材料：半导体R RT To o减小减小特性：热敏电阻的阻值会随着特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而温度的升高而_，具有负温度系数，具有负温度系数2 2）金属热电阻）金属热电阻（2 2）特性：金属热电阻的阻值会随着）特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而温度的升高而_，具有正温度系数，具有正温度系数（1 1）材料：金属热电阻是用金属做成的）材料：金属热电阻是用金属做成的R RT TO O金属热电阻金属热电阻R-TR-T关系示意图关系示意图增大增大热敏电阻与金属热电阻的比较热敏电阻与金属热电阻的比较3、电容器
9、（电容式位移传感器的元件）、电容器（电容式位移传感器的元件）电容式位移传感器示意图电容式位移传感器示意图被测物体被测物体x x电容器极板电容器极板电介质板电介质板 电容器的电容电容器的电容C C决定于极板的正对面积决定于极板的正对面积S S、极板间距离、极板间距离d d以及极板间的电介质这几个以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这从而引起电容的变化，则通过测定电容器的电容就可以确定上述
10、物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。种作用的电容器称为电容式传感器。图甲是测量图甲是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 ;定片定片甲甲图乙是测量图乙是测量 的电容式传感器，原理的电容式传感器，原理 ；金属芯线金属芯线电介质电介质导电液体导电液体乙乙h h图丙是测量图丙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 ;压力压力F F由于由于C1/dC1/d，压力，压力F F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板间距d d 的变化，通过测出的变化，通过测出C C的变的变化，测量压力化，测量压力F F的变化。的变化。固定电极固定电极可动电极可动
11、电极F F丙丙角度角度液体深度液体深度h h变变S S变变C C变变h h变变S S变变C C变变F F变变d d变变C C变变4、霍尔元件、霍尔元件（1）材料：半导体）材料：半导体 如：砷化铟如：砷化铟（2）工作原理图）工作原理图（3）霍尔电压）霍尔电压:d d薄片厚度（沿薄片厚度（沿B B方向的线度）方向的线度）K K霍尔系数其大小与元件的材料有关。霍尔系数其大小与元件的材料有关。磁感应强度磁感应强度电压电压()HBUInq d得：HqUqvBh洛伦兹力与电场力平衡时有 ：()IvInqvSq h dn由：()HBBUIkInq dd-v vI I+-B Bf fF F+-A AAA-dh
12、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。例例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑
13、纸包住两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（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一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不
14、用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定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是定值电阻AC例例3 3：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中：如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R R2 2为用半导体热敏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，材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a a、b b之间接报警器。之间接报警器。当传感器当传感器R R2 2所在处出现火情时，显示器的电流所在处出现火情时，显示器的电流I I、报警器两端的电压、报警器两端的电压U U的变化情况是（的变化情况是（）A.A.I I 变大，变大，U U 变大
15、变大 B.B.I I 变小，变小，U U 变小变小 C.C.I I 变小，变小，U U 变大变大 D.D.I I 变大，变大，U U 变小变小 R1R2R3AabErB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。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例例4 4如图所示，如图所示，R R1 1、R R2 2为定值电阻，为定值电阻，L L是小灯泡，是小灯泡，R R3 3为光敏电阻，当照射光为光敏电阻，当照射光强度增大时，（强度增大时，（）A A电压表的示数增大电压表的示数增大 B BR R2 2中电流减小中电流减小 C C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大 D D电路的路端电压增大电路的路端电压增大ABC作业作业课本课本P55问题与练习问题与练习1、2
