传感器及其工作原理课件

传感器及其工作原理传感器及其工作原理传感器及其工作原理导导 入入 新新 课课勇气号勇气号 火星火星探测器探测器导导 入入 新新 课勇气号课勇气号 火星探测器火星探测器 我们经常会接触这样的生活现象：我们经常会接触这样的生活现象：楼梯上的电灯能人来就开，人走就熄。楼梯上的电灯能人来就开，人走就熄。电视、空调的遥控器能实现远距离操纵。电视、空调的遥控器能实现远距离操纵。工业生产中所用的自动报警器能自动报警。工业生产中所用的自动报警器能自动报警。我们经常会接触这样的生活现象：我们经常会接触这样的生活现象：楼梯上的电灯能人来就开，楼梯上的电灯能人来就开，生活中的这些现象是如生活中的这些现象是如何实现的呢？这节课我们就何实现的呢？这节课我们就来解释其中的奥秘。来解释其中的奥秘。生活中的这些现象是如何实现的呢？这节课我们就来解释其生活中的这些现象是如何实现的呢？这节课我们就来解释其 （1 1）知识与技能）知识与技能 了解什么是传感器，知道非电学量了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。转化为电学量的技术意义。认识一些制作传感器的元器件，知认识一些制作传感器的元器件，知道这些传感器的工作原理。道这些传感器的工作原理。教教 学学 目目 标标 （1）知识与技能教）知识与技能教 学学 目目 标标 （2 2）过程与方法）过程与方法 通过对实验的观察、思考和探究，让学通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理。生了解传感器、熟悉传感器工作原理。经历科学探究过程，学习科学研究方法。经历科学探究过程，学习科学研究方法。培养学生的观察能力、实践能力和创新思培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。维能力。（2）过程与方法）过程与方法 通过对实验的观察、思考和探究，让通过对实验的观察、思考和探究，让 （3 3）情感态度与价值观）情感态度与价值观 体会传感器在生活、生产、科技领体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣。域的种种益处，激发学生的学习兴趣。拓展学生的知识视野，并加强物理拓展学生的知识视野，并加强物理与与STSSTS的联系。的联系。通过动手实验，培养学生实事求是通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。的科学态度、团队合作精神和创新意识。（3）情感态度与价值观）情感态度与价值观 体会传感器在生活、生产、科体会传感器在生活、生产、科教学重点：教学重点：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。教学难点：教学难点：传感器的工作原理，传感器的实际应用。传感器的工作原理，传感器的实际应用。教学重、难点教学重、难点教学重点：教学重、难点教学重点：教学重、难点本本 节节 导导 航航1.1.什么是传感器什么是传感器2.2.光敏电阻光敏电阻3.3.热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻4.4.霍尔元件霍尔元件本本 节节 导导 航航1.什么是传感器什么是传感器1.1.什么是传感器什么是传感器1.什么是传感器什么是传感器演示实验演示实验1 1 过程：过程：如图如图1 1所示，小盒子的侧面露出一所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。问题：问题：盒子里有怎样的装置，才能实现这盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？样的控制？猜测：猜测：盒子里有弹性铁质开关。盒子里有弹性铁质开关。图1 1演示实验演示实验1 过程：如图过程：如图1所示，小盒子的侧面露出一所示，小盒子的侧面露出一图2 2 探究：探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图内的电路图2 2，了解，了解 “干簧管干簧管”元件的结构。元件的结构。当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干干簧管簧管起到了开关的作用。起到了开关的作用。图图2 探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路干簧管：一种能感知磁场的传感器干簧管：一种能感知磁场的传感器干簧管：一种能感知磁场的传感器干簧管：一种能感知磁场的传感器 传感器离我们并不遥远，随着自传感器离我们并不遥远，随着自动控制系统的普及，传感器已经走进动控制系统的普及，传感器已经走进了我们的生活。以了我们的生活。以家用光声控延时开家用光声控延时开关关为例，如图所示，楼道里的自控照为例，如图所示，楼道里的自控照明路灯有哪些自动控制功能？明路灯有哪些自动控制功能？传感器离我们并不遥远，随着自动控制系统的普及传感器离我们并不遥远，随着自动控制系统的普及光声控延时开关光声控延时开关电路图电路图光声控延时开关电路图光声控延时开关电路图 演示：演示：光声控延时开关电路的功能光声控延时开关电路的功能 在光照情况下，声音不能控制电灯点在光照情况下，声音不能控制电灯点亮。亮。关闭教室内的光源或其它方法降低光关闭教室内的光源或其它方法降低光照，声音能照，声音能“打开打开”电灯，并延时几秒后熄灭。电灯，并延时几秒后熄灭。用物体遮挡光眼处，在光照情况下声用物体遮挡光眼处，在光照情况下声音能控制电灯。音能控制电灯。演示：光声控延时开关电路的功能演示：光声控延时开关电路的功能 猜想：猜想：通过上述现象，你能猜出光声通过上述现象，你能猜出光声控延时开关里有什么功能性元件吗？控延时开关里有什么功能性元件吗？展示展示：光声控延时开关的内部结构光声控延时开关的内部结构如图所示，对照主要元件介绍原理图。如图所示，对照主要元件介绍原理图。猜想：通过上述现象，你能猜出光声控延时开关里有什猜想：通过上述现象，你能猜出光声控延时开关里有什讨论与交流讨论与交流 人体对外界的感觉可分为哪几种？人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什么器官承担？分别由什么器官承担？人体感觉人体感觉 感觉器官感觉器官 视觉视觉眼睛眼睛听觉听觉耳朵耳朵味觉味觉舌头舌头嗅觉嗅觉鼻子鼻子触觉触觉皮肤皮肤讨论与交流讨论与交流 人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由 定义：定义：能像人的感觉器官那样感能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。的器件或装置。传感器传感器 定义：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按定义：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按 分类：分类：（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）物理传感器、化学传感器、生物传感器物理传感器、化学传感器、生物传感器 一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的传感器其接受的是光、声波、压力等的物理信息传感器其接受的是光、声波、压力等的物理信息称物理传感器；代替嗅觉、味觉功能的传感器，称物理传感器；代替嗅觉、味觉功能的传感器，则称化学传感器或生物传感器。则称化学传感器或生物传感器。分类：（按感受信息的学科特点不同）分类：（按感受信息的学科特点不同）工作原理：工作原理：传感器：非电学量传感器：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工作原理：传感器：非电学量工作原理：传感器：非电学量传感器传感器电学量电学量 角度传感器电压角度传感器电压传感器工作传感器工作原理图原理图敏感元件敏感元件转换元件转换元件接口电路接口电路辅辅 助助 电电 源源非电学量非电学量电学量电学量传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅传感器工作原理图敏感元件转换元件接口电路辅 助助 电电 源非电学源非电学2.2.光敏电阻光敏电阻2.光敏电阻光敏电阻 实验：实验：学生两人一组，用万用电表的欧学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。暗环境和强光照射下进行。实验结果：实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小很大，强光照射下电阻值很小 总结：总结：光敏电阻能够把光照强弱这个光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。学量转换为电阻这个电学量。实验：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电实验：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电传感器及其工作原理课件传感器及其工作原理课件 光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，有些物质，例如硫化镉，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，载流子增多，导电性变好。着光照的增强，载流子增多，导电性变好。分析分析 光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化光敏电阻实物图光敏电阻实物图光敏电阻实物图光敏电阻实物图特性特性 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，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。一般随着光照强度电阻的大小也随着改变。一般随着光照强度的增大电阻值的增大电阻值_。减小减小减小减小材料材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉。硫化镉。特性特性 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也结构结构绝缘基板、光敏材料层、电极、引线绝缘基板、光敏材料层、电极、引线原理原理 光照增强，半导体材料中的载流子光照增强，半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加，材料的电（自由电子和空穴）浓度增加，材料的电阻率减小。阻率减小。结构绝缘基板、光敏材料层、电极、引线原理结构绝缘基板、光敏材料层、电极、引线原理 光照增强，半光照增强，半光敏传感器部件光敏传感器部件光敏传感器部件光敏传感器部件光光照照越越强强，电电阻阻越越小小光信息光信息电信息电信息光照越强，电阻越小光信息电信息光照越强，电阻越小光信息电信息3.3.热敏电阻和热敏电阻和金属热电阻金属热电阻3.热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻 实验实验1：如图所示，如图所示，ABAB间接有一段钨间接有一段钨丝（从旧日光灯管中取出），闭合开关，丝（从旧日光灯管中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时，灯泡亮度明显变暗。灯泡亮度明显变暗。实验实验1：如图所示，如图所示，AB间接有一段钨丝（从旧日光间接有一段钨丝（从旧日光 探究：探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大。钨丝的电阻随温度的升高而增大。总结：总结：用金属丝可以制作温度传感器，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制称为热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。作精密的电阻温度计。探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大。探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大。实验实验2：学生两人一组，用万用电表的学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的电阻值。记录两次测得的电阻值。探究：探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。减小，且阻值随温度变化非常明显。总结：总结：半导体热敏电阻也可以用作温度半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。传感器。实验实验2：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只特性特性 温度高低温度高低 ，电阻的大小，灵敏度高，电阻的大小，灵敏度高，温度系数温度系数 3 4%3 4%，比金属大一个数量级。，比金属大一个数量级。材料材料 NTC NTC型（负温度系数）型（负温度系数）氧化锰和氧氧化锰和氧化铜混合烧结。化铜混合烧结。PTC PTC型（正温度系数）型（正温度系数）钛酸钡为主钛酸钡为主要材料。要材料。特性特性 温度高低温度高低，电阻的大小，灵敏度高，温度系数，电阻的大小，灵敏度高，温度系数 3 原理原理 温度升高，半导体材料中的载流子（自温度升高，半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加，材料的电阻率减由电子和空穴）浓度增加，材料的电阻率减小。小。结构结构热敏材料、电极、引线、外防护层。热敏材料、电极、引线、外防护层。原理原理 温度升高，半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）温度升高，半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）4.4.霍尔元件霍尔元件4.霍尔元件霍尔元件特性特性材料材料 磁感应强度磁感应强度B B 的大小和方向，霍尔电压的大小和方向，霍尔电压UH UH 的大小和方向。的大小和方向。硅、锗、砷化铟。硅、锗、砷化铟。特性材料特性材料 磁感应强度磁感应强度B 的大小和方向，霍尔电压的大小和方向，霍尔电压UH 的的结构结构原理原理霍尔效应霍尔效应 UH =KH B IUH =KH B I材料薄片、电极、引线、外封装。材料薄片、电极、引线、外封装。结构原理霍尔效应结构原理霍尔效应 UH =KH B I材料薄片、电极、材料薄片、电极、一个霍尔元件的一个霍尔元件的d d和和k k为定值为定值,再保再保持持I I恒定恒定,则则UKUK的变化就与的变化就与B B成正比。成正比。把磁感应强度这个磁学量转换为电压这把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。个电学量。一个霍尔元件的一个霍尔元件的d和和k为定值为定值,再保持再保持I恒定恒定,则则U工作原工作原理图理图工作原理图工作原理图课课 堂堂 小小 结结 1.1.干簧管是一种能感知磁场的传感器干簧管是一种能感知磁场的传感器 2.2.能像人的感觉器官那样感受外界信息，能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可用输出信息的器件或装置。成可用输出信息的器件或装置。3.3.光敏电阻电阻的大小随着光照强度的光敏电阻电阻的大小随着光照强度的增大电阻值减小。增大电阻值减小。课课 堂堂 小小 结结 1.干簧管是一种能感知磁场的传感器干簧管是一种能感知磁场的传感器 课课 堂堂 练练 习习 1.1.如图所示，将万用表的选择开关置于如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻系数的热敏电阻RtRt的两端相连，这时表针恰的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往好指在刻度盘的正中间若往RtRt上擦一些酒上擦一些酒精，表针将向（填精，表针将向（填“左左”或或“右右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填将向（填“左左”或或“右右”移动）。移动）。右 左课课 堂堂 练练 习习 1.如图所示，将万用表的选择开关置于如图所示，将万用表的选择开关置于“欧欧传感器及其工作原理课件传感器及其工作原理课件 2.2.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中图，其中R1R1为光敏电阻，为光敏电阻，R2R2为定值电阻此光为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（电计数器的基本工作原理是（）A.A.当有光照射当有光照射R1R1时，信号处理系统获得时，信号处理系统获得高电压高电压 B.B.当有光照射当有光照射R1R1时，信号处理系统获得时，信号处理系统获得低电压低电压 C.C.信号处理系统每获得一次低电压就计信号处理系统每获得一次低电压就计数一次数一次 D.D.信号处理系统每获得一次高电压就计信号处理系统每获得一次高电压就计数一次数一次AC AC 2.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光为光传感器及其工作原理课件传感器及其工作原理课件教材习题答案教材习题答案 1.1.解答：解答：甲图中，当待测物体位移变化甲图中，当待测物体位移变化时，软铁芯时，软铁芯2 2、3 3间的空气间隙变化，线圈间的空气间隙变化，线圈4 4的的电感值发生变化。这一变化通过转换电路转换电感值发生变化。这一变化通过转换电路转换为电路中输出电流的变化，这样电流的变化就为电路中输出电流的变化，这样电流的变化就与位移的变化建立起对应关系，电流的变化量与位移的变化建立起对应关系，电流的变化量就反映出被测物体位移的变化量。就反映出被测物体位移的变化量。乙图中被测物体位移变化，带动软铁芯乙图中被测物体位移变化，带动软铁芯2 2在线圈中运动，线圈的电感值将变化，这一变在线圈中运动，线圈的电感值将变化，这一变化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到被测物体位移的变化。被测物体位移的变化。教材习题答案教材习题答案 1.解答：甲图中，当待测物体位移变化时，软解答：甲图中，当待测物体位移变化时，软