第六章：传感器课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章传感器,夏邑高中,-,汪领峰,2017,、,2,第六章传感器,盒子里面有什么装置,?,演示实验：,小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁放到盒子上面，灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。,盒子里面有什么装置?演示实验：,原理,：,当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以,干簧管,能起到,开关,的作用！,磁信号,电路的通断,练习：课本P64页，问题和练习T1,原理：当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能,传感器是把,非电学物理量,转换,成易于测量、传输、处理的,电学量,（如电压、电流、电容等）的一种组件，,起自动控制作用,。,一、传感器的含义,非电学量,传感器,放大,转换,电路,电学量,执行机构,显示器,(,指针式电表,),(,数字屏,),计算机系统,传感器应用的一般模式,:,常见：位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等传感器,传感器是把非电学物理量转换成易于测量、传输,二、制作传感器的常用元器件,1,、光敏电阻,光敏电阻实物图,电阻小,电阻大,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,特点,作用,二、制作传感器的常用元器件1、光敏电阻光敏电阻实物图电阻小电,例,1,如图所示，,R,1,、,R,2,为定值电阻，,L,是小灯泡，,R,3,为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）,A,电压表的示数增大,B,R,2,中电流减小,C,小灯泡的功率增大,D,电路的路端电压增大,ABC,动态分析,“串反并同”当电阻增大时与之串联的元件的I、U、P减小。,与之并联的元件的I、U、P增大,例1如图所示，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡，R3为光敏,2,、热敏电阻和金属热电阻,金属的电阻率随温度的升高而增大,，,电阻增大,，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻，常用的一种热电阻是用铂制作的。,与金属不同，,温度上升时,，有些半导体的,导电能力增强,，,电阻增小,，因此可以用半导体材料制作,热敏电阻,。,与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。,热敏电阻或金属热电阻能够把,温度,这个热学量转换为,电阻,这个电学量,特点,作用,2、热敏电阻和金属热电阻金属的电阻率随温度的升高而增大，电阻,2.,热电传感器,热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。,例,2,：,如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中,R,2,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,R,2,所在处出现,火情时,，显示器的电流,I,、报警器两端的电压,U,的变化情况是（,）,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,R,1,R,2,R,3,A,a,b,E,r,解：,出现火情时温度升高，,R,2,减小，,R,总,减小，,I,总,增大，,U,ab,减小，,U,并,减小，,I,A,减小，,B,2.热电传感器 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温,3.电容式传感器,电容器的电容,C,决定于极板的正对面积,S,、极板间距离,d,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，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，起这种作用的电容器称为电容式传感器。,图甲是测量,的电容式传感器，原理是,。,定片,甲,角度,由于,CS,，动片与定片间的角度,发生变化时，引起,S,的变化，通过测出,C,的变化，测量动片与定片间的夹角,图乙是测量,的电容式传感器，原理是,。,金属芯线,电介质,导电液体,乙,h,液面高度,h,由于,CS,，,h,发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测定,C,的变化，可以测量液面高度,h,的变化,。,3.电容式传感器 电容器的电容C决定于极板的正对面,图丙是测量,的电容式传感器，原理是,。,固定电极,可动电极,F,丙,压力,F,由于,C1/d,，压力,F,作用在可动电极上，引起极板间距,d,的变化，通过测出,C,的变化，测量压力,F,的变化。,图丁是测量,的电容式传感器，原理是,。,极板,电介质,丁,x,位移,x,由于,C,随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过,测出,C,的变化，测量位移,x,的变化。,图丙是测量 的电容式传感器,例,3,、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 （ ）,A. 改变了湿度 B. 改变了温度,C. 改变了磁场 D. 改变了电容,D,例3、随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作,4,个,电极，就成了一个霍尔元件。,、霍尔元件,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,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极，就,设霍尔元件长,a,、宽,b,、厚,d,。,原理：当薄片中载流子达到稳定状态时：,F,洛,=F,电,=Eq,作用：把磁感应强度（磁学量） 电压（电学量）,设霍尔元件长a、宽b、厚d。原理：当薄片中载流子达到稳定状态,1,、传感器的概念：,五、小结：,2,、传感器的工作原理：,3,、敏感元件：,（,1,）,光敏电阻 （光电传感器）,（,2,）,热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器）,（,3,）,电容式传感器 （位移传感器）,（,4,）,霍尔元件 （磁传感器）,非电学量,敏感元件,转换器件,转换电路,电学量,传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。,（,5,）干簧管（磁场传感器）,传感器：采集信息，一般转化电学量,1、传感器的概念：五、小结：2、传感器的工作原理：3、敏感元,练习,1.,图所示，是两种电感式微小位移传感器的原理图.图甲中，1是待测物体，2是可平移的软铁芯，3是固定的软铁芯.2、3之间的空气间隙随着物体的位移改变，铁芯3上有线圈4.乙图中3是空心线圈，1是待测物体，软铁芯2插在线圈3中并且随着物体1在线圈中平移.说明它们的工作原理，并尝试设计与线圈3或线圈4相连的线路.,解析：甲中当待测物体位移变化时，2、3间的空气间隙变化，线圈4的电感值发生变化.这一变化量通过转换电路测量电路输出电流，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2在线圈中移动，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，就得到了被测物体位移的变化.,答案：甲图中在线圈4上串联电源和电流表.乙图中在线圈3上串联电源和电流表,练习1.图所示，是两种电感式微小位移传感器的原理图.图甲中，,思考,:1,、应变式力传感器的组成部分？,2,、应变式传感器的原理？,应用、力传感器的应用电子秤,金属梁和,应变片（半导体材料组成）,力学量 电压,三 传感器的应用 （一）,思考:1、应变式力传感器的组成部分？应用、力传感器的应用,金属梁,U,1,U,2,金属梁U1U2,双金属片,温度传感器：,原理,:,热胀冷缩原理,温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。,温度传感器制作材料、应用。,2、温度传感器的应用电熨斗,双金属片温度传感器：温度传感器制作材料、应用。2、温度传感器,思考与讨论：,常温下两触点是接触还是分离？温度过高时双金属片将怎样作用？,如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？,电烫斗的构造,调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制不同温度的目的。,2、温度传感器的应用电熨斗,思考与讨论：电烫斗的构造调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹,（,1,）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用,（,2,）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的,（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属,（一）、温度传感器的应用,电饭锅,1,温度传感器的主要元件是什么？,感温铁氧体,2,感温铁氧体的组成物质是什么？,氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成,3,感温铁氧体有何特点？什么是“居里点”？,常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约,103,，失去铁磁性,居里点,，又称,居里温度,，即指,103,。,四 传感器的应用 （二）,电饭锅的构造,（一）、温度传感器的应用电饭锅1 温度传感器的主要元件是,1,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。,2,水沸腾后，锅内大致保持,100,不变。,3,饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度,升至“居里点,103”,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,思考与讨论,:,4,如果用电饭锅烧水，水沸腾后，,锅内保持,100,不变，,温度低于“居里点,103”,，,电饭锅不能自动断电。,只有水烧干后，,温度升高到,103,才能自动断电。,1 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,连贯地叙述电饭锅的工作过程,?,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，由于锅内保持,100,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，当温度升至“居里点,103”,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,连贯地叙述电饭锅的工作过程 ? 开始煮饭时，用手压下,（四）,光传感器的应用,火灾报警器,哪个元件是光传感器,?,光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器,以,利用烟雾对光的散射,来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。,报警器带孔的罩子内装有发光二极管,LED,、光电三极管和不透明的挡板平时，光电三极管收不到,LED,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,（四）光传感器的应用火灾报警器哪个元件是光传感器?光电,知识梳理,光传感器的原理及应用,(1),光传感器能把,光信号,转化为,电信号,(2),最常见的光传感器有,光敏电阻,、,光电管,、,光电二极管,、,光电三极管,等,(3),典型的应用，如,鼠标,、,火灾报警器,、,光敏自动计数器,等,知识梳理光传感器的原理及应用,五 传感器的应用实验,一）、斯密特触发器,1.,斯密特触发器是具有特殊功能的非门。,符号,_,2.,其有何特点？,输入,1.6V(,高电平,),，输出,0.25V(,低电平,),输入,0.8V(,低电平,),，输出,3.4V(,高电平,),实验,1,：路灯光控开关实验,A,Y,五 传感器的应用实验 一）、斯密特触发器1.斯密特触发器是,实验原理及知识准备,（,1,）如图所示光控电路，用发光二极管,LED,模仿路灯，,R,G,为光敏电阻，,R,1,的最大电阻为,51k,，,R,2,为,330k,，试分析其工作原理。,白天，光强度大，,R,G,电阻小，,A,端电势低，,Y,端电势高，,LED,不发光。,晚上，光强度小，,R,G,电阻大，达到一定值，,A,端电压升至,1.6v,，,Y,端电势突然变为低电势。,LED,灯通电发光,.,A,Y,天色更暗,LED,灯才发光，应将,R,1,调大些,.,实验原理及知识准备 （1）如图所示光控电路，用发光二极管L,如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，,D,为动触点，,E,为静触点试分析电磁继电器的工作原理。,当线圈,A,中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁,B,向下运动，从而带动动触点,D,向下与,E,接触，将工作电路接通，当线圈,A,中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁,B,在弹簧作用下拉起，带动触点,D,与,E,分离，自动切断工作电路,由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。,如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电,光照时，,R,G,阻值,_,，,A,为,_,电平，,Y,为,_,电平，继电器中无电流不工作，灯泡,_,（填“亮”或 “不亮”），无光或弱光时，,R,G,阻值,_,，,A,为,_,电平，,Y,为,_,电平，继电器有电流，吸引衔铁使触点接触，电路接通，灯泡,_,（填“亮”或“不亮”）。,试分析其工作原理？,高,不亮,较小,低,高,较大,亮,低,光照时，RG阻值_，A为_电平，Y为,如图所示为温度报警器的工作电路，试分析其工作原理 。,常温下，调整R,1,的阻值使斯密特触发器的输入端A处于,低电平,，则输出端Y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R,T,阻值减小，斯密特触发器输入端A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，R,l,的阻值不同，则报警温度不同。,实验二,:,温度报警器,如图所示为温度报警器的工作电路，试分析其工作原,怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？,怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？,教材,P61T2,2.,如图所示，图甲为热敏电阻的,R-t,图象，图乙为用此热敏电阻,R,和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为,150,。当,线圈中的电流大于或等于,20mA,时,，,继电器的衔铁被吸合,。为继电器线圈供电的电池的电动势,E=6V,，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。,(1),应该把恒温箱内的加热器接在,A,、,B,端还是,C,、,D,端,?(2),如果要使,恒温箱内的温度保持,100,C,，可变电阻,R,的值应调节为多少,?,简单的恒温箱温控电路,教材P61T22. 如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图象,（,1,）应将加热器接在,A,、,B,端。,解答与说明,（1）应将加热器接在A、B端。 解答与说明,1.,图是一个简单的磁控防盗报警装置。门的上沿嵌入一小块永磁体,M,，门框内与,M,相对的位置嵌入干簧管,H,，并且将干簧管接入图示的电路。睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来。请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作。,教材,P64T1,1. 图是一个简单的磁控防盗报警装置。门的上沿嵌入一小块永磁,2.,请你设计一个电热水器的控制方案。要求水烧开时自动断电，而在水温低于沸点约,10,时又自动加热。同时还要有手动开关，必要时可以在任何温度下立即加热。,教材,P64T2,2.请你设计一个电热水器的控制方案。要求水烧开时自动断电,再见！,再见！,