传感器及其工作原理.ppt

导入新课 勇气号火星探测器 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 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 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中的奥秘 第一节传感器及其工作原理 1 知识与技能了解什么是传感器 知道非电学量转化为电学量的技术意义 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 教学目标 2 过程与方法通过对实验的观察 思考和探究 让学生了解传感器 熟悉传感器工作原理 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 实践能力和创新思维能力 3 情感态度与价值观体会传感器在生活 生产 科技领域的种种益处 激发学生的学习兴趣 拓展学生的知识视野 并加强物理与STS的联系 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 教学重点 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 教学难点 传感器的工作原理 传感器的实际应用 教学重 难点 本节导航 1 什么是传感器2 光敏电阻3 热敏电阻和金属热电阻4 霍尔元件 1 什么是传感器 演示实验1 过程 如图1所示 小盒子的侧面露出一个小灯泡 盒外没有开关 当把磁铁放到盒子上面 灯泡就会发光 把磁铁移开 灯泡熄灭 问题 盒子里有怎样的装置 才能实现这样的控制 猜测 盒子里有弹性铁质开关 图1 图2 探究 打开盒子 用实物投影仪展示盒内的电路图2 了解 干簧管 元件的结构 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 干簧管起到了开关的作用 干簧管 一种能感知磁场的传感器 传感器离我们并不遥远 随着自动控制系统的普及 传感器已经走进了我们的生活 以家用光声控延时开关为例 如图所示 楼道里的自控照明路灯有哪些自动控制功能 光声控延时开关电路图 演示 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亮 关闭教室内的光源或其它方法降低光照 声音能 打开 电灯 并延时几秒后熄灭 用物体遮挡光眼处 在光照情况下声音能控制电灯 猜想 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 展示 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 讨论与交流 人体对外界的感觉可分为哪几种 分别由什么器官承担 视觉 眼睛 听觉 耳朵 味觉 舌头 嗅觉 鼻子 触觉 皮肤 嗅觉 触觉 味觉 嗅觉 触觉 听觉 味觉 嗅觉 触觉 视觉 听觉 味觉 嗅觉 触觉 眼睛 耳朵 舌头 眼睛 耳朵 鼻子 舌头 眼睛 耳朵 皮肤 鼻子 舌头 眼睛 耳朵 定义 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成可用输出信息的器件或装置 传感器 分类 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 工作原理 传感器 非电学量 传感器 电学量 2 光敏电阻 实验 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 实验分别在暗环境和强光照射下进行 实验结果 光敏电阻在暗环境下电阻值很大 强光照射下电阻值很小总结 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 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 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 分析 光敏电阻实物图 特性 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 一般随着光照强度的增大电阻值 减小 材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体 如 硫化镉 结构 绝缘基板 光敏材料层 电极 引线 原理 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 材料的电阻率减小 光敏传感器部件 光照越强 电阻越小 光信息 电信息 3 热敏电阻和金属热电阻 实验1 如图所示 AB间接有一段钨丝 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 灯泡亮度明显变暗 探究 钨丝的电阻随温度的升高而增大 总结 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作精密的电阻温度计 实验2 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 探究 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 总结 半导体热敏电阻也可以用作温度传感器 特性 温度高低 电阻的大小 灵敏度高 温度系数3 4 比金属大一个数量级 材料 NTC型 负温度系数 氧化锰和氧化铜混合烧结 PTC型 正温度系数 钛酸钡为主要材料 原理 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 材料的电阻率减小 结构 热敏材料 电极 引线 外防护层 4 霍尔元件 特性 材料 磁感应强度B的大小和方向 霍尔电压UH的大小和方向 硅 锗 砷化铟 结构 原理 霍尔效应UH KHBI 材料薄片 电极 引线 外封装 一个霍尔元件的d和k为定值 再保持I恒定 则UK的变化就与B成正比 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 工作原理图 课堂小结 1 干簧管是一种能感知磁场的传感器2 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成可用输出信息的器件或装置 3 光敏电阻电阻的大小随着光照强度的增大电阻值减小 课堂练习 1 如图所示 将万用表的选择开关置于 欧姆档 再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中间 若往Rt上擦一些酒精 表针将向 填 左 或 右 移动 若用吹风机将热风吹向电阻 表针将向 填 左 或 右 移动 右 左 2 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 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C 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 AC 教材习题答案 1 解答 甲图中 当待测物体位移变化时 软铁芯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 乙图中被测物体位移变化 带动软铁芯2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 就得到被测物体位移的变化