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1、第三章第三章 传感器传感器第一节 传感器自动门自动门自动门自动门自动干手机自动干手机自动干手机自动干手机能陪你聊天的智能陪你聊天的智能娃娃：多丽丝能娃娃：多丽丝一一.传感器传感器讨论与交流讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什么器官承担？人体对外界的感觉可分为哪几种？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 视觉视觉听觉听觉味觉味觉嗅觉嗅觉触觉触觉鼻子鼻子眼睛眼睛耳朵耳朵舌头舌头皮肤皮肤1.定义定义:指这样一类元件：它能像人的感觉器官那样感指这样一类元件：它能像人的感觉器官那样感受诸如力、温度、光、声、化学成分等受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学非电学量量，并能把
2、它们按照一定的规律转换为电压、，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流、电阻等电流、电阻等电学量，电学量，或转换为或转换为电路的通断电路的通断。2.优点优点:把非电学把非电学量转换为电学量转换为电学量以后量以后,可以很方便的进行可以很方便的进行测量测量、传播传播、处理处理和和控制控制。一一.传感器传感器二二.传感器的工作原理传感器的工作原理非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 非电学量非电学量非电学量非电学量敏感元件敏感元件处理电路处理电路电学量电学量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三.常用的敏感元件
3、常用的敏感元件敏感元件品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分为如下敏感元件品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分为如下几类：几类：（1）物理类：基于力、热、光、电磁和声的物理效应。）物理类：基于力、热、光、电磁和声的物理效应。（2）化学类：基于化学反应的原理）化学类：基于化学反应的原理（3）生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能）生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能（一）光敏电阻（一）光敏电阻光照情况光照情况受光表面暴露受光表面暴露 遮盖受光表面遮盖受光表面电阻值的情况电阻值的情况演示实验演示实验1.特性特性：光照越强，电阻越小光照越强，电阻越小2.材料：材料：一般为半导体。如：
4、硫化镉一般为半导体。如：硫化镉1 1、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻无光照时，载流子无光照时，载流子（自由电子和空穴）少，（自由电子和空穴）少，导电性能不好导电性能不好随着光照的的增强，载流子增多，导电性随着光照的的增强，载流子增多，导电性变好。变好。照相机、验钞机、光控开关、照相机、验钞机、光控开关、光电计数器、报警器光电计数器、报警器3.导电机理：导电机理：4.4.作用作用：5.应用应用：把把光照强弱光照强弱这个这个光学量光学量转换为转换为电电 阻阻这个这个电学量电学量例1.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
5、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AR1R2信号处理系统BD(二)金属热电阻和热敏电阻金属热电阻和热敏电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻不同温度的水不同温度的水 凉水凉水温水温水 开水开水电阻值情况电阻值情况实验探究 把把温度温度这个这个热学量热学量转换成为转换成为电阻电阻这个这个电学量电学量 冰箱启动器、电饭锅、电阻温度计、报警器等冰箱启动器、电饭锅、电阻温度计、报警器等金属热电阻化学稳定性好、测量范围大、但是灵敏度差。金属热
6、电阻化学稳定性好、测量范围大、但是灵敏度差。热敏电阻化学稳定性差、测量范围小、但是灵敏度好热敏电阻化学稳定性差、测量范围小、但是灵敏度好。.特性：特性：2.异同点异同点:3.作用：作用：4.应用：应用：金属热电阻温度的升高电阻金属热电阻温度的升高电阻增大增大热敏电阻温度的升高电阻减小热敏电阻温度的升高电阻减小RTO R-T关系示意图1.金属导线金属导线 2.热敏电阻热敏电阻 例例2 2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如、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图所示电路中A A、B B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观
7、察欧姆表的示数，下列说法正确的是（欧姆表的示数，下列说法正确的是（）ABA.A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，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这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，这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只元件一定是定值电阻C.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大，这只元件一定是光敏电阻D.D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，用黑纸包住
8、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这只元件一定是定值电阻ACACd薄片厚度薄片厚度K霍尔系数霍尔系数把磁把磁把磁把磁感应强度感应强度感应强度感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量这个磁学量转换为电压这个电学量这个磁学量转换为电压这个电学量这个磁学量转换为电压这个电学量很小的矩形半导体薄片上很小的矩形半导体薄片上 制作四个电极制作四个电极E、F、M、N。1.构造：构造：2.霍尔电压霍尔电压:3.3.作用作用（三三)霍尔元件霍尔元件如图，如图，EFEF间通入恒定电流间通入恒定电流I I同时外加与薄片同时外加与薄片垂直的磁场垂直的磁场B,B,则则M M、N N间出现霍尔电
9、压间出现霍尔电压U UH H霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件 例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？答案：下表面答案：下表面 作用：作用：把把位移位移这个力学量转化为这个力学量转化为电容电容这个电学量。这个电学量。(四四)电容电容传感器传感器如如左左图图，被被测测物物体体在在左左右右方方向向发发生生位位移移时时，电电介介质质板板随随之之在在电电容容器器两两极极板板之之间间移移动动。物物体体位位移移的的变变化化，就就转转换成了电容量的变化。换成了
10、电容量的变化。待测压力F固定电极膜片电极例例4 4传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏敏电电流流计计和和电电源源串串联联接接成成闭闭合合电电路，那么（路，那么（）A A当当F F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化
11、D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 BC设计题设计题：用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、材如下：光敏电阻、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。导线。1、传感器的概念小 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）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电路转换电路电学量电学量