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1、 传感器是把传感器是把非电学物理量非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：一、传感器的含义一、传感器的含义非电物理量非电物理量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量第六章第六章 传感器传感器2.热电传感器热电传感器:热
2、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把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把热学信号热学信号转化成转化成电电学信号学信号制成的制成的，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。器、恒温箱等。.光电传感器光电传感器:光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理把变化而变化的原理把光信号光信号转变成转变成电信号电信号制成的制
3、成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。警器等都是利用了光电传感器的原理。4.4.声电传感器声电传感器:声电传感器是利用电磁感应的原理把声电传感器是利用电磁感应的原理把声音信号声音信号转变成转变成电信号电信号。如动圈式话筒、电容式话。如动圈式话筒、电容式话筒等。筒等。5.电电容容式式传传感感器器:电电容容器器的的电电容容C C决决定定于于极极板板的的正正对对面面积积S S、极极板板间间距距离离d d以以及及极极板板间间的的电电介介质质这这几几个个因因素素。如如果果某某一一物物理理量量（如如角角度度、位位移移
4、、深深度度等等）的的变变化化能能引引起起上上述述某某个个因因素素的的变变化化，从从而而引引起起电电容容的的变变化化，则则通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述述物物理理量量的的变变化化，起起这这种种作作用用的的电电容容器器称称为为电电容容式式传传感感器。器。6.电感传感器电感传感器:电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来测量或控制的一种装置把磁信号磁信号转变转变成成电信号电信号，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。二、传感器的分类二、传感器的分类
5、1.力电传感器：力电传感器：力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号力学信号（位移、速度、加速度等）转化（位移、速度、加速度等）转化为为电学信号电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。防抱死制动系统等。（1）测物体的质量）测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE1.力电传感器力电传感器三、几种类型的传感
6、器的应用实例分析三、几种类型的传感器的应用实例分析（2）测物体加速度（加速度计）测物体加速度（加速度计）例例1：加加速速度度计计是是测测定定物物体体加加速速度度的的仪仪器器，它它已已成成为为导导弹弹、飞飞机机、潜潜艇艇后后宇宇宙宙飞飞船船制制导导系系统统的的信信息息源源。如如图图为为应应变变式式加加速速度度计计示示意意图图，当当系系统统加加速速时时，加加速速度度计计中中的的敏敏感感元元件件也也处处于于加加速速状状态态，敏敏感感元元件件由由弹弹簧簧连连接接并并架架在在光光滑滑支支架架上上，支支架架与与待待测测系系统统固固定定在在一一起起，敏敏感感元元件件下下端端的的滑滑动动臂臂可可在在滑滑动动变
7、变阻阻器器R上上自自由由滑滑动动，当当系系统统加加速速运运动动时时，敏敏感感元元件件发发生生位位移移，并并转转化化为为电电信信号号输输出出，已已知知：敏敏感感元元件件的的质质量量为为m，两两弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k，电电源源的的电电动动势势为为E，内内电电阻阻不不计计，滑滑动动变变阻阻器器的的总总电电阻阻为为R，有有效长度为效长度为L，静态时输出电压为静态时输出电压为U0。试求加速度试求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式。的关系式。敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER滑动触头左右移动过程中，电路滑动触头左右移动过程中，电路中电流如何变化？中电流如何变化？若若车的车的加速度大小为加
8、速度大小为a，则两则两弹簧的形变量是多少？弹簧的形变量是多少？求加速度求加速度a与输出电压与输出电压U的关系式的关系式不变化不变化X左左=X右右=ma/2k对对式的讨论式的讨论假设假设a向右为正，位置向左向右为正，位置向左x理清思路很重要理清思路很重要解：解：由分压原理：由分压原理：由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由由得：得：例例2.惯惯性性制制导导系系统统已已广广泛泛应应用用于于导导弹弹工工程程中中，这这个个系系统统的的重重要要元元件件是是加加速速度度计计。加加速速度度计计的的构构造造和和原原理理的的示示意意图图如如图图示示，沿沿导导弹弹长长度度方方向向按按装装的的固固定定光光滑滑杆杆上上套
9、套一一个个质质量量为为m的的滑滑块块，滑滑块块的的两两侧侧分分别别与与劲劲度度系系数数均均为为k的的弹弹簧簧相相连连，两两弹弹簧簧的的另另一一端端与与固固定定壁壁相相连连。滑滑块块原原来来静静止止，弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度。滑滑块块上上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导 1.设设某某段段时时间间内内导导弹弹沿沿水水平平方方向向运运动动，指指针针向向左左偏偏离离O点点的的距距离离为为S，则则这这段段时时间间内内导导弹弹的的加加速速度度 （）A.方向向左，大小为方向向左，大小为 k S/m B方向向右，大小为
10、方向向右，大小为 k S/m C方向向左，大小为方向向左，大小为 2k S/m D.方向向右，大小为方向向右，大小为 2k S/mD01010UP2.若若电电位位器器（可可变变电电阻阻）总总长长度度为为L，其其电电阻阻均均匀匀，两两端端接接在在稳稳压压电电源源U0上上，当当导导弹弹以以加加速速度度a沿沿水水平平方方向向运运动动时时，与与滑滑块块连连接接的的滑滑动动片片P产产生生位位移移，此此时时可可输输出出一一个个电电信信号号U，作作为为导导弹弹惯惯性性制制导导系系统统的的信信息息源源，为为控控制制导导弹弹运运动动状状态态输输入入信信息息，试写出试写出U与与a 的函数关系式。的函数关系式。x=
11、ma/2kU=U0 Rx/R=U0 x/LU=mU0 a/2kLU0解解：由由得：得：由分压原理：由分压原理：由牛顿第二定律由牛顿第二定律（3）测物体角速度（）测物体角速度（角速度计）角速度计）可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构其结构如图所示。当系统绕轴如图所示。当系统绕轴OO转动时，元件转动时，元件A发生位移并发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。的信息源。A S PCBOO输出电压输出电压U敏感敏感元件元件输出输出信号信号ER（4）测）测 力力 例例3 3：（风力测定仪）
12、如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P P为金属球，悬挂在一细长为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，裸金属丝下面，O O是悬挂点，是悬挂点，R R0 0是保护电阻，是保护电阻，CDCD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C C点接触，此时电路中的电流为点接触，此时电路中的电流为I I，有风时细金属丝将偏有风时细金属丝将偏转一角度转一角度（与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在与风力大小有关），细
13、金属丝与电阻丝在C C/点接触，已知风力方向水平向左，点接触，已知风力方向水平向左，OCOC=h h，CDCD=L L，球的质量为球的质量为M M，电阻丝单位长度的电阻为电阻丝单位长度的电阻为k k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为角时，电流表的示数为I I/，此时风力大小为此时风力大小为F F，试写出：试写出：风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I/的关系式。的关系式。此此装置所测定的最大风力是多少？装置所测定的最大风力是多少？R0OPDC/CA电电源源GTFF=Mgtan
14、tan=L/hI/=E/R0+k(L-L/）由由到到得：得：两种理解两种理解E=I(R0+kL)思路？思路？L/（5）测）测 位位 移移 例例4：（上上海海考考题题）演演示示位位移移传传感感器器的的工工作作原原理理如如右右图图示示，物物体体M在在导导轨轨上上平平移移时时，带带动动滑滑动动变变阻阻器器的的金金属属滑滑杆杆p，通通过过电电压压表表显显示示的的数数据据，来来反反映映物物体体位位移移的的大大小小x。假假设设电电压压表表是是理想的，则下列说法正确的是理想的，则下列说法正确的是 ()A.物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B.物体物体M运动时，电压表的示数
15、会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C.物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D.物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B2、热电传感器热电传感器 热电传感器是利用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，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。警报警器、恒温箱等。例例5：如如图图是是一一火火警警报报警警的的一一部部分分电电路路示示意意图图。其其中中R2 为为用用半半导导体体
16、热热敏敏材材料料制制成成的的传传感感器器，电电流流表表为为值值班班室室的的显显示示器器，a、b之之间间接接报报警警器器。当当传传感感器器 R2 所所在在处处出出现现火火情情时时，显显示示器器的的电电流流I、报警器两端的电压报警器两端的电压U 的变化情况是（的变化情况是（）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabEr火情时温度升高，火情时温度升高，R2 减小减小，R总总减小，减小，I总总增大，增大，U内内增大，增大，Uab减小，减小，UR1增大，增大，U并并减小，减小，IA减小减小B
17、 解：解：方法：方法：由外到内再到外，先不变后变由外到内再到外，先不变后变增阻，增压，减流，增阻，增压，减流，减阻，减压，增流减阻，减压，增流例例6用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信光信号转化为电信号号的过程。下列属于这类传感器的是（的过程。下列属于这类传感器的是（）A红外报警装置红外报警装置B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器电饭煲中控制加热和保温的温控器A.光电传感器光电传感器例例7.如图示，将一光敏电阻连入如图示，将一光
18、敏电阻连入多用电表多用电表两表笔上，将多用电表的两表笔上，将多用电表的选择开关置于选择开关置于档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为档，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用现用手手掌挡住部分光线，表针的偏角变为掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断则可判断 （）A.=B.D.不能确定不能确定和和 的关系的关系B4.声电传感器声电传感器 例例8：（上上海海试试题题）唱唱卡卡拉拉OK用用的的话话筒筒，内内有有传传感感器器。其其中中有有一一种种是是动动圈圈式式的的，它它的的工工作作原原理理是是在在弹弹性性膜膜片片后后面面粘粘接接一一个个轻轻小小的的金金属属线线圈圈，线线圈圈处处于于永永磁磁体体的的磁磁
19、场场中中，当当声声波波使使膜膜片片前前后后振振动动时时，就就将将声声音音信信号号转转变变为为电电信信号号。下下列列说说法法正正确确的的是是 ()A 该传感器是根据电流的磁效应工作的该传感器是根据电流的磁效应工作的B 该传感器是根据电磁感应原理工作的该传感器是根据电磁感应原理工作的C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B2、话筒、话筒声声电磁感应电磁感应 电流电流动圈式话筒构造原理图，它动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜
20、片振动时，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大器，从扬声器中就发出放大的声音的声音 电容式话筒：电容式话筒：声声电容变化电容变化电流、电压电流、电压5.电容式传感器电容式传感器 电电容容器器的的电电容容C
21、决决定定于于极极板板的的正正对对面面积积S、极极板板间间距距离离d以以及及极极板板间间的的电电介介质质这这几几个个因因素素。如如果果某某一一物物理理量量（如如角角度度、位位移移、深深度度等等）的的变变化化能能引引起起上上述述某某个个因因素素的的变变化化，从从而而引引起起电电容容的的变变化化，则则通通过过测测定定电电容容器器的的电电容容就就可可以以确确定定上上述物理量的变化，起这种作用的电容器称为电容式传感器。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 。定片定片甲甲角度角度由于由于CS，动片与定片间的角度动片与定片间的
22、角度发生发生变化时，引起变化时，引起S的变化，通过测出的变化，通过测出C的的变化，测量动片与定片间的夹角变化，测量动片与定片间的夹角图乙是测量图乙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。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液面高度液面高度h由于由于CS，h发生变化，金属芯线和发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过导电液体组成的电容发生变化，通过测定测定C的变化，可以测量液面高度的变化，可以测量液面高度h 的变化的变化。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 。固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d
23、，压力压力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 的变化，通过测出的变化，通过测出C的变的变化，测量压力化，测量压力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出测出C的变化，测量位移的变化，测量位移x的变化。的变化。例例9 9：随随着着生生活活质质量量的的提提高高，自自动动干干手手机机已已进进入入家家庭庭，洗洗手手后后，将将湿湿手手靠靠近近自自动动干干手手机机，机机内内的的传传感感器器便便驱驱
24、动动电电热热器器加加热热，有有热热空空气气从从机机内内喷喷出出，将将湿湿手手烘烘干干。手手靠靠近近干干手手机机能能使使传传感感器器工工作作，是是因因为为 （）A.A.改变了湿度改变了湿度 B.B.改变了温度改变了温度C.C.改变了磁场改变了磁场 D.D.改变了电容改变了电容D D6.电感传感器电感传感器 电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来电感式传感器是利用线圈的自感或互感的变化来实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒实现测量或控制的一种装置，一般要利用磁场作为媒介或利用磁体的某些现象。介或利用磁体的某些现象。实例：磁性物质探测报警器实例：磁性物质探测报警器 录音机录音机NS练习
25、练习1、用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。aedcb热敏电阻正常时电热敏电阻正常时电阻值大阻值大，ab间间电流小电流小，电磁继电器，电磁继电器磁性弱磁性弱，衔铁与，衔铁与上触点接触上触点接触，绿灯泡亮绿灯泡亮。将学生用电源与电铃分别接入将学生用电源与电铃分别接入c、d、之、之间。间。解解：
26、t将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端，如图示：端，如图示：将学生用电源与绿灯泡分别接入将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之之间。间。受热时电受热时电阻值小阻值小，ab间间电流大电流大，电磁继电器，电磁继电器磁性强磁性强，衔铁与，衔铁与下触点接下触点接触触，电铃响电铃响。变式：提高灵敏度，应该如何调节变式：提高灵敏度，应该如何调节滑动变阻器？滑动变阻器？练习练习2、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
27、亮时灯灭。可供选择的器材如实验电路。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、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。导线。ecab220V光敏电阻天暗时电光敏电阻天暗时电阻值大阻值大，ab间间电流小电流小，电磁继电器，电磁继电器磁性弱磁性弱，衔铁，衔铁与与触点接触触点接触，灯泡亮灯泡亮。天亮时电天亮时电阻值小阻值小，ab间间电流大电流大，电磁继电器，电磁继电器磁性强磁性强，衔铁，衔铁与与触点分离触点分离，灯泡灭灯泡灭。解解：变式：想让天更暗时灯才亮，应该变式：想让天更暗时灯才亮，应该如何调节滑动变阻器
28、？如何调节滑动变阻器？练练习习3 3、将将金金属属块块m m用用压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧卡卡在在一一个个矩矩形形的的箱箱中中，如如图图所所示示，在在箱箱的的上上顶顶板板和和下下底底板板装装有有压压力力传传感感器器，箱箱可可以以沿沿竖竖直直轨轨道道运运动动。当当箱箱以以a a=2.0=2.0 m/sm/s2 2的的加加速速度度竖竖直直向向上上做做匀匀减减速速运运动动时时，上上顶顶板板的的传感器显示的压力为传感器显示的压力为6.0N6.0N，下底板的传感器显示的压力为下底板的传感器显示的压力为10.0N10.0N。(取取g g=10 m/s=10 m/s2 2)(1)(1)若上顶板传感器的示数是下
29、底板传感器的示数的一半，若上顶板传感器的示数是下底板传感器的示数的一半，试判断箱的运动情况。试判断箱的运动情况。(2)(2)要使上顶板传感器的示数为零要使上顶板传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？m m（1 1）（2 2）解：解：mg+6-10=ma mg+6-10=ma 得得m m=0.5kg0.5kg2 2、如何理解、如何理解上顶板示数是下底板示数的上顶板示数是下底板示数的1/2?1/2?F F/下底板下底板mgmgF F上底板上底板m mg+5-10=mg+5-10=ma a2 2静止或匀速运动静止或匀速运动F10NF10NF F/下下 底底板板mgmga a3 3F F mg=m mg=ma a3 3a a3 3 10m/s 10m/s2 2向上加速或向下减速，加速度向上加速或向下减速，加速度a a 10m/s 10m/s2 2。1 1、受力分析（、受力分析（对象对象对象对象）a a2 2=0=0由由得：得：原来原来F F1 1=6N=6Na=2m/sa=2m/s2 2F=10NF=10Nmgmg3 3、F F/如何？如何？由由得：得：对轻弹簧和对轻弹簧和m=10N=5N由弹簧形变情况决定由弹簧形变情况决定由接触面形变情况决定由接触面形变情况决定