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1、传感器的应用第1页，共27页，编辑于2022年，星期四原理分析原理分析：力力电阻变化电阻变化 电压电压第2页，共27页，编辑于2022年，星期四2、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，它是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化流的大小和方向都变化，
2、变化的振幅和频率由声波决定，这的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音放大的声音 第3页，共27页，编辑于2022年，星期四电容式话筒：电容式话筒：声声电容变化电容变化电流、电压电流、电压第4页，共27页，编辑于2022年，星期四3、实验：、实验：传感器传感器温度温度控制电路通断控制电路通断第5页，共27页，编辑于2022年，星期四原因：双金属片原因：双金属片铜的膨胀系数大于铁铜的膨胀系数大于铁第6页，共27页，编辑于2022年，星期四4.电慰斗电慰斗双金属片温度传感器的作用双金属片温度传感器的
3、作用:控制电路的通断控制电路的通断.P63P63思考与讨论思考与讨论第7页，共27页，编辑于2022年，星期四5、火灾报警器、火灾报警器光光电流变化电流变化控制电路通断控制电路通断非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量控制电路通断控制电路通断第8页，共27页，编辑于2022年，星期四一、传感器一、传感器（1 1）什么是传感器？）什么是传感器？传感器是指这样一类元件：它能够感知诸传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如如力、温度、光、声、化学成分力、温度、光、声、化学成分等非电学量，等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成并把它们按照一定的规律转化成电压、电流电压、电流等电学量，或转化为等电学量
4、，或转化为电路的通断电路的通断。（2 2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？传感器的作用是把非电学量转化为电学量传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地或电路的通断，从而实现很方便地测量、传测量、传输、处理和控制输、处理和控制。第9页，共27页，编辑于2022年，星期四 非电学量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第10页，共27页，编辑于2022年，星期四1.X敏电阻敏电阻（1）光敏电阻：用半导体材料制成，电阻值随光照增强）光敏电阻：用半导体材料制成，
5、电阻值随光照增强而减小，能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电而减小，能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。二、常见的传感器元件：二、常见的传感器元件：（2）热敏电阻：）热敏电阻：用半导体材料制成，用半导体材料制成，电阻随温度升高而减小，温度特性电阻随温度升高而减小，温度特性曲线如图曲线如图.其它如：磁敏电阻、声敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻等。其它如：磁敏电阻、声敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻等。第11页，共27页，编辑于2022年，星期四3.电容式位移传感器：电容式位移传感器：能够把物体的位移这个力学量转换能够
6、把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。为电容这个电学量。4.霍尔元件：霍尔元件：能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量。个电学量。2.金属热电阻金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，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。金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差；与金属热电阻相比，热敏电阻的灵敏度较好。较差；与金属热电阻相比，热敏电阻的灵敏度较好。第12页，共27页，编辑于2022年，星期四三、传感器的简单应用三、传感器的简
7、单应用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力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会（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。2、热电传感器（温度传感器）：、热电传感器（温度传感器）：热电传感器是利用热敏电热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随
8、温度的升高减小（与金属热电阻的特性相反）阻的阻值会随温度的升高减小（与金属热电阻的特性相反）的原理制成的的原理制成的,它能用把温度这个热学量转换为电压这个电它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器学量。如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等空调、冰箱、热水器、饮水机等)的的温度控制、火警报警器、恒温箱等。温度控制、火警报警器、恒温箱等。3、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光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是电管。路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。利用
9、了光电传感器的原理。第13页，共27页，编辑于2022年，星期四4、磁电传感器、磁电传感器霍尔元件的应用霍尔元件的应用霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极制作四个电极C、D、E、F，就制成为一个霍尔元件。，就制成为一个霍尔元件。霍尔电压：霍尔电压：其中其中k为比例系数，称为霍尔系数，其为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度的厚度d、比例系数、比例系数k为定值，再保持为定值，再保持I恒定，则电压恒定，则电压UH的变化就与的变化就与B成正比，成正比，因此，霍尔
10、元件又称磁敏元件因此，霍尔元件又称磁敏元件.UHBCDEFI霍尔元件能够把磁感强度霍尔元件能够把磁感强度(磁学量磁学量)转换为电压转换为电压(电学量电学量)第14页，共27页，编辑于2022年，星期四推导霍尔电压的公式推导霍尔电压的公式 设载流子的电荷量为设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平，沿电流方向定向运动的平均速率为均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电，垂直电流方向导体板的横向宽度为流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为，则电流的微观表达式为 载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧
11、移，两个侧面出现电势差载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差载流子受到的电场力为载流子受到的电场力为 当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 由由式得式得 式中的式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。是常数。令令 则上式可写为则上式可写为 第15页，共27页，编辑于2022年，星期四例例1下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A话话筒筒是是一一种种常常用用的的声声传传感感器器，其其作作用用是是将将电电信信号号转换为声信号转换为声信号B楼楼道道里里的的灯灯只只有有天天黑黑时时出出现现声声音音
12、才才亮亮，说说明明它它的的控控制制电电路中只有声传感器路中只有声传感器C电电子子秤秤所所使使用用的的测测力力装装置置能能将将受受到到的的压压力力大大小小的的信信息转化为电信号息转化为电信号D光光敏敏电电阻阻能能够够把把光光照照强强弱弱这这个个光光学学量量转转换换为为电电阻阻这这个个电学量电学量C D第16页，共27页，编辑于2022年，星期四例例2传传感感器器是是把把非非电电学学量量（如如高高度度、温温度度、压压力力等等）的的变变化化转转换换成成电电学学量量变变化化的的一一种种元元件件，它它在在自自动动控控制制中中有有着着广广泛泛的的应应用用如如图图是是一一种种测测定定液液面面高高度度的的电电
13、容容式式传传感感器器的的示示意意图图金金属属棒棒与与导导电电液液体体构构成成一一个个电电容容器器，将将金金属属棒棒和和导导电电液液体体分分别别与与直直流流电电源源的的两两极极相相连连接接，从从电电容容C和和导导电电液液与与金金属属棒棒间间的的电电压压U的的变变化化就就能能反映液面的升降情况，判断正确的是（反映液面的升降情况，判断正确的是（）A.电电源接通后，源接通后，电电容容C减小，反映减小，反映h减小减小B.电电源接通后，源接通后，电电容容C减小，反映减小，反映h增大增大C.电电源接通再断开后源接通再断开后,电压电压U减小减小,反映反映h减小减小D.电电源接通再断开后源接通再断开后,电压电压
14、U减小减小,反映反映h增大增大A D金属棒金属棒电介质电介质导电液导电液电介质电介质h第17页，共27页，编辑于2022年，星期四例例3压压敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随所所受受压压力力的的增增大大而而减减小小，有有位位同同学学利利用用压压敏敏电电阻阻设设计计了了判判断断小小车车运运动动状状态态的的装装置置，其其工工作作原原理理如如图图(a)所所示示将将压压敏敏电电阻阻和和一一块块挡挡板板固固定定在在绝绝缘缘小小车车上上，中中间间放放置置一一个个绝绝缘缘重重球球小小车车向向右右做做直直线线运运动动过过程程中中，电电流流表表示示数数如如图图(b)所所示示下下列列判判断断正正确确的是的是 ()A从从
15、t1到到t2时间内，小车做匀速直线运动时间内，小车做匀速直线运动B从从t1到到t2时间内，小车做加速度变大的直线运动时间内，小车做加速度变大的直线运动C从从t2到到t3时间内，小车做匀速直线运动时间内，小车做匀速直线运动D从从t2到到t3时间内，小车做匀加速直线运动时间内，小车做匀加速直线运动A ER压敏电阻压敏电阻(a)tIOt1(b)t2t3B D第18页，共27页，编辑于2022年，星期四例例3压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状
16、态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻定值电阻R、电流显示器、电源、电流显示器、电源E连成电路，在压敏电阻连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物。上放置一个绝缘重物。0t1时间内升降机停在某一楼层时间内升降机停在某一楼层处，处，t1时刻升降机开始运动，从电流时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流显示器中得到电路中电流i 随时随时间间t变化情况如图乙所示。变化情况如图乙所示。甲甲电流显示器电流显示器升降器升降器绝缘重物绝缘重物压敏电阻压敏电阻R第19页，共27页，编辑于2022年，星期四则下列判断正确的是则下列判断正确的
17、是 ()A t1 t2时间内绝缘重物处于超重状态时间内绝缘重物处于超重状态B t3 t4时间内绝缘重物处于失重状态时间内绝缘重物处于失重状态C升降机开始时可能停在升降机开始时可能停在10楼，从楼，从t1时刻开始，经向下时刻开始，经向下加速、匀速、减速，最后停在加速、匀速、减速，最后停在1 楼楼D升降机开始时可能停在升降机开始时可能停在1楼，楼，从从t1时刻开始，经向上加速、时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在匀速、减速，最后停在10楼楼0t1t2t3ti乙乙t4解：解：压力增大，压敏电阻的阻值减小，电流增大，压力增大，压敏电阻的阻值减小，电流增大，所以所以t1 t2时间内处于失重状态时间
18、内处于失重状态(加速下降或减速上升加速下降或减速上升),t3 t4时间内处于超重状态（减速下降或加速上升）时间内处于超重状态（减速下降或加速上升）,所以所以C正确。正确。C第20页，共27页，编辑于2022年，星期四例例4将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定轨道方向固定,就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器在小球上的变阻器滑片停在变阻器
19、BC的正中央，此时的正中央，此时,电压表指电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时,小球在光小球在光滑绝缘杆上移动，滑片滑绝缘杆上移动，滑片P 随之在变阻器上移动，电压表指针发生随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。偏转。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则则 ()A电压表指针向左偏电压表指针向左偏,说明火车可能在向右做加速运动说明火车可能在向右做加速运动B电压表指针向右偏电压表指针向右偏,说明火车可能在向右做加速运动说明火车可能在向右做加速运动C电压表指针向左偏电压表指
20、针向左偏,说明火车可说明火车可 能在向右做减速运动能在向右做减速运动D电压表指针向左偏电压表指针向左偏,说明火车可说明火车可 能在向左做加速运动能在向左做加速运动OBCSVPA第21页，共27页，编辑于2022年，星期四09年山东卷年山东卷23（2）例5.为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。如图所示，当1、2两
21、端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0（lx）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）第22页，共27页，编辑于2022年，星期四提供的器材如下：光敏电阻Rp（符号 ，阻值见上表）直流电源E（电动势3V，内阻不计）；定值电阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限选其中之一并在图中标出）开关S及导线若干。如图，阻值随照度增加而非线性减小。原理图如下。第23页，共27页，编辑于2022年，星期四传感器的应用模式传感器的应用模式容易控制容易控制 容易测量显示容
22、易测量显示第24页，共27页，编辑于2022年，星期四4、自动排气扇，其中、自动排气扇，其中A为水汽传感器，当水汽为水汽传感器，当水汽的浓度增大时，其内部电阻减小的浓度增大时，其内部电阻减小水汽浓度水汽浓度电流电流控制电路通断控制电路通断非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量控制电路通断控制电路通断第25页，共27页，编辑于2022年，星期四思考：思考：1、设计一个电路，比较离桌面、设计一个电路，比较离桌面1米高的日光灯与白炽米高的日光灯与白炽灯，哪个光的强度大？灯，哪个光的强度大？A第26页，共27页，编辑于2022年，星期四2、如图：自来水厂在河中的取水电路，当水中的离子浓、如图：自来水厂在河中的取水电路，当水中的离子浓度较低时，取水电动机保持工作状态，当水中离子浓度增度较低时，取水电动机保持工作状态，当水中离子浓度增大到一定程度时，取水电动机停止工作。大到一定程度时，取水电动机停止工作。第27页，共27页，编辑于2022年，星期四