傳感器及其工作原理PPT課件

1、 第六章第六章 傳感器傳感器1 1 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理一、什么是傳感器一、什么是傳感器（1 1）什么是傳感器？）什么是傳感器？干簧管可以控制燈的熄滅干簧管可以控制燈的熄滅 出示一只音樂(lè)茶杯，茶杯平放在桌上時(shí)，無(wú)聲無(wú)息，提出示一只音樂(lè)茶杯，茶杯平放在桌上時(shí)，無(wú)聲無(wú)息，提起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂(lè)，邊閃爍著五彩的光芒起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂(lè)，邊閃爍著五彩的光芒. . 音樂(lè)茶杯的工作開(kāi)關(guān)在哪里？音樂(lè)茶杯的工作開(kāi)關(guān)在哪里？開(kāi)啟的條件是什么？開(kāi)啟的條件是什么？ 磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 電路的通斷電路的通斷用書(shū)擋住底部（不與底部接觸），音

2、樂(lè)停止，可見(jiàn)音樂(lè)茶杯用書(shū)擋住底部（不與底部接觸），音樂(lè)停止，可見(jiàn)音樂(lè)茶杯受光照強(qiáng)度的控制受光照強(qiáng)度的控制. . 光照變化（光強(qiáng)變化）光照變化（光強(qiáng)變化）光照時(shí)光敏電阻阻值減小光照時(shí)光敏電阻阻值減小電路接通，音樂(lè)響起電路接通，音樂(lè)響起. . 干簧管和音樂(lè)茶杯能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定的規(guī)干簧管和音樂(lè)茶杯能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量. .傳感器的定義：傳感器的定義：傳感器指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、傳感器指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等物理量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換聲、化學(xué)成分等物理量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)

3、換成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷. . 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強(qiáng)聲強(qiáng)光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容（2 2）傳感器的作用是什么？）傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量或電路的通傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地進(jìn)行斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制測(cè)量、傳輸、處理和控制. .非電學(xué)量非電學(xué)量敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量電學(xué)量（3 3）傳感器的工作原理）傳感器的工作

4、原理 將光敏電阻和多用表的歐姆擋相連，隨著光照不同，表將光敏電阻和多用表的歐姆擋相連，隨著光照不同，表有何變化？有何變化？1.1.光敏電阻光敏電阻二、常見(jiàn)制作傳感器的元件二、常見(jiàn)制作傳感器的元件 根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材P P5353的內(nèi)容，思考問(wèn)題：的內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1 1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2 2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？（3 3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么量？）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么量？（4 4）如圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針將如）如圖

5、所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？何偏轉(zhuǎn)？（1 1）電阻率與所受光照強(qiáng)度有關(guān)）電阻率與所受光照強(qiáng)度有關(guān). .（2 2）受到光照時(shí)電阻會(huì)變?。┦艿焦庹諘r(shí)電阻會(huì)變小. .硫化鎘是一種硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好. .（3 3）能夠?qū)⒐庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量）能夠?qū)⒐庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. .（4 4）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大大. .光敏

6、電阻工作原理：光敏電阻工作原理：光照增強(qiáng)光照增強(qiáng) 半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加和空穴）濃度增加 材料的電阻率減小材料的電阻率減小演示實(shí)驗(yàn)：將熱敏電阻和多用表的歐姆擋相連，把熱敏電演示實(shí)驗(yàn)：將熱敏電阻和多用表的歐姆擋相連，把熱敏電阻放到盛水的杯中，向杯里倒入熱水阻放到盛水的杯中，向杯里倒入熱水.三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材5454頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考問(wèn)題：頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？關(guān)系是否

7、相同？（2 2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么量？量？（4 4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同：關(guān)系不相同：金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低；降低；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好變好. .（2 2）熱敏電阻）熱敏電阻靈敏度高，靈敏度

8、高，但化學(xué)穩(wěn)定性但化學(xué)穩(wěn)定性較差較差， 測(cè)量范圍測(cè)量范圍較較小小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好較好，測(cè)量范圍，測(cè)量范圍較大較大，但靈敏度，但靈敏度較差較差. .三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線：熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線：（3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)ⅲ崦綦娮韬徒饘贌犭娮枘軌驅(qū)囟葴囟冗@個(gè)這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. .（4 4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大變大. .溫度傳感器溫度傳感器離子感煙器離子感煙器 電容式位移傳感器能夠把物體電容式位移

9、傳感器能夠把物體位移位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為為電容電容這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量. . 插入電介質(zhì)，電容增大插入電介質(zhì)，電容增大. . 一個(gè)確定的霍爾元一個(gè)確定的霍爾元件的件的d d、k k為定值，再保為定值，再保持持I I不變，則不變，則U UH H的變化的變化就與就與B B成正比成正比. .這樣，霍這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量壓這個(gè)電學(xué)量. .四霍爾元件四霍爾元件設(shè)載流子的電荷量為設(shè)載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為為v v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)，單位體積內(nèi)

10、自由移動(dòng)的載流子數(shù)n n，垂直電流方向?qū)В怪彪娏鞣较驅(qū)w板的橫向?qū)挾葹轶w板的橫向?qū)挾葹閍 a，則電流的微觀表達(dá)式為，則電流的微觀表達(dá)式為 載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差，載載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差，載流子受到的電場(chǎng)力為流子受到的電場(chǎng)力為 InqadvHUFq.afqvB當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，得得 式中的式中的nqnq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nqnq是常是常數(shù)數(shù). .令令 得得qvB HUqaHIBU

11、nqd1knqHIBUkdACAC練習(xí)練習(xí)1.1.如圖所示為光敏電如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中中R R1 1為光敏電阻，為光敏電阻，R R2 2為定值為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（工作原理是（ ）A A當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射 R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B B當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電

12、壓就記數(shù)一次ACAC練習(xí)練習(xí)2.2.有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A A、B B兩點(diǎn)后，兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是（示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變置入熱水中與不置入熱水中相比，

13、歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻化，這只元件一定是定值電阻C C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻答案：答案：下表面下表面nedIBU 練習(xí)練習(xí)3.3.如圖所示，電流如圖所示，電流I I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d d，高為，高為b b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n n，試問(wèn)金屬塊上、下表，試問(wèn)金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？ 1 1制作傳感器需要的敏感元件有光敏電阻、熱敏電阻與金制作傳感器需要的敏感元件有光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等屬熱電阻、霍爾元件等.