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物理选修3-2传感器及其工作原理
2、热敏电阻
(1)材料:半导体 (2)特性:
热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小__,具 有负温度系数
R
热敏电 阻R-T 关系示 意图
o
T
3、金属热电阻 (1)材料:金属热电阻是用金属做成的 (2)特性:金属热电阻的阻值会随着温度的升高 而__增__大__,具有正温度系数
R
金属热电阻R-T关系示意图
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器能够把物体_位__移__这个力学量 转换为__电_容__这个电学量
电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d
以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量(如角
度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化,
从而引起电容的变化,则通过测定电容器的电容就可以确
固定电极
丙
F 可动电极
3、随着生活质量的提高,自动干手机已进入家庭, 洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传感器 便驱动电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿 手烘干。手靠近干手机能使传感器工作,是因为 ( )D
A. 改变了湿度 B. 改变了温度
C. 改变了磁场 D. 改变了电容
5、霍尔元件
I
(1)材料:半导体 如:砷化铟
O
T
热敏电阻和金属热电阻能够把 _温__度__这个热学
量转换成为电阻这个电学量
F
Байду номын сангаас
N
(2)工作原理图
M
(3)霍尔电压: U H
k
IB d
EB UH
霍尔元件工作原理图
K为比例系数,称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。
一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则UH 的变化 就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。
霍尔元件能够把_磁__感__应__强__度__这个磁学量转换为_电__压_ 这个电学量
定上述物理量的变化,起这种作用的电容器称为电容式传
感器。 图甲是测量
θ
的电容式传感器,原理是
。
图乙是测量
甲
定片 金属芯线
的电容式传感器,原理是 。乙
电介质
h
导电液体
图丙是测量 压力F 的电容式传感器,原理是
由于C∝1/d,压力F 作用在可动电极上,引起极板间距
。d 的变化,通过测出C的变化,测量压力F的变化。
2、 传感器的种类 (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
干簧管
3、传感器的工作原理
物理信息 化学信息 生物信息
敏感元件 转换电路
A
信号处理系 统
R1
图3
R2
三.热敏电阻和金属热电阻
阅读教材53页有关内容,思考问题: (1)金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化
关系是否相同? (2)热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点? (3)热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么
量? (1)金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化
班室的显示器,a、b之间接报警器。当传感器R2
所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端
的电压U的变化情况是( )B
A. I 变大,U 变大 B. I 变小,U 变小
C. I 变小,U 变大 D. I 变大,U 变小
a E r
b
A
R1
R3
R2
电阻温度:
4、电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板 被测物体
结束
一、传感器的含义
传感器是把非电学物理量(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、处理的电学量 (如电压、电流、电容等)的一种组件,起自动控制作用。
传感器应用的一般模式:
非电学量
传感器
放大 电路
转换
电学量
执行机构 显示器 (指针式电表) (数字屏) 计算机系统
关系不相同。
金属导体的导电性能随温度升高而降低
半导体材料的导电性能随温度升高而变好
(2)热敏电阻灵敏度高,但化学稳定性 较差,测量范围较小;金属热电阻的 化学稳定性较好,测量范围较大,但 灵敏度较差。
(3)热敏电阻或金属热电阻能够将热学 量(温度)转化为电阻这个电学量。
2:如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中 R2为用半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值
视频1
汽车受击报警.avi
视频2
现象1: 电子磅将汽车的质量自动以数字形式
显示出来
现象2:
汽车受到振动后自动打开了报警器的 开关
思考:电子磅是如何感受到汽车的质量并准确
的显示出来呢?
汽车又是怎样感知到振动而打开报警器 的开关呢?
一 、传感器简介
1、什么是传感器
传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如 力、温度、光、声、化学成分等_非__电__学__量_, 并能把它们按照一定的规律转换为电压、电 流等_电__学__量__,或转换为电路的通断。
(3)光敏电阻能够将什么量转化为什么量?
(1)光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
(2)光敏电阻受到光照时电阻会变小。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;随着光照增强,载流子增多,导电性能变好。
(3)光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其 中A是发光仪器,B是传送带上物品,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( AD ) (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记数一次 (D)信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
传感器
电信号 光信号
非电学量敏感元件
传感元件
电学量 信号调节 转换电路
提供电源
输
辅助电路
出
记录,显示,执行机构等
传感器工作原理图
二、制作传感器的常用元器件 1、光敏电阻
光敏电阻实物图
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二、光敏电阻
阅读教材P52的内容,思考问题: (1)光敏电阻的电阻率与什么有关?
(2)光敏电阻受到光照时会发生什么变化?怎样解 释?
五、小结:
1、传感器的概念: 传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、 声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换 为电压、电流等电学量,或转换为电路的通断。
2、传感器的工作原理:
非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量
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)