《傳感器原理及應(yīng)用》PPT課件

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1、傳感器原理及應(yīng)用,,一、傳感器的概念 傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了,二、常用傳感器元器件工作原理 1光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無(wú)光照時(shí)，載流子少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變 好. 光敏電阻能夠把 光照強(qiáng)弱 這個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,2熱敏電阻和金屬熱電阻： 熱敏電阻分為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)(電阻率隨溫度升高而減小) 和正溫度系數(shù)(PTC)(電阻率隨溫度升高而 增大)

2、 兩種類(lèi)型. 常常用于溫控或報(bào)警裝置,金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大， 用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱(chēng)為熱電阻. 與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差常常用于制作溫度計(jì),熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,3霍爾元件：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量,霍爾系數(shù)k=,d：沿磁場(chǎng)方向長(zhǎng)度（常常被稱(chēng)作霍耳材料厚度）,4應(yīng)變式力傳感器：應(yīng)變式力傳感器是由金屬梁和應(yīng)變片組成的應(yīng)變片是一種敏感元件彈簧鋼制成的梁形元件一端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施加向下的力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓

3、縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面的電阻變小.F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的電阻變化就越大如果讓?xiě)?yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小.傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出力F越大，輸出的電壓差值也就越大. 應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量,,5干簧管：普通干簧管有兩個(gè)簧片，是用有彈性的軟磁性材料制成的，它們密封在玻璃管中，成為一組常開(kāi)型觸點(diǎn)管中充入惰性氣體來(lái)防止觸點(diǎn)被氧化當(dāng)磁體靠近(按一定方位)干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通 干簧管將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成電路的通斷.,6雙金屬片：雙金屬片巧妙地利用了不同金屬熱膨脹的差異把膨脹系數(shù)不同的兩種

4、金屬片黏合在一起，常溫下是直的，當(dāng)加熱時(shí)，由于兩種金屬的膨脹程度不同，雙金屬片就會(huì)向膨脹程度小的金屬片那一側(cè)彎曲,7感溫鐵氧體：電飯鍋應(yīng)用了一種特殊材料感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的，它的特點(diǎn)是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱(chēng)為該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”,三、傳感器的分類(lèi) 傳感器可以根據(jù)其利用的元器件進(jìn)行分類(lèi)，如電容式傳感器、電阻式傳感器、電感式傳感器等也可以按其轉(zhuǎn)換的信號(hào)來(lái)分類(lèi)，一般可以分為：力電傳感器、熱電傳感器、聲電傳感器、光電傳感器等,1.聲傳感器應(yīng)用話筒 如圖所示的是動(dòng)圈

5、式話筒的構(gòu)造，是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的,其工作原理是：當(dāng)聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上的線圈(叫音圈)隨著一起振動(dòng)音圈在永磁鐵的磁場(chǎng)中振動(dòng)，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化由聲波決定，這就將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大聲音,電容式話筒的工作原理如圖所示Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓,熱傳感器的應(yīng)用電熨斗的結(jié)構(gòu)和工作原理 電熨斗是利用雙金屬片溫度傳感器來(lái)控制電路的通斷的圖中雙金

6、屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬常溫下，電熨斗的上下觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是接觸的，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，雙金屬片向下彎曲到一定程度，從而使觸點(diǎn)分離，使電熱絲停止加熱如果需要設(shè)定較高的溫度，應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下降一些，可使在更高的溫度時(shí)，觸點(diǎn)再分離,光傳感器應(yīng)用機(jī)械式鼠標(biāo),當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)x ，y兩個(gè)方向的脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移。,,,電阻式加速度傳感器,1.(單選)關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是( ) A所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的 B金屬材料也可以制

7、成傳感器 C干簧管是一種能夠感知電場(chǎng)的傳感器 D傳感器一定是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的,練習(xí)題,解析：有些傳感器是利用半導(dǎo)體材料做成的，但有些不是，比如雙金屬片、電容式傳感器等等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增加，利用這個(gè)特性可以制成溫度傳感器，B項(xiàng)正確；干簧管是能夠感知磁場(chǎng)的傳感器，C項(xiàng)錯(cuò)誤；傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的器件，不一定要感知電壓，D項(xiàng)錯(cuò)誤,答案： B,2.(多選)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1034所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是( ),圖1034,A置

8、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 B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻 C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 D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,答案：AC,解析：本題考查了熱敏電阻、光敏電阻、定值電阻的特性熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值隨溫度變化不明顯；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨之變化,3.(單選)用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過(guò)程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的

9、過(guò)程下列屬于這類(lèi)傳感器的是( ) A紅外報(bào)警裝置 B走廊照明燈的聲控開(kāi)關(guān) C自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 D電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器,解析：紅外報(bào)警裝置正是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件,A,4：唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)下列說(shuō)法正確的是() A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C膜片振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬線圈的磁通量不變 D膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),解析：由話筒的工作原理可知話筒的

10、傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，故B正確,答案：B,點(diǎn)評(píng)：聽(tīng)筒與話筒的工作原理是不同的，要注意區(qū)分,例2：如圖是電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，下列說(shuō)法正確的是(),A雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)小于下層金屬 B常溫下，上下觸點(diǎn)接觸；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分離 C需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移 D雙金屬片溫度傳感器的作用是控制電路的通斷,解析：根據(jù)電熨斗的工作原理可知，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；溫度較高時(shí)，雙金屬片是向下移動(dòng)的，所以需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移，C項(xiàng)正確；雙金屬片的作用是通過(guò)控制電路的通斷來(lái)控制溫度，D項(xiàng)正確綜述BCD項(xiàng)正確 答案：BCD,,