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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元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量以后，就可以很方便地進行測量、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體，無光照時，載流子少，導電性能差；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變 好. 光敏電阻能夠把 光照強弱 這個非電學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量,2熱敏電阻和金屬熱電阻： 熱敏電阻分為負溫度系數(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、 兩種類型. 常常用于溫控或報警裝置,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，稱為熱電阻. 與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差常常用于制作溫度計,熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量,3霍爾元件：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量,霍爾系數(shù)k=,d：沿磁場方向長度（常常被稱作霍耳材料厚度）,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，彎曲形變越大，應(yīng)變片的電阻變化就越大如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，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力學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量,,5干簧管：普通干簧管有兩個簧片，是用有彈性的軟磁性材料制成的，它們密封在玻璃管中，成為一組常開型觸點管中充入惰性氣體來防止觸點被氧化當磁體靠近(按一定方位)干簧管時，兩個簧片被磁化而接通 干簧管將磁場的變化轉(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，當加熱時，由于兩種金屬的膨脹程度不同，雙金屬片就會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，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了這個溫度在物理學中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點”,三、傳感器的分類 傳感器可以根據(jù)其利用的元器件進行分類，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)換的信號來分類，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：當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈(叫音圈)隨著一起振動音圈在永磁鐵的磁場中振動，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，這就將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，這個電信號經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(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形成一個電容器，被直流電源充電當聲波使膜片振動時，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，電熨斗的上下觸點應(yīng)當是接觸的，當溫度達到設(shè)定溫度時，雙金屬片向下彎曲到一定程度，從而使觸點分離，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，觸點再分離,光傳感器應(yīng)用機械式鼠標,當鼠標器在桌面上移動時，滾球的運動通過滾軸帶動兩個碼盤轉(zhuǎn)動，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，計算機分別統(tǒng)計x ，y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標產(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，下列說法正確的是( ) A所有傳感器都是由半導體材料做成的 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的傳感器 D傳感器一定是通過感知電壓的變化來傳遞信號的,練習題,解析：有些傳感器是利用半導體材料做成的，但有些不是，比如雙金屬片、電容式傳感器等等，A項錯誤；金屬導體的電阻隨溫度的升高而增加，利用這個特性可以制成溫度傳感器，B項正確；干簧管是能夠感知磁場的傳感器，C項錯誤；傳感器是將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的器件，不一定要感知電壓，D項錯誤,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)換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的
9、過程下列屬于這類傳感器的是( ) A紅外報警裝置 B走廊照明燈的聲控開關(guān) C自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器,解析：紅外報警裝置正是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件,A,4：唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栂铝姓f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膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,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,點評：聽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，上下觸點接觸；溫度過高時，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點分離 C需要較高溫度熨燙時，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移 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項錯誤，B項正確；溫度較高時，雙金屬片是向下移動的，所以需要較高溫度熨燙時，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移，C項正確；雙金屬片的作用是通過控制電路的通斷來控制溫度，D項正確綜述BCD項正確 答案：BCD,,
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