1、第六章 傳感器第1頁(yè)，共41頁(yè)。列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例， 遙控器控制電視開(kāi)關(guān)；日光控制路燈的開(kāi)關(guān) 聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開(kāi)關(guān)；自動(dòng)門安檢門等 音樂(lè)茶杯：茶杯平放桌上時(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。怎么回事 問(wèn)題引入？音樂(lè)茶杯的工作開(kāi)關(guān)又在哪里？開(kāi)啟的條件是什么？ 用書擋住底部（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。 光照變化（光強(qiáng)變化）光照時(shí)光敏電阻阻值減小電路接通，音樂(lè)響起。 第2頁(yè)，共41頁(yè)。傳感器的定義：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)

2、化為電路的通斷。第3頁(yè)，共41頁(yè)。傳感器的作用： 傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。 非電學(xué)量傳感器電學(xué)量 角度位移速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照 傳感器電壓電流電阻電容第4頁(yè)，共41頁(yè)。非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量傳感器的工作原理 ：第5頁(yè)，共41頁(yè)。光電傳感器機(jī)油壓力傳感器超聲波傳感器常見(jiàn)傳感器電子秤第6頁(yè)，共41頁(yè)。離子感煙器明火探測(cè)器溫度傳感器濕度傳感器第7頁(yè)，共41頁(yè)。 1、干簧管：是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器常見(jiàn)制作傳感器的元件磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化 簧片的磁化和去磁 電路的通斷 干簧繼電器的應(yīng)用事例： 實(shí)驗(yàn)電源的過(guò)載保護(hù)(無(wú)需保

3、險(xiǎn)絲)第8頁(yè)，共41頁(yè)。防盜報(bào)警器 報(bào)警器里面用了一個(gè)干簧管，干簧管可以感知磁場(chǎng)而接通或斷開(kāi)電路。第9頁(yè)，共41頁(yè)。2、光敏電阻 演示實(shí)驗(yàn)：將光敏電阻和多用表的歐姆檔相連，隨著光照不同，表有何變化？（1）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。表明光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變?。?）光敏電阻是一種用硫化鎘半導(dǎo)體材料做成的，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。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。第10頁(yè)，共41頁(yè)。例1、如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本

4、工作原理是（ ）A當(dāng)有光照射 R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次AC第11頁(yè)，共41頁(yè)。熱 敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_減小）特性：熱敏電阻能夠把 溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成為電阻這個(gè)電學(xué)量金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)量范圍大、但是靈敏度差。3）應(yīng)用：電阻溫度計(jì)、報(bào)警器等2）異同點(diǎn):金屬熱電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_增大熱 敏電阻化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)量范圍小、但是靈敏度好。3熱敏電阻和金屬熱電阻第12頁(yè)，共41頁(yè)。V例題2、如圖是一個(gè)溫度傳感器的原理示意圖,Rt是一個(gè)熱敏電阻器。試說(shuō)

5、明傳感器是如何把溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的。RtR溫度升高或降低導(dǎo)致Rt阻值發(fā)生變化，使電路中電流也發(fā)生變化，導(dǎo)致R上的電壓也發(fā)生改變，因此電壓表讀數(shù)將會(huì)發(fā)生變化，從而就將溫度的化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。思考方向：1、兩電阻采取什么連接方式？2、轉(zhuǎn)變的電信號(hào)應(yīng)該是哪個(gè)電學(xué)量？3、電壓表測(cè)的是哪個(gè)電阻的電壓？第13頁(yè)，共41頁(yè)。例題3如圖是一火警報(bào)警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是（ ）A.I 變大，U 變大 B.I 變小，U 變小 C.I 變小，U 變大 D.I

6、變大，U 變小 R1R2R3AabErB第14頁(yè)，共41頁(yè)。4、電容式位移傳感器電容式位移傳感器能夠把物體_這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)這個(gè)電學(xué)量位移電容電容式位移傳感器示意圖被測(cè)物體x電容器極板電介質(zhì)板第15頁(yè)，共41頁(yè)。（1）測(cè)定角度 （2）測(cè)定液面高度h （3）測(cè)定壓力F （4）測(cè)定位移x 定片動(dòng)片電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極x極板極板電介質(zhì)（4）、其他電容式傳感器第16頁(yè)，共41頁(yè)。例題4 隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?（ ） A. 改變

7、了濕度 B. 改變了溫度C. 改變了磁場(chǎng) D. 改變了電容 D第17頁(yè)，共41頁(yè)。（1）材料：半導(dǎo)體 如：砷化銦（2）工作原理圖NMFBEIUH霍爾元件工作原理圖（3）霍爾電壓:K為比例系數(shù)，稱為霍爾系數(shù)其大小與元件的材料有關(guān)。一個(gè)霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，則UH 的變化就與B成正比。因此霍爾元件又稱磁敏元件。霍爾元件能夠把_這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)這個(gè)電學(xué)量磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓5.霍爾元件第18頁(yè)，共41頁(yè)。例題5、如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況以下說(shuō)法中正確的是 ()A

8、將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近 霍爾元件的工作面時(shí)，UH將變大B在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)， 霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化ABD第19頁(yè)，共41頁(yè)。6. 力傳感器電子秤金屬梁形變（力學(xué)量）電 壓（電學(xué)量）轉(zhuǎn)換第20頁(yè)，共41頁(yè)。機(jī)理半導(dǎo)體材料應(yīng)變片金屬梁上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片自由端受到向下壓力梁發(fā)生彎曲上表面拉伸下表面壓縮R增大R減小片應(yīng)變F 越大應(yīng)變片中R 變化越大I 恒定輸出電壓差大第21頁(yè)，共41頁(yè)。例題6某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受

9、到的壓力（比例系數(shù)為 k ）如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為 0 ；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓 U。 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為 m0 的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量 m 。（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測(cè)量電路圖。（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù) k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量 m 。（3）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。力電轉(zhuǎn)換器受壓面_+_輸出輸入第22頁(yè)，共41頁(yè)。

10、力電轉(zhuǎn)換器受壓面_+_V(1) 電路設(shè)計(jì)(2) 測(cè)量步驟調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。將質(zhì)量為 m0 的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓 U0。將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1。得 k = U0 / m0g由 U0 = km0g得 m = m0U1/U0 由U1 = kmg(3) 可能出現(xiàn)的問(wèn)題因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程第23頁(yè)，共41頁(yè)。7. 聲傳感器動(dòng)圈式話筒膜片聲波趨動(dòng)下平衡位置附近振動(dòng)線圈振動(dòng)線圈中磁通量周期性變化周期性變化的感應(yīng)電流第24頁(yè)，共41頁(yè)。絕緣支架電容式話筒薄金屬膜M固定電極N構(gòu)成電容器充電直流電源膜片M聲波趨動(dòng)振動(dòng)電容變化

11、電容器充電放電電路中形成變化電流R兩端輸出與聲音規(guī)律相同的電壓第25頁(yè)，共41頁(yè)。例題7.電容式話筒的保真度比動(dòng)圈式話筒好, 其工作原理如圖所示, Q是絕緣支架, M是薄金屬膜和固定電極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,當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有（ ） A 電容變大 B 電容變小 C 導(dǎo)線AB中有向左的電流 D 導(dǎo)線AB中有向右的電流A C 第26頁(yè)，共41頁(yè)。8. 溫度傳感器電熨斗原理圖雙金屬片溫控原理第27頁(yè)，共41頁(yè)。電飯鍋感溫鐵氧體感溫材料氧化錳、氧化鋅氧化鐵粉末混合居里點(diǎn)常溫下有磁性約 103 0C 時(shí)，失去磁性結(jié)構(gòu)圖示開(kāi)始煮飯時(shí)

12、，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持 100不變。飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100不變，溫度低于“居里點(diǎn)103”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103才能自動(dòng)斷電。第28頁(yè)，共41頁(yè)。例8、如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80時(shí)，會(huì)

13、自動(dòng)斷開(kāi)。紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈。分流電阻R1R2500，計(jì)算加熱電阻絲R350，兩燈電阻不計(jì)。（1）分析電飯煲的工作原理。（2）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下消耗的電功率之比。（3）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？第29頁(yè)，共41頁(yè)。冰箱溫度控制器M1 測(cè)溫泡2 細(xì)管3 彈性金屬盒4 彈簧片5 動(dòng)觸點(diǎn)6 靜觸點(diǎn)7 拉桿8 凸輪9 連桿冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盆體膨脹，膜盒3通過(guò)小柱體帶動(dòng)彈簧片4，使動(dòng)觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動(dòng)開(kāi)始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫時(shí)拉簧帶動(dòng)彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開(kāi)，使壓縮機(jī)停止工作 凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)加大連桿9對(duì)彈簧7

14、的拉力，該拉力與彈性膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動(dòng)，故彈簧7上彈力的變化會(huì)改變?cè)O(shè)定的溫度第30頁(yè)，共41頁(yè)。火災(zāi)報(bào)警器煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器結(jié)構(gòu)原理在沒(méi)有發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管收不到 LED 發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小。與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。原理工作第31頁(yè)，共41頁(yè)。測(cè) 力測(cè)物體加速度測(cè)物體角速度測(cè) 位 移拓展性研究第32頁(yè)，共41頁(yè)。例1.如圖所示為一種測(cè)定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中 P 為金屬球，懸掛在一細(xì)長(zhǎng)裸金屬絲下面，O 是懸掛點(diǎn)，R0 是保護(hù)電阻，CD 是水平放置

15、的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無(wú)風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲與電阻絲在 C 點(diǎn)接觸，此時(shí)電路中的電流為 I，有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度（與風(fēng)力大小有關(guān)），細(xì)金屬絲與電阻絲在 C點(diǎn)接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC = h，CD = l，球的質(zhì)量為 m，電阻絲單位長(zhǎng)度的電阻為 k，電源內(nèi)電阻和細(xì)金屬絲電阻均不計(jì)，金屬絲偏轉(zhuǎn)角時(shí)，電流表的示數(shù)為I ，此時(shí)風(fēng)力大小為 F，試寫出：(1) 風(fēng)力大小 F 與的關(guān)系式.(2) 風(fēng)力大小 F 與電流表示數(shù) I 的關(guān)系式.PCAOR0CDF = R0 + klIIR0kkmghh)(第33頁(yè)，共41頁(yè)。 例2. 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)

16、的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向按裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)量為 m 的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為 k 的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度?；瑝K上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離 O 點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ）A. 方向向左，大小為 k S / mB方向向右，大小為 k S / mC方向向左，大小為 2k S / m D. 方向向右，大小為 2k S / m01010UPD第34頁(yè)，共41頁(yè)。若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為

17、l，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源 U0 上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度 a 沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片 P 產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào) U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制01010UP導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫出 U 與 a 的函數(shù)關(guān)系式。解答： S = ma/2k a = 2kS/mU =RxRU0U0Sl=mU02kla第35頁(yè)，共41頁(yè)。例3.飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度可用結(jié)構(gòu)如圖所示的原理進(jìn)行測(cè)量.當(dāng)系統(tǒng)繞軸 OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件 A 發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知 A 的質(zhì)量為 m，彈簧的勁度系數(shù)為 k、自然長(zhǎng)度為 l，電A S PCB

18、UOO源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì).滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)也為 l ,電阻分布均勻,系統(tǒng)靜止時(shí) P 在 B 點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),試寫出輸出電壓 U 與的函數(shù)式。解答： 設(shè)彈簧伸長(zhǎng) x , 則 kx = m 2(l+x)x =m 2 lkm 2即設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度的電阻為 r0 U = IRx =E x r0l r0=xlE U =E m 2km 2第36頁(yè)，共41頁(yè)。1. 用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)高溫報(bào)警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險(xiǎn)情時(shí)電鈴報(bào)警?？晒┻x擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線。aedcb課堂練習(xí)第37頁(yè)，共41頁(yè)。2. 圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。 為了通過(guò)測(cè)量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖 ；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由： 。（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑線變阻器的阻值為0-100）在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)V；電阻R2的阻值為 。舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_。VA圖2VA圖3I/mAU/V1 2 3 4 5 6 7500圖110203040AR1R