第六章傳感器夏邑高中---汪領(lǐng)峰2017、2第六章傳感器盒子里面有什么裝置?演示實(shí)驗(yàn)：小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開(kāi)關(guān)，但是把磁鐵放到盒子上面，燈泡就發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅。盒子里面有什么裝置?演示實(shí)驗(yàn)：原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用！磁信號(hào)

電路的通斷練習(xí)：課本P64頁(yè)，問(wèn)題和練習(xí) T1原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能

傳感器是把非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量、傳輸、處理的電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）的一種組件，起自動(dòng)控制作用。一、傳感器的含義非電學(xué)量傳感器放大轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器(指針式電表)(數(shù)字屏)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳感器應(yīng)用的一般模式:

常見(jiàn)：位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等傳感器傳感器是把非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量、傳輸二、制作傳感器的常用元器件1、光敏電阻光敏電阻實(shí)物圖電阻小電阻大光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量特點(diǎn)作用二、制作傳感器的常用元器件1、光敏電阻光敏電阻實(shí)物圖電阻小電例1．如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，（）A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大ABC動(dòng)態(tài)分析“串反并同”當(dāng)電阻增大時(shí)與之串聯(lián)的元件的I、U、P減小。與之并聯(lián)的元件的I、U、P增大例1．如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏2、熱敏電阻和金屬熱電阻金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱(chēng)為熱電阻，常用的一種熱電阻是用鉑制作的。與金屬不同，溫度上升時(shí)，有些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻增小，因此可以用半導(dǎo)體材料制作熱敏電阻。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。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)量特點(diǎn)作用2、熱敏電阻和金屬熱電阻金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻2.熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等）的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等。例2：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變大，U變小R1R2R3AabEr

解：出現(xiàn)火情時(shí)溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B2.熱電傳感器熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫3.電容式傳感器

電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，則通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱(chēng)為電容式傳感器。圖甲是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

定片θ甲角度θ由于C∝S，動(dòng)片與定片間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起S的變化，通過(guò)測(cè)出C的變化，測(cè)量動(dòng)片與定片間的夾角θ圖乙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體乙h液面高度h由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)定C的變化，可以測(cè)量液面高度h的變化。3.電容式傳感器電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面圖丙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

固定電極可動(dòng)電極F丙壓力F由于C∝1/d，壓力F作用在可動(dòng)電極上，引起極板間距d的變化，通過(guò)測(cè)出C的變化，測(cè)量壓力F的變化。圖丁是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是

。

極板電介質(zhì)丁x位移x由于C隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)出C的變化，測(cè)量位移x的變化。圖丙是測(cè)量的電容式傳感器例3、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)椋ǎ〢.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場(chǎng)D.改變了電容

D例3、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，將濕在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極，就成了一個(gè)霍爾元件。４、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)量在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極，就設(shè)霍爾元件長(zhǎng)a、寬b、厚d。原理：當(dāng)薄片中載流子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：F洛=F電=Eq作用：把磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁學(xué)量）電壓（電學(xué)量）設(shè)霍爾元件長(zhǎng)a、寬b、厚d。原理：當(dāng)薄片中載流子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)1、傳感器的概念：五、小結(jié)：2、傳感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(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。

（5）干簧管（磁場(chǎng)傳感器）傳感器：采集信息，一般轉(zhuǎn)化電學(xué)量1、傳感器的概念：五、小結(jié)：2、傳感器的工作原理：3、敏感元練習(xí)1.圖所示，是兩種電感式微小位移傳感器的原理圖.圖甲中，1是待測(cè)物體，2是可平移的軟鐵芯，3是固定的軟鐵芯.2、3之間的空氣間隙隨著物體的位移改變，鐵芯3上有線圈4.乙圖中3是空心線圈，1是待測(cè)物體，軟鐵芯2插在線圈3中并且隨著物體1在線圈中平移.說(shuō)明它們的工作原理，并嘗試設(shè)計(jì)與線圈3或線圈4相連的線路.解析：甲中當(dāng)待測(cè)物體位移變化時(shí)，2、3間的空氣間隙變化，線圈4的電感值發(fā)生變化.這一變化量通過(guò)轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電路輸出電流，就反映出被測(cè)物體位移的變化量.乙圖中被測(cè)物體位移變化，帶動(dòng)軟鐵芯2在線圈中移動(dòng)，線圈的電感值將變化，這一變化通過(guò)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)電路輸出電流，就得到了被測(cè)物體位移的變化.答案：甲圖中在線圈4上串聯(lián)電源和電流表.乙圖中在線圈3上串聯(lián)電源和電流表練習(xí)1.圖所示，是兩種電感式微小位移傳感器的原理圖.圖甲中，思考:1、應(yīng)變式力傳感器的組成部分？2、應(yīng)變式傳感器的原理？應(yīng)用１、力傳感器的應(yīng)用——電子秤金屬梁和應(yīng)變片（半導(dǎo)體材料組成）力學(xué)量電壓

三．傳感器的應(yīng)用（一）思考:1、應(yīng)變式力傳感器的組成部分？應(yīng)用１、力傳感器的應(yīng)用—金屬梁U1U2金屬梁U1U2雙金屬片溫度傳感器：原理:熱脹冷縮原理溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。溫度傳感器制作材料、應(yīng)用。2、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗雙金屬片溫度傳感器：溫度傳感器制作材料、應(yīng)用。2、溫度傳感器思考與討論：●常溫下兩觸點(diǎn)是接觸還是分離？溫度過(guò)高時(shí)雙金屬片將怎樣作用？●如何用調(diào)溫旋鈕來(lái)升高或降低電燙斗的工作溫度？電燙斗的構(gòu)造調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性銅片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制不同溫度的目的。2、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗思考與討論：電燙斗的構(gòu)造調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用．（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬（一）、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋1溫度傳感器的主要元件是什么？感溫鐵氧體

2感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？

氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成

3感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？什么是“居里點(diǎn)”？

常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到約103℃，失去鐵磁性．

居里點(diǎn)，又稱(chēng)居里溫度，即指103℃。

四．傳感器的應(yīng)用（二）電飯鍋的構(gòu)造（一）、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋1溫度傳感器的主要元件是1開(kāi)始煮飯時(shí)，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)。2水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。3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．思考與討論:4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。1開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松連貫地?cái)⑹鲭婏堝伒墓ぷ鬟^(guò)程?

開(kāi)始煮飯時(shí)，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)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，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．連貫地?cái)⑹鲭婏堝伒墓ぷ鬟^(guò)程?開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下（四）．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器哪個(gè)元件是光傳感器?光電三極管是煙霧火警報(bào)警器中的光傳感器

以利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的火災(zāi)報(bào)警器為例，簡(jiǎn)述其工作原理。

報(bào)警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．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?。c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)．（四）．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器哪個(gè)元件是光傳感器?光電[知識(shí)梳理]光傳感器的原理及應(yīng)用(1)光傳感器能把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)．(2)最常見(jiàn)的光傳感器有光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等．(3)典型的應(yīng)用，如鼠標(biāo)、火災(zāi)報(bào)警器、光敏自動(dòng)計(jì)數(shù)器等[知識(shí)梳理]光傳感器的原理及應(yīng)用五．傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一）、斯密特觸發(fā)器1.斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門(mén)。符號(hào)_______2.其有何特點(diǎn)？輸入1.6V(高電平)，輸出0.25V(低電平)輸入0.8V(低電平)，輸出3.4V(高電平)[實(shí)驗(yàn)1]：路燈光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)AY五．傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一）、斯密特觸發(fā)器1.斯密特觸發(fā)器是實(shí)驗(yàn)原理及知識(shí)準(zhǔn)備

（1）如圖所示光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330kΩ，試分析其工作原理。白天，光強(qiáng)度大，RG電阻小，A端電勢(shì)低，Y端電勢(shì)高，LED不發(fā)光。

晚上，光強(qiáng)度小，RG電阻大，達(dá)到一定值，A端電壓升至1.6v，Y端電勢(shì)突然變?yōu)榈碗妱?shì)。LED燈通電發(fā)光.AY天色更暗LED燈才發(fā)光，應(yīng)將R1調(diào)大些.實(shí)驗(yàn)原理及知識(shí)準(zhǔn)備（1）如圖所示光控電路，用發(fā)光二極管L

如圖所示電磁繼電器工作電路，圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電器，D為動(dòng)觸點(diǎn)，E為靜觸點(diǎn)．試分析電磁繼電器的工作原理。

當(dāng)線圈A中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵B向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)D與E分離，自動(dòng)切斷工作電路．

由于集成電路允許通過(guò)的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟閉工作電路。

如圖所示電磁繼電器工作電路，圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電

光照時(shí)，RG阻

值____，A為_(kāi)_____

電平，Y為_(kāi)_____電

平，繼電器中無(wú)電流

不工作，燈泡______

（填“亮”或“不

亮”），無(wú)光或弱光時(shí)，RG阻值_______，

A為_(kāi)____電平，Y為_(kāi)_____電平，繼電器

有電流，吸引銜鐵使觸點(diǎn)接觸，電路接通，

燈泡______（填“亮”或“不亮”）。試分析其工作原理？高不亮較小低高較大亮低 光照時(shí)，RG阻

值____，A為_(kāi)_____

電平，Y為

如圖所示為溫度報(bào)警器的工作電路，試分析其工作原理。

⑴

常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；⑵當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平），其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲，R