第六章：传感器

A
R1
光照R1减小，I增大。
信号 处理 系统
U1=E-I(R2+r)减小。 计工件。（高、低变 化一次计数一次）
R2
2、热敏电阻和金属热电阻
特点
金属的电阻率随温度的升高而增 大，电阻增大，用金属丝可以制 作温度传感器，称为热电阻，常 用的一种热电阻是用铂制作的。 与金属不同，温度上升时，有些 半导体的导电能力增强，电阻增 小，因此可以用半导体材料制作 热敏电阻。 与热敏电阻相比，金属热电阻的 化学稳定性好，测温范围大，但 灵敏度较差。
电烫斗的构造
调温旋钮调节升降螺丝， 升降螺丝带动弹性铜片 升降，从而改变触点接 触的难易，达到控制不 同温度的目的。
思考与讨论： ●常温下两触点是接触还是分离？温度过高时双金属
片将怎样作用？
●如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度？
四． 传感器的应用 （二）
（一）、温度传感器的应用——电饭锅
导电液体
（3）测定压力F：
固定电极
（4）测定位移x：
极板 电介质
测 可动电极 压 力 变 待测压力F 化
x
极板
测 位 移 变 化
例4 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
例 2. 如图 6 － 1 － 3 所示为光敏电阻自动计数器的示 意图，其中 R 1 为光敏电阻， R 2 为定值电阻．此光 电计数器的基本工作原理是 （ ） BD 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计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
U 沿I方向：I R
作用：把磁感应强度（磁学量）
电压（电学量）
五、小结： 传感器：采集信息，一般转化电学量 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
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换 为电阻这个电学量
动态分析
例1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡， R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ABC ） A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大
R3 R I
U1(=IR1)
U2(=E-Ir-U1) U(=E-Ir) IL=I-I2。 “串反并同”当电阻增大时与之 串联的元件的I、U、P减小。 与之并联的元件的I、U、P增大
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）
（5）干簧管（磁场传感器）
三． 传感器的应用 （一）
应用１、力传感器的应用——电子秤
思考: 1、应变式力传感器的组成部分？ 金属梁和应变片 2、应变式传感器的原理？
演示实验：
小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外 没有开关，但是把磁铁放到盒子上面，
灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。
盒子里面有 什么装置?
原理：当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通， 所以干簧管能起到开关的作用！ 磁信号 电路的通断
练习：课本P64页，问 题和练习 T1
一、传感器的含义
传感器是把非电学物理量转换成易于测量、 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。
作用
热敏电阻或金属热 电阻能够把温度这 个热学量转换为电 阻这个电学量
2.热电传感器 例3 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的 原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、 电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 例题：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. C. I 变大，U 变大 I 变小，U 变大 B. D. I 变小，U 变小 I 变大，U 变小 a
五． 传感器的应用实验 实验一 : 光控开关 实验原理及知识准备
（1）如图所示光控电路， 用发光二极管LED模仿路灯， RG为光敏电阻，R1的最大电 阻为51 kΩ，R2为 330 kΩ， 试分析其工作原理。
课本P63
晚上，光强度小，RG电阻 大，达到一定值，A端电压 升至1.6v，A端电势突然变 为低电势，Y端高电势。
解：出现火情时温度升高， R2 减小， R总减小， I总增大，
Uab减小， U并减小， IA减小，
E r
b
R1
A R3
R2
3.电容式传感器
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。 θ 图甲是测量 角度θ 的电容式传感器，原理是 由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生 。 变化时，引起S的变化，通过测出C的 甲 定片 变化，测量动片与定片间的夹角θ
白天，光强度大，RG电阻小，A端电势低，Y端电势高，LED不 发光。
R 1.6 1 1.6 R1和RG 之间电压为5V， G 2）要想在天更暗时路 灯才会亮， R1 R1 R G 5 5 1 应该把R1的阻值调大些 RG 还是调小些？为什么？ 欲使天更暗时灯才亮， R G 增大，则R1增大
怎样使热敏电阻 在感测到更高的温 度时才报警？
要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警 R1 1.6 1 1.6 ,温度更高RT更小， RT R1 R T 5 5 1 R1 R1减小。
试说明控制电路的工作原理。
图乙中，用白炽 灯模仿路灯，为何要 用到继电器？
由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽 灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。
实验二: 温度报警器
如图所示为温度 报警器的工作电路， 试分析其工作原理 。
⑴ 常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入 端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过 蜂鸣器，蜂鸣器不发声；⑵当温度升高时，热敏电阻 RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到 某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平， 蜂鸣器通电，从而发出报警声，Rl的阻值不同，则报 警温度不同。
（四）．光传感器的应用——火灾报警器
哪个元件是光传感器?
光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器
以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其 工作原理。 报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和 不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现 高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照 射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出 这种变化，就会发出警报．
图乙是测量液面高度h 的电容式传感器，原理是 由于C∝S，h发生变化，金属芯线和 。 乙 导电液体组成的电容发生变化，通过 测定C的变化，可以测量液面高度h h 的变化。
金属芯线 电介质 导电液体
（1）测定角度θ ：
动片
θ
液面上升 （2）测定液面高度 h：
金属芯线
正对面积 变大
测角度 变化
定片
电介质
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
BI 霍尔电压UH K ,d为薄片厚度 d K为霍尔系数
设霍尔元件长a、宽b、厚d。
原理：当薄片中载流子达到稳定状态时：F洛=F电=Eq
UH 垂直I方向：qvB q , d 沿I方向：I nqsv nqbdv, v BI 1 BI UH ,设K , UH K nqd nq d I nqbd
力学量 电压
U1
U2
金属梁 应变片发生形变时其电阻随之发生变化，
在恒定电流下，应变片是把形变（力学量）
转换为电压（电学量）的元件。
2、温度传感器的应用——电熨斗
温度传感器制作材料、应用。
双金属片温度传感器：
原理:热胀冷缩原理 常温下两触点分离。温度升高，两 种金属膨胀性能不同，双金属片形状 发生变化，使触点接触。
C. 改变了磁场
B. 改变了温度
D. 改变了电容
电容式位移传感器
如何确定物体的位置？
被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之 在电容器两极板之间移动。物体位置的变化，就转 换成了电容的变化。 如何检测电容的变化？
４、霍尔元件
在一个很小的矩形半导体 （例如砷化铟）薄片上，制作 4 个电极，就成了一个霍尔元件。
传感器 放大 转换 电路 电学量
显示器 (指针式电表)
(数字屏)
常见：位移、速度、压 力、温度、湿度、流量、声 强、光照度等传感器
计算机系统
二、制作传感器的常用元器件
1、光敏电阻
光敏电阻实物图
特 点 作 用
光照情况
受光表面暴露 电阻小
受光表面遮住 电阻大
电阻阻值
1 温度传感器的主要元件是什么？ 感温铁氧体
2 感温铁氧体的组成物质是什么？ 氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 3 感温铁氧体有何特点？什么是“居里点”？ 常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引， 温度达到约103℃，失去铁磁性． 居里点，又称居里温度，即指103℃。
电饭锅的构造
思考与讨论:
1 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁 体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。 2 水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。 3 饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度 升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在 弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源， 从而停止加热． 4 如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不 变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断 电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。