中职 传感器 课件 9

任务条件
压力、气体和湿度传感器电路是以 力电、气敏、湿敏传感器为核心的测量、控 制及应用电路，正确选择力电、气敏、湿敏 传感器是实现压力、气体和湿度测量和控制 的关键。由于力电、气敏、湿敏传感器是把 压力、气体和湿度量值转换为电能信息，所 以除了声电和振动类传感器，驱动电路是必 需的电路。执行机构是终端，它可以采用不 同的执行方式模式，一般是光、电、声、机 械模式。
压力、气体和湿度的测量与控制，同 样需要把这些物理量转换成电量，所以也就产生 了把压力、气体和湿度的物理量转换为电量，才 能完成它们的检测与控制。
任务描述
这几个物理量与上述其它物理量不一样， 而是由它的量变完成检测与控制，传感器把它 们的量变转换成电能。力电传感器、气敏传感 器和湿敏传感器电路是由这几个的量源、转换 器件和控制电路组成的，如下图所示。
根据不同的介质（如液体水、洒、 饮料等，固体如矿砂、粮食等）在不同的环 境条件下（如空气不同的湿度）有各种不同 的电导率的原理，我们利用这种各自的特性 及湿度不一样而呈现的导电特性的差异，制 造出各种湿度传感器。
1.探针式湿敏传感器土壤缺水报警电路
由探针式传感器构成的土壤缺水报警电路，适 用于农业、林业部门检测土壤是否缺水。电路图如 下图。
VT3的基极，电位器RP1用来调节检测灵敏度。当 土壤湿度正常时，温度探针式传感器探针之间的
土壤电阻很小，3kHz信号在RP1和R5产生的压降 较大，信号不能使VT4工作，
因此蜂呜器BZ没有发出声音。主要原因是信号 的正半周期使VT3导通，但使C5也通过VT3迅速 放电，VT4截止；负半周期时，VT3截止，C5开 始充电，充电时间为：t =R6×C5。这一时间常数 较大，C5两端电压尚未升高到足以使VT4导通之 前，正半周期又到来并使VT3导通，C5又迅速放 电，结果使VT4总保持截止。二极管VD1在信号 负半周期时导通，以保护VT3的基－射结不致被 反向击穿。

任务一 认识传感器
三、传感器的分类和命名
有源元件
任务一 认识传感器
三、传感器的分类和命名
②无源元件本身不是一个换能器。被测量直接或间接的作用引起该 元件的某一电参数（电阻、电容、电感、电阻率、介电常数……）的变化， 要想获得电压和电流的变化值，必须匹配测量电路和辅助电源。由于它 不进行能量转换，因此一般是不可逆的。
任务一 认识传感器
五、常见的传感器
2.速度、加速度传感器 （1）速度传感器 单位时间内位移的增量就是速度。用于检测物体运动速度的传感器称 为速度传感器。速度包括线速度和角速度，与之相对应，速度传感器 分成线速度传感器和角速度传感器两大类。 （2）加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量物体加速度的传感器。如图所示的为两 类常见的加速度传感器。
任务一 认识传感器
三、 传感器的分类和命名
按被测物理量性质分类的各种传感器
任务一 认识传感器
三、传感器的分类和命名
2.按工作原理（转换原理）分类 如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、 压电传感器……能够从基本原理上归纳传感器的共性和特性。
按工作原理分类的各种传感器
任务一 认识传感器
任务一 认识传感器
二、传感器的组成
3. 测量转换电路 测量转换电路是把转换元件转换后的电路参量变换成易于处理、显示、 记录、控制和传输的电信号。常见的测量转换电路有直流电桥、调频 电路等，如图所示。
直流电桥可以将电阻的微小变化转换成输出电压的变化，可以作 为如所示电阻应变片的测量转换电路。
任务一 认识传感器
任务二 传感器的信号调理电路（电流—电压变换）
二、放大电路
运算放大器构成的各种电压放大电路

电路工作过程 由声传感器话筒MIC拾取的话音信号经C3加
到IC1的“1”脚，经放大后从“6”脚输出，经 C7分两路：一路经R6、C9加到IC2的“1”脚，经 功率放大后从“6”脚输出。由C13耦合经VD1与 VD2整流，C14滤波后加到IC4的“5”脚，触发 IC4导通，从“2”“3”脚输出电源给发射电路 供电。IC3得电后工作。而信号的另一路由C8加 到IC3的“18”脚与“1”脚，IC3对信号进行调制 后从“7”脚输出，经L2、C24谐振带通滤波后从 天线ANT发射出去。
消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电 流通过，所产生的微弱交变磁场会对图像产生影 响，而且消磁电阻长期通电发热也容易发热损坏。 因此如电路图所示，采用双刀双掷开关继电器对 消磁电路进行控制，只要消磁完毕后，继电器释 放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生 的交变磁场影响图像了。
1.话筒
传声器又称话筒，是一种声-电换能器件，可 以分为电动式和静电式两种。目前在广播、电视和 娱乐等方面使用的传声器，绝大多数是动圈式和静 电电容式。
安装电路注意事项
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；
（5）要选择合适的电源电压，不能随意变 动电源的电压，否则电路不能正常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设 备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安 装。
电路组成和功能作用
电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻PTC、 消磁电阻、继电器JK电路组成。电路主要是给彩 色电视机CRT显像管在电视机开机时进行消磁。
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备， 不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用 除话筒MIC外，由IC1 TA7330等元件组成
了话音信号的前置放大电路，IC2 TA7331等元 件组成了功率放大电路，IC3 BA1404等元件组 成了高频发射电路，由IC4 TWH8778等元件组 成了电子开关电路。

二、知识储备
传感器技术应用
（四）光电传感器分类 4.按工作原理分类：光电效应传感器、红外热释电探测器、固态图像传感
器、光纤传感器。
红外热释电探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光电传感器。
固态图像传感器是利用光敏元件的光电转换功能将投射到光敏单元上的光 学图像转换成电信号“图像”，即将光强的空间分布转换为与光强成比例的电 荷包空间分布，然后利用移位寄存器功能将这些电荷包在时钟脉冲控制实现读 取与输出，形成一系列幅值不等的时钟脉冲序列，完成光图像的电转换。
二、知识储备
（四）光电传感器分类
传感器技术应用
2.按检测方式分类：对射式、镜反射式、漫反射式。
漫反射式光电传感器的发射器和接收器装在同一个装置内，但前方没 有反光板。正常情况下发射器发出的光，接收器是收不到的。当检测物通 过时挡住了光，并把光部分反射回来，接收器就收到光信号，输出一个开 关信号。漫反射式光电传感器的检测距离不如对射式、镜反射式光电传感 器，但是漫反射光电传感器的安装方式、安装位置要更方便。
二、知识储备
（四）光电传感器分类
传感器技术应用
2.按检测方式分类：对射式、镜反射式、漫反射式。
镜反射式光电传感器的发射器和接收器装在同一个装置内，在它的前 方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用。正常情况下，发射器 发出的光被反光板反射回来被接收器收到；一旦光路被检测物挡住，接收 器收不到光时就动作，输出一个开关控制信号。镜反射式光电传感器的检 测距离比对射传感器的检测距离稍微短一些，但是安装却比对射光传感器 方便很多，可以在窄小的空间安装，只要配合安装反光镜即可。
传感器技术应用
项目五 光电传感器
任务一 认识光电传感器
目录

6.2 压电传感器测量电路
6.2.3 压电元件的连接
单片压电晶片难以产生足够的表面电荷，在压电式传感器中常采 用两片或两片以上压电晶片组合在一起使用。由于压电晶体是有极性 的，因而两片压电晶体构成的传感器有两种接法：串联和并联。
1、串联形式
Q’=Q，U’=2U，C’=C/2而串联接法输出 电压大，本身电容小。适宜用于以电压 作输出信号，且测量电路输入阻抗很高 的地方。
6.2 压电传感器测量电路
2、并联形式
Q’=2Q，U’=U，C’=2C并联接法输出 电荷大，本身电容大，时间常数大， 适宜用在测量慢变信号并且以电荷作 为输出量的地方。
6.2 压电传感器测量电路
6.2.3 压电元件的变形
f ＋
－ (a) 厚度变形
f －
(b) 长度变形
f
－
f
－
＋
f
ff
f
f
＋
f (c) 体积变形
前置放大器形式：
电压放大器:其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正 比；输出电压灵敏度受分布电容的影响；频限窄；但线路简单，成 本低，性能稳定。
电荷放大器：把压电元件高内阻的电荷源变为传感器低内阻的 电压源，使其输出电压与输入电荷成正比；灵敏度不受分布电容的 影响，频限宽；但线路复杂，成本高，调整难。
沿X方向(电轴)的力作用产生电荷的压电效应称”纵向压电 效应”；
沿Y方向的(机械轴)的力作用产生电荷的压电效应称”横向 压电效应”；
沿Z方向的(光轴)的力作用时不产生压电效应。
6.1 压电传感器工作原理
石英晶体有硅离子Si4+，和氧离子O2-组成，在每一个晶体 单元，硅离子和氧离子在xy平面上的投影等效为一个正六边形。

图6-1-1 汽车机油压力传感器
二、知识储备
（二）不同场景中压力传感器的应用
1. 在汽车上的应用 有些汽车轮胎上装有胎压传感器，一般将
其安装在汽车轮胎上气门嘴的位置，用于监测汽 车轮胎的气压，并将监测数据实时传送到汽车的 控制显示器上。当胎压过大或出现漏气等造成气 压过低时胎压传感器就会自动报警。汽车轮胎胎 压传感器如图6-1-2所示。
传感器技术应用
图6-1-3 注塑模具使用的压力传感器
二、知识储备
传感器技术应用
（二）不同场景中压力传感器的应用
2. 在工业中的应用 很多物流输送设备，模块化皮带分流合流分拣系统中也使用了压力传感器。 将压力传感器安装在传送带两侧的固定架，收集产品在传送带上运行时产生的振动数据
。当压力异常时，压力传感器就会产生异常冲击信号，并发送至报警或后台监控系统，工作 人员可实时监控，如图6-1-4所示。
传感器技术应用
02
Part One
知储备
传感器技术应用
二、知识储备
（一）压力传感器的概念及组成
传感器技术应用
• 压力传感器是通过感受压力信号，并按照一定的规律将压力信号 转换成可用的输出电信号的器件或装置。
• 压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。
二、知识储备
（二）不同场景中压力传感器的应用
谢谢
二、知识储备
传感器技术应用
（二）不同场景中压力传感器的应用
3. 在生活中的应用 压力传感器还被广泛应用在睡眠监测上，比如智
能手环、智能手表等可穿戴设备。压力传感器是可穿 戴设备中的关键元件，它可感知用户的体动和心率。 人们在进行深度睡眠和浅度睡眠时，肌肉的状态有很 大不同，故体动的幅度差别很大。它还可以通过感知 用户的心率，记录睡眠时的心率变化，这样就可以较 为准确地监测用户的睡眠质量。可穿戴设备中的压力 传感器如图6-1-5所示。

无线火灾烟雾传感器
无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花 板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在 警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工 作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到 一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝 的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射 器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报 警信息传递出去。 无线发射器的报警距离在空旷 地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可 以达到20米。
（参考南京千里通公司 无线烟雾报警器资料）
无烟雾时，光敏 元件接收到LED发射 的恒定红外光。而在 火灾发生时，烟雾进 入检测室，遮挡了部 分红外光，使光敏三 极管的输出信号减弱， 经阀值判断电路后， 发出报警信号。
报警 烟雾
无线烟雾报警器内部结构
可发出高分贝 笛鸣声的蜂鸣器
15.11.2019
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热释电 传感器
63
自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
15.11.2019
64
热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 出屋内是否有人，微 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 到节能的目的。
上 下 范 围 左右范围
空调中，热释电传感器的菲涅尔 透镜做成球形状，从而能感受到屋内 一定空间角范围里是否有人，以及人 是静止着还是走动着。
柔光罩下面为圆形光电池
26
光电池在动力方面的应用
太阳能赛车
太阳能 硅光电池板
15.11.2019
太阳能电风扇
27
光电池在动力方面的应用（续）
住宅太阳能供电
15.11.2019
28
光电池在动力方面的 应用（续）
15.11.2019

于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。
3. 信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、
处理和控制的有用电信号的电路。
类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电路、放大器、振 荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽 电路等。
4. 辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。
不重复性一般采用下式的极限误差式表示：
Ex
max10% 0 YFS
式中Δmax——输出最大不重复误差；
YFS ——满量程输出值。
不重复性误差一般属于随机误差性质，按极限误差公式计算不太合理。 不重复性误差可以通过校准测得。根据随机误差的性质，校准数据的离 散程度随校准次数不同而不同，其最大偏差值也不一样。因此，重复性精选PBiblioteka T课件83、传感器分类
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10
4、传感器的一般特性
一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描 述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。
从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型；
从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。
误差E z 可按下式计算：
Ez 2Y ~F3S10% 0 式中 为标准偏差，可用贝赛尔公式求得。
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18
迟滞(回差滞环)现象
迟滞特性能表明传感器在正向(输入量增大)行程 和反向(输入量减小)行程期间，辅出-输入特性曲线 不重合的程度。
对于同一大小的输入信号 x ，在 x 连续增大的行 程中，对应某一输出量为 yi ，在 x 连续减小过程中， 对应于输出量为 yd 之间的差值叫做滞环误差，这就 是所谓的迟滞现象。该误差用 E 表示为

06
实验与操作
实验一：传感器的特性实验
总结词
了解传感器的基本特性
详细描述
通过实验一，学生将了解传感器 的基本特性，包括线性度、灵敏 度、迟滞性、重复性等，以及这 些特性对传感器性能的影响。
实验二：传感器的标定实验
总结词
掌握传感器的标定方法
详细描述
实验二将介绍如何对传感器进行标定 ，以确保测量结果的准确性。学生将 学习标定原理、标定步骤以及如何处 理标定数据。
实验三：传感器的应用实验
总结词
了解传感器的实际应用
详细描述
通过实验三，学生将了解传感器在各种实际应用中的 使用，如压力、温度、湿度、位移等测量领域，以及 传感器在自动化生产线、机器人等领域的应用。
THANKS
感谢观看
交叉敏感问题
对于某些传感器，存在交叉敏感问题 ，即对非目标参数的敏感度过高，影 响测量精度。
抗干扰能力
传感器在复杂环境中应用时，需要提 高抗干扰能力，减小外部因素对传感 器性能的影响。
成本与性能平衡
在追求高性能的同时，需要降低传感 器成本，以满足大规模应用和普及的 的工作原理基于各种物理效应和化学反应，如热、光、磁、化学等，通过这 些效应和反应将输入的物理量转化为电信号。
传感器通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件负责感知输入的物理量，而转换 元件则将敏感元件输出的信号转换为可测量的电信号。
传感器的测量电路
传感器的测量电路是用来将传感 器输出的电信号进行放大的电路 ，它能够将微弱的电信号放大到
要点二
详细描述
传感器可以监测生产过程中的各种参数，如温度、压力、 流量、物位等，并将数据反馈给控制系统，实现精确控制 和自动化生产。这不仅可以提高生产效率，还可以减少人 工干预，降低出错率，提高产品质量。

其他
视觉
味觉
人体
嗅觉
机电一体化系统中，有些机器 设备也和人一样，需要感知诸 如光、颜色、温度、压力、声 音、湿度、气味等信息。
传感器
哈哈我知道了， 传感器就相当于 我的眼睛和耳朵
触觉
听觉
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15
新合
知作
二环 探 节究
建
构
概念
发展
传感器
优势
分类
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16
传感器的概念
通俗说法
传感器是一种仪 器，能检。测到光 线、温度、压力 、声音、气味等 环境的变化。
国家级重点 ******学校
机电一体化概论
第二章第二节 传感器
主讲：****
L/O/G/O
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1
教学项目：传感器
说课 步骤
1 说教材
2
说教法
3 说学法
4 说教学过程
5 说教学反思
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2
说 说 说程说思说 教 教学教教 材 法法学学
过反
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3
一、把握大纲，说教材
1.选教材
➢ 高等教育出版社余洵主编 ➢ 教育部规划教材中职机电专业 ➢《机电一体化概论》第1版 ➢ 第二章 机电一体化系统的组成 ➢ 第二节 传感器
复杂的定理和公式 平时少见案例
学习兴趣不浓学生
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33
• THE END!
欢迎各位专家批评指正！
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34
水烧开后，不会 自动断电，存在 安全隐患，费电
水烧开后，自 动断电，安全
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21
其
他
例
子
自动旋转门
风速传感器

（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备， 不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用 该电路由IC1 LM324的A与B组成双限比较
电路，它们的基准电压由RP1、R3、RP2设定，现 将IC1-A的反相输入端“2”脚设定为8V，IC1-B 的同相输入端“5”脚设定为5V左右（具体数值 可根据对光线的实际反应情况调定）。IC1的C与 D也是组成双向比较器，由RP3分压后为IC1-C的 同相输入端：“10“脚、IC1-D的反相输入端 “13”脚提供相同的分压电压。通常RP3调整时， 电压应比5V小，可取4V，此时的基准电压约为 4V。
工作任务3-5干簧管磁敏传感器电子课 件 中职 传感器技术及应用 （高教版）
之五 干簧管磁敏传感器
磁敏传感器是利用磁与电之间的关系， 其中包括磁阻效应，磁电效应和霍尔效应等等原 理造成的传感器。
磁阻效应是指磁场垂直通过沿长度方 向有电流通过的半导体时，在沿电流方向的半导 体电阻率发生改变的原理。应用这磁阻效应可以 制造出磁敏电阻传感器。
另外由光电三极管传感器VD1、R1组成光线检 测电路，VD1安装在室外窗台上。干簧管传感器 SA1、SA2分别安装在窗帘的开启和关闭完成后 的两端，电磁铁装在窗帘的滑线上。 三极管VT1、VT2和继电器JK1、JK2，电机M组成 窗帘控制电路。
电路工作过程 在光线正常时，光敏二极管VD1和电阻R1的
任务描述
磁敏传感器电路是由有磁敏器件、转换 电路和控制电路组成的。如下图所示。
任务条件
磁电传感器电路是以电传感器为核 心的测量、控制及应用电路，正确选择磁电 传感器是实现磁电测量和控制的关键。由于 磁电传感器已经把磁能转换为电能信息，所 以除了磁电传感器，驱动电路是必需的电路。 执行机构是终端，它可以采用不同的执行方 式模式，一般是磁、电、声、机械模式。磁 电传感器应用于有磁场有关的场合中。由于 磁电传感器种类很多，在应用时要视电路的 功能选择磁电传感器，这样才能适当地应用 磁电传感器。

传感器
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器：检测非电信号，并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件：对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路：对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
（1）热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控，火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 （1）水位传感器 （2）负载传感器 （3）水温传感器 （4）赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行：温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度，测流体流量
C、热敏电阻传感器（半导体） 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻：在某特定温度电阻聚聚变化
应用：测温度，温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压（电流）的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用： A、自动水龙头、自动旋转门：红外线传感器
（2）磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理：受热后，双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求：要求 值（温度系数）稳定不因为

5.2电容传感器的测量电路
5.2.3 双梯形二极管测量电路
当传感器没有输入时：
D2
B
R2
e
D1
A
R1
E
o
t1
t2
t
e
RL
C1
C2
E
T
(a)
(b)
C1＝C2 一个周期内流过 负载的平均电流为 0
R1
R2
R1
R2
当传感器有输入时：
E
C1
I1
RL
I2 C2
C1
I1
RL I2
C2 E
C1！＝C2
一个周期内流过负载的
初始电容：
C0

S
d
1-动极板 2-定极板
当动极板1移动向定极板2移动x，
其电容值CX为：
Cx

S
dx
这里电容量C与X不是线性关系
5.1电容传感器的工作原理
Cx

S
dx

S
d (1
x) d

S (1 x )
d
d
(1
x2 d2
)
当
x d
时，1 x2 1 则： d2
变极距型电容式传感器的非线性特性：


C ＝ d

1

C0
d0

1

d d0

C0

S
d0
S
Cd d0 d
C C0
＝ d d0

1

d d0



d d0
2