幻灯片 110.3 传感器的原理及应用zxxk
高三总复习 选修3-2
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幻灯片 2 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如位移、速度、力、磁感应强度、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、电阻、电容等 电学 量，或转换为电路的 通断 的元器件
一、传感器的概念
把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了．
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幻灯片 3 光敏电阻能够把光照强弱这个 非电学 量转换为 电阻 这个电学量． Zx````xk
二、常用传感器元器件工作原理
1．光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子 少 ，导电性能 差 ；随着光照的增强，载流子 增多 ，导电性变 好
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，（ ）
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
ABC
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幻灯片 4<1>金属热电阻：
规律：电阻随温度的升高而增大。
<2>热敏电阻（半导体）：
规律：电阻随温度的升高而减小。
与热敏电阻相比，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度不高
2、热敏电阻
金属的电阻率随温度的升高而 增大 ，用金属丝可以制作 温度 传感器，称为 热电阻
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
1.金属导线；
2.热敏电阻
电阻——温度特性图线
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幻灯片 8例2：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（ ） z```xxk
A. I 变大，U 变大 B. I 变小，U 变小
C. I 变小，U 变大 D. I 变大，U 变小
B
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幻灯片 9霍尔电压
一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。 Z````xxk
磁感应强度
→
电压
FB=FE
d
L
3、霍尔元件
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幻灯片 10力———电阻变化 ———电压
4、力电传感器的应用——电子秤原理分析：
应变片是一种敏感元件，现多由半导体元件制成。自由端施力F，上表面拉伸，电阻变大，两端电压大。下表面压缩，电阻变小，两端电压变小。力F越大，输出电压差越大。
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幻灯片 11例3：关于电子秤中应变式力传感器的说法:正确的是
A.应变片是由多用半导体材料制成
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大，输出的电压差值也越大
（ A B D ）
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幻灯片 12 普通干簧管有两个簧片，是用有弹性的 软磁性 材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点．管中充入惰性气体来防止触点被氧化．
干簧管将磁场的变化转换成电路的 通断
5．干簧管
当磁体靠近(按一定方位)干簧管时，两个簧片被磁化而接通
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幻灯片 13 双金属片巧妙地利用了不同金属热膨胀的差异．把膨胀系数不同的两种金属片黏合在一起，常温下是直的，当加热时，由于两种金属的膨胀程度不同，双金属片就会向膨胀程度 小 的金属片那一侧弯曲．
6．双金属片：
铜的膨胀系数大于铁
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幻灯片 146、双金属片温度传感器的作用：控制电路的通断.
温度传感器的应用——电熨斗
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幻灯片 15
常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
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幻灯片 16熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
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幻灯片 177．感温铁氧体
(1)感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.
(2)常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引。温度达到约103℃时，失去铁磁性，不能被磁体吸引。
(3)使感温铁氧体失去铁磁性的温度，也叫居里温度.
电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，烧水水开后不能能自动断开
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幻灯片 18工作原理:
(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,由于锅内保持1000C不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热.故锅内大致保持1000C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1030C”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1000C不变,温度低于“居里点1030C” ,电饭锅不能自动断电.只有水烧干后,温度升高到1030C才能自动断电.
7．感温铁氧体
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幻灯片 19（1）测定角度θ：
（2）测定液面高度h：
（3）测定压力F：
（4）测定位移x：
定片
待测压力F
固定电极
可动电极
极板
极板
电介质
8、电容式传感器
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幻灯片 20例4．传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（ ）
A．当F向上压膜片电极时，电容将减小
B．当F向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流计有示数，则压力F发生变化
D．若电流计有示数，则压力F不发生变化
BC
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幻灯片 21话筒是将声信号转换为电信号的声传感器
当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫音圈)随着一起振动．
9．声传感器的应用——动圈式话筒与电容式话筒
工作原理
音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大声音．
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幻灯片 22 当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．
9．声传感器的应用——电容式话筒
工作原理
Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源通电．
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幻灯片 2310、光传感器的应用-----烟雾散射式火灾报警器
（1）光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器
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．
（2）工作原理
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幻灯片 24 如图，是用发光二极管(LED)模仿路灯的光控电路，Rg为光敏电阻，R1是变阻器，斯密特触发器是具有特殊功能的非门．
11．传感器应用电路设计——光控开关电路
天色较亮时，光敏电阻Rg的阻值较小，输入端A电平较低，输出端Y电平较高，路灯不亮；当天色较暗时，光敏电阻Rg的阻值较大，输入端A电平较高，输出端Y电平较低，路灯发光．
若想要天色更暗时路灯才会点亮，可以将可变电阻R1阻值调大一些．
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幻灯片 25光控开关电路控制电磁继电器的工作原理
当线圈 A中通过较大电流时，铁芯中产生较大磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流较小时，电磁铁磁性较小，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路．
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幻灯片 26控制电路的工作原理
天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有较大电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．
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幻灯片 2712.温度报警器工作原理
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；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．
减小R1的阻值可使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警
原因：R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高
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幻灯片 28逻辑电路
真值表
与门 或门 非门
符号
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幻灯片 29例4：如图所示，图(甲)为热敏电阻的R－t图象，图为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱电路，继电器线圈的电阻为150Ω.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池电动势E＝6V，内阻可以不计．图中“电源”是恒温箱加热器的电源．(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？(2)如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R′的阻值应调节为多少？
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幻灯片 30 解析：由(甲)图线知，热敏电阻R的阻值随温度升高而减小，因而电磁继电器电路中的电流增大，当电流增大到20mA时，衔铁被吸下，触点与A分离而与C接触，此时应该断开加热电路，所以加热器应接在A、B之间．
(1)应将加热器接在A、B端．
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幻灯片 315、如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I， 有风时细金属丝将偏转一角度θ(θ与风力大小有关)，细金属丝与电阻丝在B点接触，已知风力方向水平向左，OC＝h，CD＝L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I′，此时风力大小为F，试写出：(1)风力大小F与θ的关系式；(2)风力大小F与电流表示数I′的关系式．(3)此装置所测定的最大风力是多少？
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幻灯片 32----
幻灯片 33例6：用电流传感器可以清楚地演示一些电学元件对电路中电流的影响，如图所示，在AB间分别接入电容器、电感线圈、定值电阻．闭合开关时，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图a、b、c所示，则下列判断中正确的是( )
A．AB间接入定值电阻显示图像a
B．AB间接入电容器显示图像b
C．AB间接入电感线圈显示图像c
D．AB间接入电感线圈显示图像b
D
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