传感器复习课

10、3传感器1、什么是传感器传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。非电学量→传感器→电学量角度位移速度压力温度湿度声强光照电磁场等传感器电压电流电阻电容电路的通断2、传感器应用的一般模式：3、常见传感器（1）干簧管：是一种能够感知磁场的传感器原理：当有磁场靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管能起开关作用。（2）光敏电阻是由半导体材料组成的，电阻率随光强度的增强而减小。将光强度（光信号）转换为电阻（电信号）。（3）热敏电阻和金属热电阻热敏电阻：由半导体材料组成的，温度越高电阻越小。金属热电阻：由金属材料组成的，温度越高电阻越大。A：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；B：金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。将温度信号转化为电信号特点：（4）、电容式传感器（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：定片动片θ电介质金属芯线导电液体待测压力F固定电极可动电极x极板极板电介质Θ越大S越小C越小h越大S越大C越大X越大ξ越大C越大力F增大，两板距离减小电容增大（5）．霍尔元件nqdIBUH一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。（1）.力电传感器的应用——电子秤4、传感器的应用A、传感器：应变片B、原理：在外力作用下，上面应变片拉伸，电阻变大，下面压缩，电阻变小，电流一定，上面电压变大，下面电压变小，外力越大，上下表面的电压差越大。由上下表面的电压差而体现外力大小力传感器是把力信号转换成电信号C、应用：体重计、高速路上车辆称重等。1、结构图2、工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，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）、光传感器的应用——火灾报警器•1、机械式鼠标器的组成•2、机械式鼠标器的工作原理光传感器的应用——鼠标器当鼠标器在桌面上移动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计X、Y两个方向的脉冲信号，处理后就在屏幕上的光标产生相应的位移C、什么是“居里点”？（3）、温度传感器的应用——电饭锅A、电饭锅中温度传感器的主要元件是什么？感温铁氧体B、感温铁氧体有何特点？常温下有磁性，能被永磁体吸引；当温度上升到103℃时失去磁性，不能被永磁体吸引。103℃D、原理：按下开关，永磁体和感温铁氧体吸引，触点接触开始加热，当温度达到“居里点”时感温铁体磁性消失，在弹簧作用下与永磁体分离，触点分离，停止加热。下次再用时再按下开关。电饭锅的几个问题:•(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开后这个按钮是否会恢复到原来状态?为什么?•上次饭煮好时感温磁体和永磁体在弹簧在作用下分离.触点分离,电热板电路断开.开始煮饭时按下开关按钮,感温磁体和永磁体接触,触点接触,电热板电路闭合,开始加热.(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?•在常压下水的沸点是1000C,所以锅内保持一定的温度•(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?•温度升高.当达到1030C时感温磁体失去磁性,在弹簧作用下与永磁体分离,触点分离,电热板电路断开,进入保温状态.•(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?•不能控制电路的通断.温度传感器的应用——电熨斗1、温度传感器是什么？双金属片2、原理：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．3、双金属片温度传感器的作用:4、如何调节温度？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．螺丝下降，触点难分离，控制温度升高。电饭锅和电慰斗的区别与相同点•(1)相同点:•都是用热敏元件实现电路的开关功能•(2)热敏元件不同电慰斗的热敏元件是双金属片电饭锅的热敏元件是感温铁氧体.(3)转换机理不同电慰斗:温度变化金属片弯曲变形电路通断电饭锅:温度达到居里点材料的铁磁性变化电路通断.M温度传感器的应用——冰箱温度控制器4、弹簧片1、测温泡2、细管3、弹性金属盒5、动触点6、静触点7、拉杆8、凸轮9、连杆思考与讨论：1、为什么温度较高时压缩机自动工作，达到设定低温后就自动停止工作？2、凸轮为什么可以改变设定的温度？•电冰箱内温度较高时,密封系统中的压强增大,盒体膨胀,膜盒3通过小柱体推动弹簧片4,使动触点5与静触点6接触,控制压缩机工作,而在达到定的温度时拉簧7带动簧片4将触点5.6断开,压缩机停止工作.•8转动会改变连杆9对弹簧7的拉力,该拉力与弹性膜盒3产生的推力共同控制弹簧4的运动.(8逆时针转7拉力变大,使触点5.6分离需要膜盒3的推力增大冰箱内设定的温度增高)用如图示的电磁继电器制成一个高温报警器，正常情况绿灯亮，有险情时，温度升高，热敏电阻的阻值减小，左侧电路中电流增大。横杆向下移动，电铃报警。2、原理：1、器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。温度传感器的应用——测温仪测温速度小于0.5s，分辨力达到0.l℃动圈式话筒的工作原理膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。电磁感应现象（4）、声音传感器的应用——动圈式话筒电容式话筒的工作原理利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．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．优点：保真度好。声音传感器的应用——电容式话筒驻极体话筒的工作原理驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。声音传感器的应用——驻极体话筒传感器的应用实验实验1、光控开关•一、斯密特触发器•1、什么是斯密特触发器？•是具有特殊功能的非门。•2、符号：3、斯密特触发器的特殊性能•原理：当加在它输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6V）时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V),Y会从低电平跳到高电平(3.4V).斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,这正是进行光控所需要的.4、模仿路灯光控实验•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51kΩ，R2为330kΩ，(1).试分析其工作原理．原理：•白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电压，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG电阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光，这样就达到了使路灯天明灭，天暗自动开启的目的。要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的值调大些还是调小些？为什么？•应该把R1的值调大些。•因为：要使斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值（1.6V），就需要光敏电阻RG电阻值达到更大，即天色更暗。用灯泡模仿路灯，为何要用继电器？•由于集成电路允许通过的电流较小，要用白织灯模仿路灯，就要使用继电器来启动供电电路。•思考：为什么要给线圈并联一个二极管？分析电磁继电器的工作原理•当天色暗到一定程度时，RG电阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，使线圈上电流增大，磁性增强，使D、E接触，高压工作电路工作（路灯亮）。实验2、温度报警器•电路图•1、试分析温度报警器的工作原理。•常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高是，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，蜂鸣器发声。实验2、温度报警器•2、怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？•应减小R1的阻值，R1的阻值越小，要使斯密特触发器输入端A达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。（6）传感器的应用-----加速度计原理：当滑动片P在滑动变阻器中央时P、Q等势，电压表指针指中央零点．这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定．当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则Q点电势高于P点，则指针应向零点左侧偏转．