高二物理选修3-2传感器及其应用(课件).ppt

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第五章第五章传感器传感器第五章第五章传感器传感器种类繁多的传感器指纹考勤机供应宝马温度温度传感器传感器离子感烟器离子感烟器明火探测器明火探测器温度传感器温度传感器光电传感器光电传感器湿度传感器湿度传感器机油压力传感器机油压力传感器超声波传感器超声波传感器风速传感器风速传感器色标传感器色标传感器全自动血压机全自动血压机自动旋转门自动旋转门电子秤电子秤电磁流量计电磁流量计电子测温计电子测温计电子测温计电子测温计一、什么是传感器一、什么是传感器?

传感器是指这样一些元件：

它传感器是指这样一些元件：

它能够感受诸如能够感受诸如位移、速度、压力、位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光，温度、湿度、流量、声强、光，化化学成分等学成分等非电学量非电学量，并能把它们按，并能把它们按照一定规律转换为电压、电流等照一定规律转换为电压、电流等电电学量学量的一种组件，起自动控制作用的一种组件，起自动控制作用。

非电学量电学量传传感感器器角度角度角度角度位移位移位移位移速度速度速度速度加速度加速度加速度加速度压力压力压力压力温度温度温度温度湿度湿度湿度湿度声强声强声强声强光照强度光照强度光照强度光照强度电压电压电压电压电流电流电流电流电阻电阻电阻电阻电容电容电容电容二、传感器的种类二、传感器的种类物理传感器、化学传感器、生物传感器物理传感器、化学传感器、生物传感器物理传感器物理传感器：

利用物质的物理性质和物理效应感知利用物质的物理性质和物理效应感知并检测对象信息的传感器。

并检测对象信息的传感器。

如电容传感器、电感传感器、光电传感器、如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等。

压电传感器等。

其接受的是压力、声波、其接受的是压力、声波、光等的物理信息。

光等的物理信息。

（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）（按感受信息的学科特点不同）化学传感器：

化学传感器：

是利用化学反应的原理，识是利用化学反应的原理，识别和检测信息，把别和检测信息，把化学物质的成分、浓化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。

度等转换为电信号的传感器。

如气敏传感器、湿敏传感器等，在环境保护火灾报如气敏传感器、湿敏传感器等，在环境保护火灾报警、医疗卫生和家用电器方面有广泛应用。

警、医疗卫生和家用电器方面有广泛应用。

生物传感器：

生物传感器：

是一种利用生物活性物质选择性的是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器识别和测定生物化学物质的传感器。

如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。

其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。

其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。

其感受器中含有如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。

其感受器中含有生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。

生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。

生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。

生命物质，代替嗅觉、味觉功能的传感器。

转换电路转换电路电电信信号号敏感元件敏感元件三、传感器的工作原理传感器：

传感器：

一般由一般由敏感元件、转换器件、转换电路敏感元件、转换器件、转换电路三三部分组成部分组成转换转换器件器件敏感敏感元件元件转换转换电路电路非电非电物理量物理量电学量电学量常见传感器及工作原理1、光敏电阻（光电传感器）利用烟雾对光的散利用烟雾对光的散射来工作的火灾报射来工作的火灾报警器警器光传感器的应用光传感器的应用火灾报警器火灾报警器（11）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

（22）光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小光敏电阻受到光照时电阻会变小。

硫化镉。

硫化镉。

硫化镉。

硫化镉（CdSCdS）是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变好。

能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变好。

能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变好。

能不好；光照增强，载流子增多，导电性能变好。

（33）光敏电阻将）光敏电阻将）光敏电阻将）光敏电阻将光学量光学量光学量光学量（光照强度）转化为（光照强度）转化为（光照强度）转化为（光照强度）转化为电学量电学量电学量电学量（电阻）。

（电阻）。

（电阻）。

（电阻）。

特性：

例例11、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中其中RR11为光敏电阻，为光敏电阻，RR22为定值电阻此光电计数为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（器的基本工作原理是（）AA当有光照射当有光照射RR11时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压BB当有光照射当有光照射RR11时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压CC信号处理系统每获得一次低电压就记数一次信号处理系统每获得一次低电压就记数一次DD信号处理系统每获得一次高电压就记数一次信号处理系统每获得一次高电压就记数一次ACAC2、热敏电阻热敏电阻能够把热敏电阻能够把_这个热学量转换成为这个热学量转换成为电阻这个电学量电阻这个电学量温度温度热敏电阻R-T关系示意图RTo热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数特性：

减小例2有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（）ABA.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻AC例例3：

如图是一火警报警的一部分电路示：

如图是一火警报警的一部分电路示意图。

其中意图。

其中R2为用半导体热敏材料制成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，的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。

当传感器之间接报警器。

当传感器R2所在处出现所在处出现火情时，显示器的电流火情时，显示器的电流I、报警器两端的、报警器两端的电压电压U的变化情况是（的变化情况是（）A.I变大，变大，U变大变大B.I变小，变小，U变小变小C.I变小，变小，U变大变大D.I变大，变大，U变小变小R1R2R3AabErB尝试体验尝试体验如图所示，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BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大返回返回ABC力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。

力为电学信号（电压、电流等）的仪器。

力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动防抱死制动系统等。

系统等。

3.力电传感器力电传感器电阻传感器测物体的质量电阻传感器测物体的质量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE力传感器的应用力传感器的应用电子秤电子秤金属梁金属梁U1U2例例*：

某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为kk）如图）如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为00；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压输出电压UU。

现有下列器材：

力电转换器、质量为现有下列器材：

力电转换器、质量为mm00的砝码、电压表、滑动变阻的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。

请完成对该物体的测量的受压面上）。

请完成对该物体的测量mm。

（11）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。

压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。

（22）简要说明测量步骤，求出比例系数）简要说明测量步骤，求出比例系数kk，并测出待测物体的质量，并测出待测物体的质量mm。

（33）请设想实验中可能会出现的一个问题。

）请设想实验中可能会出现的一个问题。

力电转换器力电转换器输出输出输入输入受压面受压面

（1）

（1）设计电路如图

（2）

（2）测量步骤与结果测量步骤与结果:

调节滑动变阻器调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为使转换器的输出电压为零零,将砝码放在转换器上将砝码放在转换器上,记下输出电压记下输出电压UU00,将待测物放在转换器将待测物放在转换器上上,记下输出电压记下输出电压UU由由UU00=km=km00g,g,得得k=Uk=U00/m/m00ggU=kmg,U=kmg,所以所以m=mm=m00U/UU/U00例题（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，例题（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中图中PP为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，OO是悬挂点，是悬挂点，RR00是保是保护电阻，护电阻，CDCD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终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保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在CC点接触，此时电路中点接触，此时电路中的电流为的电流为II，有风时细金属丝将偏转一角度，有风时细金属丝将偏转一角度（与风力大小有关）与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在，细金属丝与电阻丝在CC/点接触，已知风力方向水平向左，点接触，已知风力方向水平向左，OC=hOC=h，CD=LCD=L，球的质量为，球的质量为MM，电阻丝单位长度的电阻为，电阻丝单位长度的电阻为kk，电源内电阻和细，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为角时，电流表的示数为II，此时，此时风力大小为风力大小为FF，试写出：

，试写出：

风力大小风力大小F与与的关系式；的关系式；风力大小风力大小F与电流表示数与电流表示数I的关系式。

的关系式。

此装置所测定的最大风力是多少此装置所测定的最大风力是多少？

R0OPDBCA电源例题例题3：

（：

（2003上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，上海考题）演示位移传感器的工作原理如右图示，物体物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆p，通过电压，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小表显示的数据，来反映物体位移的大小x。

假设电压表是理想的，。

假设电压表是理想的，则下列说法正确的是则下列说法正确的是（）A物体物体M运动时，电源内的电流会发生变化运动时，电源内的电流会发生变化B物体物体M运动时，电压表的示数会发生变化运动时，电压表的示数会发生变化C物体物体M不动时，电路中没有电流不动时，电路中没有电流D物体物体M不动时，电压表没有示数不动时，电压表没有示数B电容式位移传感器电容式位移传感器电容式位移