高中物理 第三章 傳感器 第一節(jié) 傳感器課件 粵教版選修32

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1、第三章 傳感器 1 傳感器 自動(dòng)門自動(dòng)門自動(dòng)門自動(dòng)門上端的上端的設(shè)備是設(shè)備是什么，什么，它的工它的工作原理作原理是怎樣是怎樣的呢？的呢？1.1.知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義。知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義。2.2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道常見(jiàn)傳感器的工作原理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道常見(jiàn)傳感器的工作原理。話筒話筒電容傳感器電容傳感器電子秤電子秤力傳感器力傳感器自動(dòng)調(diào)溫電熨斗自動(dòng)調(diào)溫電熨斗生活現(xiàn)象一：銀行中的感應(yīng)生活現(xiàn)象一：銀行中的感應(yīng)門門生活現(xiàn)象二：汽車自動(dòng)報(bào)生活現(xiàn)象二：汽車自動(dòng)報(bào)警器警器生活現(xiàn)象三：火災(zāi)報(bào)警器生活現(xiàn)象三：火災(zāi)報(bào)警器生活現(xiàn)象六：自動(dòng)干手器生活現(xiàn)象六：自動(dòng)干手器生活現(xiàn)象四：酒精測(cè)試儀生活現(xiàn)象四

2、：酒精測(cè)試儀生活現(xiàn)象五：小區(qū)樓道的路燈生活現(xiàn)象五：小區(qū)樓道的路燈人體對(duì)外界的感覺(jué)可分為哪幾種？分別由什么器官承擔(dān)？人體對(duì)外界的感覺(jué)可分為哪幾種？分別由什么器官承擔(dān)？ 人體感覺(jué)人體感覺(jué) 感覺(jué)器官感覺(jué)器官 視覺(jué)視覺(jué)眼睛眼睛聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)覺(jué)耳朵耳朵味覺(jué)味覺(jué)舌頭舌頭嗅覺(jué)嗅覺(jué)鼻子鼻子觸覺(jué)觸覺(jué)皮膚皮膚這些智能化的儀器是怎樣工作的呢？我們先討論這個(gè)問(wèn)題這些智能化的儀器是怎樣工作的呢？我們先討論這個(gè)問(wèn)題: :一、傳感器一、傳感器1.1.定義：通常是把被測(cè)的非電信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換定義：通常是把被測(cè)的非電信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信息的器件或裝置。成與之對(duì)應(yīng)的電信息的器件或裝置。2.2.傳感器的分類傳感

3、器的分類可分為：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器可分為：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器 一般來(lái)說(shuō)，用于完成視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)功能的傳感器一般來(lái)說(shuō)，用于完成視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)功能的傳感器因其接受的是光、聲波、壓力等物理信息而被稱之為物理因其接受的是光、聲波、壓力等物理信息而被稱之為物理傳感器傳感器 代替嗅覺(jué)味覺(jué)功能的傳感器，則稱之為化學(xué)傳感器或生代替嗅覺(jué)味覺(jué)功能的傳感器，則稱之為化學(xué)傳感器或生物傳感器物傳感器（按感受信息的學(xué)科特點(diǎn)不同）（按感受信息的學(xué)科特點(diǎn)不同）3.3.傳感器的工作原理傳感器的工作原理傳感器：非電學(xué)量傳感器：非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫

4、度溫度濕度濕度聲強(qiáng)聲強(qiáng)光照光照傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容4.4.傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu)敏感元件敏感元件非電信息非電信息處理電路處理電路電信息電信息各部分的作用：各部分的作用：敏感元件：如力敏元件、光敏元件、熱敏元件、敏感元件：如力敏元件、光敏元件、熱敏元件、磁敏元件等，它們能直接感受非電信息，并將這磁敏元件等，它們能直接感受非電信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量，形成電信號(hào)。些信息轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量，形成電信號(hào)。處理電路處理電路：把微小的信號(hào)進(jìn)行放大，并除去干擾信：把微小的信號(hào)進(jìn)行放大，并除去干擾信號(hào)，使敏感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于顯示、記號(hào)，使敏感元件輸出的電

5、信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量（如電壓、電流、頻率錄、處理和控制的電學(xué)量（如電壓、電流、頻率等），這類電路稱為處理電路。等），這類電路稱為處理電路。例如，自動(dòng)門前面就裝有光傳感器，它能把接收到例如，自動(dòng)門前面就裝有光傳感器，它能把接收到的光信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)量，經(jīng)處理電路放大的光信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電學(xué)量，經(jīng)處理電路放大后，去控制大門的開(kāi)啟與關(guān)閉。后，去控制大門的開(kāi)啟與關(guān)閉。二、敏感元件的原理二、敏感元件的原理溫度越高，電阻越小的熱敏電阻溫度越高，電阻越小的熱敏電阻熱信息熱信息電信息電信息1.1.熱敏電阻熱敏電阻（1 1）材料：半導(dǎo)體）材料：半導(dǎo)體RTo熱敏電阻熱敏電阻R-TR

6、-T關(guān)系示意圖關(guān)系示意圖（2 2）特性：）特性：熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_，具有負(fù)溫度系數(shù)，具有負(fù)溫度系數(shù)減小減小溫度傳感器溫度傳感器2.2.干簧管干簧管是一種能感知磁場(chǎng)的傳感器是一種能感知磁場(chǎng)的傳感器3.3.電容式位移傳感器電容式位移傳感器能把物體位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量能把物體位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量電容式傳感器電容式傳感器 力信息力信息電信息電信息定片定片動(dòng)片動(dòng)片（1）測(cè)定角度）測(cè)定角度SC=4kd改變改變S S電介質(zhì)金屬芯導(dǎo)電液體（2 2）測(cè)定液面高度）測(cè)定液面高度h h改變正對(duì)面積改變正對(duì)面積S S力敏傳感器力敏傳感器 接受

7、接受 信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)接受接受_信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)位移傳感器位移傳感器光敏傳感器光敏傳感器 接受接受 信息，并轉(zhuǎn)換為信息，并轉(zhuǎn)換為 。接受接受 信息，并轉(zhuǎn)換為信息，并轉(zhuǎn)換為 。聲敏傳感器聲敏傳感器力力位置位置電信號(hào)電信號(hào)光光電信號(hào)電信號(hào)聲聲問(wèn)題回顧：?jiǎn)栴}回顧：例例1.1.如圖是一火災(zāi)報(bào)警器的一部分電路示意圖。其如圖是一火災(zāi)報(bào)警器的一部分電路示意圖。其中中R R2 2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，值班室的顯示器，a a、b b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R R2 2所在

8、處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I I、報(bào)警器兩端、報(bào)警器兩端的電壓的電壓U U的變化情況是（的變化情況是（ ）A.IA.I變大，變大，U U變大變大 B.IB.I變小，變小，U U變小變小 C.IC.I變小，變小，U U變大變大 D.ID.I變大變大, U, U變小變小 B BR R1 1R R2 2R R3 3A Aa ab bE Er r例例2.2.傳感器是一種采集信號(hào)的傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F F作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起電容

9、的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（合電路，那么（ ）A A當(dāng)當(dāng)F F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B B當(dāng)當(dāng)F F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C C若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F F發(fā)生變化發(fā)生變化D D若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F F不發(fā)生變化不發(fā)生變化 待測(cè)壓力待測(cè)壓力F固定電極固定電極膜片電極膜片電極BCBC1.1.定義：傳感器通常是把被測(cè)的非電信息，按照一定義：傳感器通常是把被測(cè)的非電信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信

10、息的器件或裝置。定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信息的器件或裝置。2.2.敏感元件原理敏感元件原理傳感器：非電學(xué)量傳感器：非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 傳感器的分類：傳感器的分類：可分為：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器可分為：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器各部分的作用：各部分的作用：敏感元件敏感元件：如力敏元件、光敏元件、熱敏元件、：如力敏元件、光敏元件、熱敏元件、磁敏元件等，它們能直接感受非電信息，并將這磁敏元件等，它們能直接感受非電信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量，形成電信號(hào)。些信息轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量，形成電信號(hào)。處理電路處理電路：把微小的信號(hào)進(jìn)行放大，并除去干擾信：把微

11、小的信號(hào)進(jìn)行放大，并除去干擾信號(hào)，使敏感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于顯示、記號(hào)，使敏感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量（如電壓、電流、頻率錄、處理和控制的電學(xué)量（如電壓、電流、頻率等），這類電路稱為處理電路。等），這類電路稱為處理電路。1.1.唱卡拉唱卡拉OKOK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。下列說(shuō)法

12、正確的是振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。下列說(shuō)法正確的是 ( )( )A.A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B.B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C.C.膜片振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬線圈的磁通量不變膜片振動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬線圈的磁通量不變D.D.膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B B金屬板金屬板金屬層金屬層振動(dòng)膜振動(dòng)膜外電路外電路2.2.如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后的傳感器，話筒的振動(dòng)膜

13、前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U U，人對(duì)著，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路 中的其他量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，中的其他量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩板間的（其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩板間的（ ）A.A.距離變化距離變化B.B.正對(duì)面積變化正對(duì)面積變化C.C

14、.介質(zhì)變化介質(zhì)變化 D.D.電壓變化電壓變化A A3.3.如圖所示是一種熱敏電阻如圖所示是一種熱敏電阻(PTC(PTC元件元件) )的電阻的電阻R R隨溫度隨溫度t t變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能常變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能常見(jiàn)的電熱滅蚊器中就使用這種元件來(lái)加溫并控制溫度如見(jiàn)的電熱滅蚊器中就使用這種元件來(lái)加溫并控制溫度如果將該元件接到果將該元件接到220V220V恒定電壓下，則（恒定電壓下，則（ ）A A通電后，其電功率先增大后減小通電后，其電功率先增大后減小B B通電后，其電功率先減小后增大通電后，其電功率先減小后增大C C當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，溫度保持在溫度保持在t t1 1不變不變D D當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，溫度保持在溫度保持在t t1 1 到到t t2 2之間的某一值不變之間的某一值不變t/Rt2t1ADADO O最困難的時(shí)候，也往往是我們離成功不遠(yuǎn)的時(shí)候。