1、第2节常见传感器的工作原理第3节大显身手的传感器学 习 目 标知 识 脉 络1.认识光敏电阻和热敏电阻这两种敏感元件，知道其特性(重点)2.理解光电传感器和温度传感器的工作原理(难点)3.了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利4.了解传感器的设计思路常 见 传 感 器 的 工 作 原 理先填空1光传感器和温度传感器光传感器温度传感器定义一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电信号的器件或装置一种将温度变化转换成电学量变化的装置作用将光信号转换成电信号将温度变化转换成电学量变化常见敏感元件光敏电阻、光敏晶体管、光电池等热敏电阻、热电偶等构造光敏电阻由金属硫化物等半导体材
2、料制成热敏电阻由半导体材料制成特性照射光强，则电阻小，照射光弱，则电阻大，其倍数可达1001_000倍灵敏度极高，响应非常快NTC热敏电阻(负温度系数)其阻值随温度升高而减小，PTC热敏电阻(正温度系数)其阻值随温度升高而增大2.干簧管继电器(1)干簧管的工作原理干簧管可以感受外界磁场，当干簧管的两个铁质簧片处有磁场时，两簧片被磁化，在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态，磁场减弱时两簧片分开(2)干簧管继电器构造：由干簧管和绕在管外的线圈组成作用：在电路中，可以根据流经线圈的电流大小控制电路的通断如图521所示电路符号图5213电容式传感器电容式传感器以各种类型的电容器为传感元件，它将被测
3、量的非电学量的变化，转化成电容量的变化根据改变电容的方式不同，电容式传感器可分为变间隙式、变极板面积式和变介电常数式三种再判断1热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏()2半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化()3光照越强，光敏电阻的阻值越小()后思考光敏传感器的敏感元件一定是光敏电阻吗？【提示】不一定，凡是在光照条件下电学特性随之改变的都可用作光敏传感器的敏感元件合作探讨许多办公场所楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应探讨1：请分析满足上述条件的控制电路中有哪些传感器？是物理传感器还是化学传感器？【提示】接入了两种传感器：光传感器(
4、光敏电阻)；声传感器(通常用微型驻极体话筒)以上两种传感器均为物理传感器探讨2：光敏电阻一般由什么材料组成？和电学中的一般电阻一样吗？【提示】光敏电阻一般由半导体材料做成，而电学中常见电阻一般由金属材料制成核心点击1光敏电阻的特性当光敏电阻受到光照射时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性明显地增强，电阻减小2热敏电阻的两种类型热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化，常见的有两种类型，图中甲为PTC型，乙为NTC型PTC型为正温度系数热敏电阻，NTC型为负温度系数热敏电阻图5223热敏电阻的应用(1)电熨斗电熨斗的构造：如图523所示图523电熨斗的自动控温原理其
5、内部装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断常温下，上、下触点是接触的，当温度过高时，由于双金属片的热膨胀系数不同，上部金属膨胀系数大，下部金属膨胀系数小，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，重新接通加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用(2)电冰箱电冰箱中的自动控制系统要获取的信息都要通过传感器转化为容易传输和处理的电信号电子温控的核心之一是冷藏室传感器和冷冻室传感器它们是一种负温度系数的热敏电阻当温度升高时，其阻值减小；当温度降低时，其阻值增加1如图524所示，R1、R2为定值电阻，L为电阻丝，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，下列
6、选项中不正确的是()A电压表的示数增大BR2中电流减小C电阻丝的功率增大D电路的路端电压增大图524【解析】当光照强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，干路电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大；则R2两端电压必减小，则R2中电流减小；结合干路电流增大知流过电阻丝的电流必增大，则电阻丝的功率增大，故本题选项为D.【答案】D2温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的，如图525甲所示，电源的电动势E9 V，内阻不计，G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，
7、其电阻阻值与温度的关系如图乙所示闭合S，当R的温度等于20 时，电流表示数I12 mA；当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是多少？ 【导学号：05002129】图525【解析】由乙图知，t20 时，R4 k根据闭合电路欧姆定律I得2103.求得Rg500 .又因I2即3.6103故R2 k.由乙图知t120 .【答案】120 光电传感器电路的分析方法对含光电传感器的电路一般按以下思路分析：(1)判断电路的整体连接特点(2)由光敏电阻的变化判断出整个电路总电阻的变化(3)根据闭合电路欧姆定律判断干路中电流的变化(4)根据电路串并联特点和欧姆定律判断出各部分电路电压和电流的变化，进而
8、得出电压表、电流表示数的变化和各部分功率的变化大 显 身 手 的 传 感 器先填空1洗衣机的水位控制装置全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时，凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源2自动门(1)控制自动门开关的是一种红外线传感器(2)自动门工作流程 3指纹识别器指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，由于指纹的凹凸导致不同位置的电容差异4传感器与机器人(1)机器人传感器的分类机器人传感器分为外部传感器和内部传感器(2)传感器用途外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机
9、器人的刺激使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉，从而使机械人具有拟人化的特点内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态再判断1洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器()2自动门利用了红外线传感器()3指纹识别器是利用压力传感器()后思考压力传感器在洗衣机中实现了怎样的信号转化？其作用是什么？【提示】传感器的膜盒中的膜片受力大小不同，膜片凸起情况不同，当压力达到一定程度时凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路压力传感器将压力这个力学信号转化成电路的通断，相当于电路中的开关合作探讨在机场的出入口等公共场所快速准确地筛查体温偏高的
10、人员，应用普通的体温计不可能完成，现在用非接触式测温仪可以很好地完成检测探讨1：这种测温仪利用了什么传感器？【提示】红外线传感器由于物体的温度不同，发射红外线的情况不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温探讨2：这种测温仪的优点是什么？【提示】有两大优点：(1)非接触式红外测温仪在测温时不必与被测物体表面接触(2)可立即显示体温值核心点击1洗衣机水位控制装置压力传感器工作原理图及结构：图526(1)结构：1是洗衣机的外筒，2是洗衣机的内筒，3是气室，4是传感器的膜盒(2)工作原理：如图526(a)所示，气室下部与外筒连通，上部与软管、传感器的膜盒连通当向桶内注水后，有一部分水进入气室，气
11、室内被密封的空气压强增大，使传感器的膜盒中的膜片受力向上凸起，如图(b)所示，当筒中水位达到设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，洗衣机开始工作2自动门红外线传感器(1)工作原理当有人接近自动门时，人体发出的红外线被传感器接收到，就会产生电压输出信号，信号经过电路处理后，使定时器工作，由定时器构成的电路使继电器通电，自动门电动机转动，门自动打开；当人通过自动门几秒后，定时器又使继电器断电，自动门电动机反转，门自动关闭(2)工作流程图3指纹识别器电容传感器工作原理：指纹识别器是通过电容器来识别指纹的传感器表面集
12、合了很多个电容器的极板，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在绝缘表面上时，手指的皮肤就成了电容器的另一个极板，由于指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，使电容阵列不同位置的电容器的电容值也不同通过读取这些电容的差异，就能够获取指纹信息这样就把指纹的信息转化成了电信号，再经过电路对电信号的比较，就可以实现对指纹的识别4机器人与传感器(1)机器人：定义：是一种拟人化的电子机械装置，具有一定的运动、感觉和判断功能组成：机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统(2)传感器系统作用：机器人的感觉器官分类：外部传感器和内部传感器3电子秤使用的传感器是()A超声波传感器B温度传感器C压力传感器 D红外线传感
13、器【解析】电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确【答案】C4在发生地震及泥石流灾害时，救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了()A红外线传感器 B压力传感器C振动传感器 D电容传感器【解析】伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，因伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，A正确【答案】A5传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件如图527所示为一种电容传感器，电路可将声音
14、信号转化为电信号电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中() 【导学号：05002130】图527Aa、b板之间的电场强度不变Ba、b板所带的电荷量不变C电路中始终有方向不变的电流D向右位移最大时，电容器的电容最大【解析】a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由E知场强变化，A错误由C知d变化时C变化，a向右位移最大时，电容最大，D正确由QCU知a、b所带电荷量变化，电路中电流方向改变，B、C错误【答案】D压力传感器1常见压力传感器的敏感元件是金属应变片和半导体力敏电阻2半导体力敏电阻的阻值随压力的增大而减小，常将力敏电阻与电流计串联起来，压力变化，力敏电阻变化，电流变化，把力学量转换成电学量
