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时间:2019-04-29
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1、传感器及其应用审稿:李井军 责编:郭金娟目标认知学习目标 1.知道什么是传感器,常见的传感器有哪些。 2.了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3.了解传感器的应用模式,能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4.了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。学习难点 1.传感器的传感元件是如何将非电学量转化电学量的。 2.传感器的应用模式:如如何实现信号的放大、转换显示和执行等。(这些内容限于高中水平只要求了解,不要求理解或掌握)知识要点梳理知识点一:传感器及其原理 要点诠释:1.什么是传感器 (
2、1)传感器是这样一类元件 它能感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转化为电路的通或断。 (2)常见的传感元件有 ①干簧管、霍尔元件——磁传感元件 ②光敏电阻,光电管——光传感元件 ③热敏电阻、金属热电阻、热电偶等——温度传感器 ④话筒——声(或机械振动)传感器 ⑤电子秤——力传感器2.传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电学量,如电压值、电流值、电荷量等,这些输出信号是非常微弱的,
3、通常要经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作。知识点二:传感元件 要点诠释:1.光敏电阻 (1)构造:硫化镉涂在绝缘板上制成。 (2)特性:光敏电阻的阻值随着光照强度的增大而减小。能够将光强弱转化为电阻这一电学量。 (3)应用:测量光强度,路灯控制等。2.热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 ①构造:用半导体材料制成。 ②特性:热敏电阻的阻值随温度变化而发生显著的变化,其特性曲线是如图。能够将温度这一热学量转化为电阻这一电学量。 ③应用:用来测量温度及实现温度的自
4、动控制。 ④说明:通常情况下热敏电阻的阻值随温度的升高而减少,但也存在随温度升高而增大的热敏电阻。 (2)金属热电阻 ①材料:金属丝,常用的热电阻用铂做成。 ②特性:其电阻随着温度的升高而增大,它能够将温度这一热学量转化为电阻这一电学量,其电阻—温度特性曲线如图所示: ③应用:测量温度。3.霍尔元件 (1)构造 矩形半导体簿片上,固定4个电极构成霍尔元件。 (2)特性 将霍尔元件通电后,放入磁场中就会产生霍尔电压,也就是说,霍尔元件能够将磁场的强弱转化为电压。
5、 (3)原理 霍尔元件就是利用霍尔效应来设计的。一个矩形半导体薄片,在其前、后、左、右分别引出一个电极,如图所示: 沿PQ方向通入电流I,垂直于薄片加匀强磁场B,则在MN间会出现电势差U。 设薄片厚度为d,PQ方向长度为,MN方向为,薄片中的带电粒子受到磁场力发生偏转,使N侧电势高于M侧,造成半导体内部出现电场力平衡时,MN间电势差达到恒定。。 再根据电流的微观解释。 整理后得。 此式便给出了空间某处磁场强弱B和霍尔电压的关系。 或写成,其中称为霍尔系数。 (4)应
6、用:测定磁场的强弱,实现自动控制,应用很广泛。 说明:干簧管也是一个磁传感器,它只能定性地感知磁场,控制电路通断。知识点三:电容、电感传感器 要点诠释:1.电容传感器 (1)原理 电容器电容的大小与两极板的正对面积成正比、与两极板之间的距离成反比、与介质有关,即。只要改变S、d或中任何一个量,电容器的电容就会发生变化。 (2)应用 将位移、振动等力学量转化电容这一电学量,测定位移感知声强等。2.电感传感器 (1)原理 电感线圈的自感系数L的大小与有无铁芯、铁芯的闭合程度有关。例如图甲,铁芯2越是靠近铁芯3
7、,自感系数越大;图乙中铁芯2穿入线圈的长度越大,自感系数越大。 (2)应用 它能够将位移等力学量转化为自感系数L这一电学量,可以用来测量位移等。知识点四:传感器的应用 要点诠释:1.传感器应用的一般模式 2.传感器的应用 (1)应变式力传感器 ①组成:由金属梁和应变片组成。 ②工作原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面的电阻变小。F越大,弯
8、曲形变越大,应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上面应变片两端的电压变大,下面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。外力越大时,输出的电压差值也就越大。 (2)测定压力的电容式传感器 当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,从而引起电
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