传感器及其应用new.docVIP

传感器及其应用 目标认知学习目标学习难点知识要点梳理知识点一：传感器及其原理　　（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，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　　（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。　　（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　　（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，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　　　　　　　　　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，从而引起电容的变化，如果将电容器与灵敏电流计、电源串联组成闭合电路。当F向上压膜片电极时，电容器的电容将变大。电流计有变化时，则压力F发生了变化。　　　　　　　　　　　　　　　　（3）声传感器的应用——话筒　　①话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号。　　②电容式话筒的工作原理如图所示。Q是绝缘支架、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