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编者按:本章讲述传感器的相关知识,教材介
绍的传感器是工作原理、使用方法都比较简单的
常见传感器,主要学习目的是体会物理知识在技
术中的应用.
§1.1传感器
预习题纲
1.知道什么是传感器,并了解传感器的种类.
2.知道传感器的组成及应用模式,理解将非电学量
转化为电学量的物理意义.
3.理解常见传感器敏感元件的特性及应用.
课本预习
干簧管的结构很简单,它只是玻
璃管内封入两个软磁性材料制成的簧
片,接入图1电路,当磁体靠近干簧管
时:
(1)会发生什么现象,为什么?
(2)干簧管的作用是什么?
提示:(1)小灯泡会发光,因为两个簧片被磁化而
接通.
(2)干簧管起到了开关的作用.
1.神奇的传感器
(1)干簧管是一种能够感知 的传感器.
(2)楼道灯白天不亮,晚上有声音时亮,是因为楼
道的灯安装了 开关.
(3)一些宾馆安装了自动门,当有人走近时,门会
自动打开,是因为自动门安装了 传感器.
(4)交通警察在检查司机是否酒后开车时,用的是
“便携式酒精检测仪”,上面安装了 传感器.
(5)传感器的定义:能够感受诸如力、温度、光、声、
化学成分等被测量,并能够把它们按照一定的规律转换
为便于 和处理的如电压、电流等电学量,或转换
为电路的通断的装置.
(6)非电学量转换为电学量的意义:把非电学量转
换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制.
2.传感器的种类
(1)物理传感器:利用物质的物理特性或物理效应
制作而成的传感器,如力传感器、磁传感器、声传感器等.
(2)化学传感器:利用电化学反应原理,把无机或
有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器,
如离子传感器、气体传感器等.
(3)生物传感器:利用生物活性物质的选择性来识
别和测定生物化学物质的传感器.如酶传感器、微生物
传感器、细胞传感器等.
3.传感器的组成与应用模式
(1)传感器的基本组成部分
①敏感元件:能直接感受或响应外界被测非电学量
的部分.
②转换元件:能将敏感元件输出的信号直接转换成
电信号的部分.
(2)传感器应用的一般模式
§1.1常见传感器的工作原理及应用
预习题纲
1.光敏电阻
(1)特点:光照越强,电阻 .
(2)原因:光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材
料,无光照时,载流子极少,导电性能差;随着光照的增
强,载流子 ,导电性 .
(3)作用:把 这个光学量转换为
这个电学量.
2.金属热电阻
金属的电阻率随温度的升高
而增大,用金属丝可以制作温度传
感器,称为热电阻,如图1所示为
某金属导线电阻的温度特性曲线.
3.热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成,
其电阻值随温度的变化非常
,如图2所示为某一热敏电阻
的电阻值随温度变化的特性曲线.
4.电阻应变片
(1)定义:其电阻随着它所受
的变化而变化的力敏元件.
(2)分类:金属电阻应变片和半导体电阻应变片.
(3)力传感器:由 和电阻应变片组成,是
电子秤中所使用的测力器件.
(4)电容式传感器:通过测定电容器的电容来确定
极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中
某个物理量变化的传感器.
问题思考
智能机器人能够具有类似人
的感官功能,获取外界信息并灵活
做各种动作,其中传感器起了重要
作用.你知道智能机器人都用什么
传感器代替人的感官吗?
思考提示
提示:眼睛→光传感器 耳朵→声音传感器 鼻
子→气味传感器 舌头→味觉传感器 皮肤 → 压
力、温度、湿度传感器.
1.传感器的组成和工作流程
(1)传感器的组成:
①敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核
心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压
敏、力敏,湿敏等)制成的.
②转换元件:传感器中能将敏感元件输出且与被测物
理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.
③转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量
转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等.
(2)传感器的工作流程:
→非电学量
敏感
→
元件
转换
→
元件
转换
→
电路
电学量
2.传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量,如力、温度、位移、
浓度、速度、酸碱度等,而输出的通常是电学量,如电压、
电流、电荷量等.这些输出的信号是非常微弱的,通常需
要经过放大后,再传送给控制系统产生各种控制动作.
§利用传感器制作简单的自动控制装置
预习题纲
实验一 门窗防盗报警装置
(1)实验电路
(2)工作原理
闭合开关S,系统处于防盗状态,当门窗紧闭时,磁
体M使干簧管处于导通状态,继电器使开关 c与触点 a
接通,二极管 LED发光.当门窗开启时,磁体离开干簧
管,干簧管失磁断开,继电器被断电,使开关转换为 c