《傳感器的應(yīng)用》PPT課件.ppt

傳感器的應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo),了解傳感器應(yīng)用的一般模式,感受傳感技術(shù)給人類生活帶來(lái)的便利，拓展學(xué)生的設(shè)計(jì)思路,了解光敏元件的工作特性，及其在火災(zāi)報(bào)警器中的應(yīng)用,了解溫度傳感器在電熨斗、電飯鍋上的應(yīng)用,了解力傳感器在電子秤上的應(yīng)用,教學(xué)重點(diǎn),教學(xué)難點(diǎn),各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu),各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu),前情回顧,什么是傳感器？,傳感器的作用是什么？,傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷,傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制,傳感器輸出的電信號(hào)相當(dāng)微弱，難以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作,因此要把這個(gè)電信號(hào)放大,輸出的信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，為了抵御外界干擾，必須先將信號(hào)轉(zhuǎn)換為其他的電信號(hào),傳感器應(yīng)用的一般模式,傳感器,放大 轉(zhuǎn)換,電路,執(zhí)行機(jī)構(gòu),顯示器 （指針式電表） （數(shù)字屏）,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在超市里，當(dāng)我們購(gòu)買(mǎi)水果時(shí)，售貨員把水果放到表面平整的電子秤上，電子秤即可顯示所購(gòu)水果的質(zhì)量及應(yīng)付的錢(qián)數(shù)，這是為什么？,我們站在表面平整的體重計(jì)上，體重計(jì)即可顯示體重，這是為什么？,體重計(jì),貨車(chē)開(kāi)停在地磅上，顯示屏即可顯示貨車(chē)是否超重，這是為什么？,進(jìn)一步理解傳感器的概念,理解電容式位移傳感器,理解地磅的工作原理,理解加速度計(jì)的原理,位移和壓力傳感器,力傳感器的應(yīng)用電子秤,電子秤使用的測(cè)力裝置：力傳感器,常見(jiàn)的一種力傳感器：,應(yīng)變式力傳感器,應(yīng)變片,金屬梁,應(yīng)變片是一種敏感元件，多用半導(dǎo)體材料制成,力傳感器的應(yīng)用電子秤,力傳感器的工作原理：,兩個(gè)應(yīng)變片的形變引起電阻變化，致使兩個(gè)應(yīng)變片的電壓差變化，力F越大，電壓差就越大。,形變,電壓,金屬架,固定,力電傳感器： 主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。,力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等,力傳感器,其他的力傳感器電子秤,下面是測(cè)物體質(zhì)量的另外一種方法，你能簡(jiǎn)述它的原理嗎？,形變,電壓,某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著：R為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置實(shí)際上是一個(gè)加速度傳感器。 兩個(gè)電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)調(diào)在中央，當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí)，指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。,問(wèn)題與練習(xí),你認(rèn)為他的設(shè)計(jì)在原理上可行嗎？將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí)，電壓表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？,1、滑動(dòng)片4指在變阻器正中央時(shí)，P、Q等勢(shì)，電壓表指在中央零刻度；,2、如圖滑動(dòng)片4向左端滑動(dòng)，左端電阻小，電流流過(guò)時(shí)電勢(shì)降落小，故Q點(diǎn)電勢(shì)高于P，電壓表指針向零點(diǎn)左側(cè)偏；且加速度越大，偏轉(zhuǎn)越大。,問(wèn)題與練習(xí),電熨斗在達(dá)到設(shè)定的溫度后就不再升溫，當(dāng)溫度降低時(shí)又會(huì)繼續(xù)加熱，使它總與設(shè)定的溫度相差不多。電熨斗能進(jìn)行這樣的控制，靠的是什么呢？,了解雙金屬片溫度傳感器,了解感溫鐵氧體溫度傳感器,電熨斗和電飯鍋的溫度傳感器,演示實(shí)驗(yàn),溫度傳感器的應(yīng)用,日光燈啟動(dòng)器中的雙金屬片,火焰靠近gif,火焰遠(yuǎn)離gif,火焰靠近時(shí)，雙金屬片的形狀發(fā)生變化，與金屬絲接觸,火焰遠(yuǎn)離時(shí)，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離,雙金屬片溫度傳感器的原理是什么，其作用是什么？,雙金屬片溫度傳感器,原理:熱脹冷縮,常溫下兩觸點(diǎn)分離。 溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。,作用：控制電路的通斷,電燙斗的構(gòu)造：,溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗,上層金屬片的熱膨脹系數(shù)大于下層的金屬片,常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？,常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的,溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗,溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱,溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用,溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗,熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？,熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的。,如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R-t圖象，圖乙為用熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路，繼電器線圈的電阻為150。當(dāng)線圈中的電池大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E=6V，內(nèi)阻可以不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。 （1）應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端還是C、D端？ （2）如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100C，可變電阻R的值應(yīng)調(diào)節(jié)為多少？,問(wèn)題與練習(xí),（1）加熱器應(yīng)接在A、B端，析：溫度超過(guò)后，R電阻減小，線圈電流增大，銜鐵被吸合，與C、D接通，A、B斷開(kāi)，加熱器停止加熱。,（2）可變電阻為100,問(wèn)題與練習(xí),電飯鍋中也應(yīng)用了溫度傳感器,電飯鍋中的溫度傳感器： 主要元件是感溫鐵氧體,溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋,電飯鍋的結(jié)構(gòu)：,溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋,電飯鍋的工作原理：,溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋,1、開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，利用感磁體常溫下的鐵磁性，可使永磁體與感溫磁體將相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，即觸點(diǎn)連通。,2、水沸騰后，鍋內(nèi)保持100不變，故感溫磁體,3、飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱。當(dāng)溫度降低后，再次感溫磁體與永磁體相吸，繼續(xù)加熱,仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，鍋內(nèi)大致保持100不變,生活中能用電飯鍋燒開(kāi)水嗎？,電飯鍋原理的反思,如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100 C不變，溫度低于“居里點(diǎn)103 C”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電，只有水燒干后，溫度升高到大約103C時(shí)才能自動(dòng)斷電。,許多會(huì)議室和賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報(bào)警器,火災(zāi)報(bào)警器是如何工作的呢？,了解鼠標(biāo)定位原理,了解火災(zāi)報(bào)警器原理,光傳感器的應(yīng)用,天花板上的火災(zāi)報(bào)警器： 一般是利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的,光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器,帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管(特性：強(qiáng)光下電阻將變小)和不透明的擋板。平時(shí)，因擋板的作用，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，電阻較大；當(dāng)有煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，由于煙霧對(duì)光的散射，使部分光線照射到光電三極管上，導(dǎo)致其電阻變小。與之相連的電路檢測(cè)到這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。,結(jié)構(gòu)和原理,光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器,機(jī)械鼠標(biāo)器的構(gòu)造,光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器,滾球、滾軸與碼盤(pán)、紅外發(fā)射管與紅外接收管,機(jī)械鼠標(biāo)器的工作原理,當(dāng)鼠標(biāo)在桌面上滾動(dòng)時(shí)，滾球的運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)x、y兩個(gè)方向的脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移,斷續(xù)的光脈沖轉(zhuǎn)換成電壓脈沖,光傳感器的應(yīng)用鼠標(biāo)器,光電傳感器： 光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管,光敏電阻利用阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的。如自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理,光傳感器,問(wèn)題與練習(xí),許多樓道燈具有這樣的功能：天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音它就開(kāi)啟；而在白天，即使有聲音它也沒(méi)有反應(yīng)。 （1）它的控制電路中接入了哪幾種傳感器？ （2）從這幾種傳感器來(lái)的信號(hào)，通過(guò)一個(gè)門(mén)電路后，進(jìn)入執(zhí)行電路。應(yīng)該使用哪種門(mén)電路？,（1）同時(shí)使用兩種傳感器：聲傳感器(微型駐極體話筒)和光傳感器(光敏電阻),（2）采用的邏輯電路是與門(mén),問(wèn)題與練習(xí),當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器，它有以下兩種。 （1）一種是“線性”的。它將霍爾元件和放大器集成在一個(gè)芯片內(nèi)，其輸出的電壓與感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比地連續(xù)變化。請(qǐng)你提出一種方案，利用它來(lái)測(cè)量電流的大小。 （2）另一種是“開(kāi)關(guān)型”的，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)它才會(huì)輸出高電平，而在磁場(chǎng)弱到一定程度時(shí)輸出低電平（或者相反），也就是說(shuō)，它只能在高、低電平之間躍變。請(qǐng)你提出一種方案，利用它來(lái)測(cè)量物體的轉(zhuǎn)速。,問(wèn)題與練習(xí),（1）設(shè)計(jì)方案如圖所示。在C形軟鐵芯1上繞制線圈2，霍爾傳感器3置入鐵芯的間隙中，并與數(shù)字毫伏表4相連。線圈2中通入的待測(cè)電流I越強(qiáng)，鐵芯間隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越大，則傳感器輸出的電壓也越大。,（2）設(shè)計(jì)方案如圖所示。轉(zhuǎn)動(dòng)物體1的邊緣上嵌入一個(gè)永磁體2，霍爾傳感器3固定在近旁，并與計(jì)數(shù)電路和顯示屏4相連。物體每轉(zhuǎn)動(dòng)1周，傳感器就輸出1個(gè)電壓脈沖，計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字就增加1.配合秒表測(cè)出物體在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的周數(shù)n，就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)速,總結(jié)傳感器的應(yīng)用,力傳感器的應(yīng)用_,力傳感器是把_轉(zhuǎn)換成_,溫度傳感器的應(yīng)用_,光傳感器的應(yīng)用_,溫度傳感器常用做_,這種火災(zāi)報(bào)警器是利用_來(lái)工作,電子秤,力信號(hào),電熨斗，電飯鍋,自動(dòng)控制開(kāi)關(guān),火災(zāi)報(bào)警器,煙霧對(duì)光的散射,電信號(hào),話筒是一種常用的聲傳感器,理解動(dòng)圈式話筒的原理,理解電容式話筒的原理,理解電容式觸摸屏的原理,聲音傳感器和觸摸屏,動(dòng)圈式話筒：,工作原理:電磁感應(yīng),膜片在聲波下振動(dòng)，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生隨聲波變化的感應(yīng)電流,聲傳感器的應(yīng)用話筒,永久磁鐵,金屬膜片,音圈,電容式話筒：,聲傳感器的應(yīng)用話筒,原理:Q是絕緣支架,薄金屬膜M 和固定電極N 形成一個(gè)電容器,被直流電源充電。當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流,于是電阻兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓。,優(yōu)點(diǎn)：保真度好,絕緣支架,固定電極,薄金屬膜,【分析】,【解答】,【點(diǎn)評(píng)】,練習(xí),【分析】,【解答】,【點(diǎn)評(píng)】,例題,【分析】,【解答】,【點(diǎn)評(píng)】,例題,【分析】,【解答】,【點(diǎn)評(píng)】,例題,