传感器及其工作原理
传感器及其工作原理
传感器及其工作原理传感器是一种可以感知和测量环境中物理量的装置。
它通过获取并转化环境中的物理量为电信号或其他可读取的形式，从而实现对环境信息的检测、分析和控制。
传感器广泛应用于工业生产、环境监测、医疗健康、安全防护等领域。
传感器的工作原理主要包括以下几个方面：1.电阻型传感器：电阻型传感器是利用物体对电流的阻力变化来实现测量的。
它由感应元件、改变元件和信号处理电路组成。
当物体与感应部分接触时，感应元件的电阻发生变化，进而改变电流通过改变元件的阻值，从而在电阻上产生电压变化。
信号处理电路通过测量这个电压变化来获得物体的信息。
2.电容型传感器：电容型传感器是利用物体之间的电容变化来实现测量的。
它由两个电极或电容板组成，当物体靠近电容板时，物体之间的电容变化会导致电容器中储存的电荷量和电压发生变化。
通过测量这个电荷量或电压变化，可以得到物体与电容器之间的距离或其他信息。
3.磁感应型传感器：磁感应型传感器是利用磁场的变化来实现测量的。
它由感应元件和信号处理电路组成。
感应元件可以是磁致伸缩材料、霍尔元件、磁电阻元件等，当磁场的强度发生变化时，感应元件的电磁特性也会发生变化，进而变化了其电阻、电感或电容等物理量。
信号处理电路通过测量这个电磁特性的变化来获取物体的信息。
4.光电型传感器：光电型传感器是利用光的特性来实现测量的。
它由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
光源发出的光线照射到光敏元件上，当光线受到物体的遮挡或反射时，光敏元件会发生电流或电压的变化，信号处理电路通过测量这个电流或电压的变化来获取物体的信息。
除了以上几种常见的传感器工作原理外，还有一些其他类型的传感器，如压力传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
它们的工作原理各不相同，但都是基于物理量的变化来实现测量的。
总之，传感器是一种将物理量转化为电信号或其他可读取形式的装置，不同类型的传感器有着不同的工作原理，但都能够通过测量和分析环境中的物理量来获取相关信息。
各类传感器的工作原理
各类传感器的工作原理传感器是一种能够检测和感知周围环境，并将其转化为可用信号的装置。
传感器在各个领域中起着极为重要的作用，从智能手机中的加速度传感器到汽车中的车速传感器，从医疗设备中的心率传感器到环境监测中的温度传感器，都体现了传感器在现代生活中的广泛应用。
下面将介绍几种常见的传感器及其工作原理。
1.光电传感器：光电传感器是基于光电效应的原理工作的。
光电效应是指当光照射到物体表面时，光中的能量被物体吸收，电子被激发而从原子中跃迁，产生电流。
光电传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，可以用于测量光的强度、距离或光的频率等。
2.压力传感器：压力传感器是利用压力作用在压敏电阻或压电材料上变化的阻值或电荷来测量压力的。
当外力施加在压阻上时，导电粒子（电子或离子）运动受到阻碍，阻值发生变化，通过测量电阻的变化来确定压力的大小。
3.温度传感器：温度传感器利用材料在温度变化时导电性或热传导性的变化原理来测量温度。
常用的温度传感器有热敏电阻、热电偶和温度敏感电容等。
热敏电阻是利用材料的电阻随温度的变化而变化；热电偶则是利用两种不同材料的接触产生热电势差，通过测量热电势差来计算温度；温度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定温度。
4.加速度传感器：加速度传感器是利用物体在加速或减速时所产生的惯性力来测量加速度的。
常用的加速度传感器有电容式加速度传感器和压电式加速度传感器。
电容式加速度传感器通过测量电容的变化来确定加速度；压电式加速度传感器则是利用压电效应和加速度之间的关系来测量加速度。
5.湿度传感器：湿度传感器是利用材料的吸湿性或湿度对电阻、电容或电抗等性能的影响来测量湿度的。
常用的湿度传感器有湿度敏感电阻、湿度敏感电容和湿度敏感电感等。
湿度敏感电阻通过测量电阻的变化来计算湿度；湿度敏感电容则是通过测量电容的变化来确定湿度。
总之，传感器的工作原理各异，但都是基于其中一种物理效应或电学特性的变化来实现对周围环境的感知和检测。
传感器及其工作原理
传感器
1.定义 传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、 温度、
光、声 、化学成分等非电学量，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 通断．
2．工作原理
传感器的工作原理 1．工作过程： 非电学量 → 敏感元件 → 转换元件 → 转换电路 → 电学量 2．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．
IB 3．霍尔电压： UH＝ k d ， d为薄片厚度， k为霍尔系
数．一个霍尔元件的 d、 k为定值，若保持I恒定，则 UH的 变化就与 B成 正 比． 4．作用：霍尔元件能够把 磁感应强度 这个磁学量转 换为 电压 这个电学量．
3．作用：光敏电阻能够把 光照强弱 这个光学量转 换为 电阻 这个电学量.
热敏电阻和金属热电阻
氧化锰热敏电阻
金属热电阻
电阻率随温度的升高而 电阻率随温度的 特点 减小 升高而 增大
氧化锰热敏电阻 制作材料
金属热电阻
半导体
金属 ________
化学稳定性好，测温
优点 将
灵敏度好
范围大
这个热学量转换为 电阻
3．转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，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． 4．转换电路：是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．
光敏电阻
1.特点：电阻值随光照增强而减小 ． 2．原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，无光照 时，载流子 极少 强，载流子 增多 ，导电性能 不好 ，导电性 变好 ． ；随着光照的增
温度
作用
传感器及其工作原理
传感器及其工作原理传感器是一种将物理量转换为可测量的电信号的装置。
它们在各种领域中发挥着关键的作用，如工业自动化、环境监测、医疗诊断和智能手机等。
传感器的工作原理基于物质与物质相互作用的基本原理，通过使用不同的物理效应来测量和检测所感兴趣的物理量。
下面将介绍几种常见的传感器及其工作原理。
1.温度传感器温度传感器是用于测量温度变化的设备，常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶和红外测温传感器等。
其中，热敏电阻是最常见的温度传感器之一，它的工作原理基于材料的电阻随着温度的变化而变化。
当温度升高时，传感器中的电阻值降低，反之亦然。
2.压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
电阻式压力传感器是最常见的一种，它借助于物理量与电阻值的线性关系来测量压力。
压力传感器具有薄膜或弹性元件，其电阻值会随着外部压力的变化而发生变化。
通过测量电阻值的变化，可以确定外部压力的大小。
3.光传感器光传感器用于检测光线的强度和频率。
最常见的光传感器是光敏电阻和光电二极管。
光敏电阻基于光线的照射产生电阻的变化，光电二极管则利用光线照射在半导体材料上产生的电流来测量光强度。
光传感器在自动照明、光电开关和光学通信等领域有广泛的应用。
4.加速度传感器加速度传感器用于测量物体的加速度或振动。
其中，最常见的是MEMS加速度传感器。
它利用微机电系统技术制造出微小的机械加速度计件，通过测量件的微小位移或电容的变化来判断物体的加速度。
MEMS加速度传感器在汽车安全系统、智能手机和运动监测等领域中得到广泛应用。
5.湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度或水分含量。
热电阻湿度传感器是一种常见的湿度传感器，它利用湿度的变化导致传感器加热元件温度的变化来测量湿度。
传感器中的温度变化将与湿度成正比。
总结起来，传感器通过利用不同的物理效应来测量感兴趣的物理量，如温度、压力、光强度、加速度和湿度等。
它们在各个领域中发挥着关键作用，实现了自动控制、环境监测和数据采集等功能。
传感器的工作原理及应用场景
传感器的工作原理及应用场景传感器是指能将某一物理量或化学量转变为可读取或可控制的信号输出的传感器件。
传感器是现代科技快速发展的重要组成部分，目前已广泛应用于各个领域，如环保、医疗、交通、工业等。
本文主要介绍传感器的工作原理及其应用场景。
一、传感器的工作原理传感器的工作原理基本上都是根据一个参数的变化来将其转换为电信号输出，从而实现检测和控制。
传感器的核心就是敏感元件，而敏感元件的选择要根据不同的应用场景来选择。
常见的传感器类型如下：1.压力传感器压力传感器广泛应用于工业制造、航空航天、汽车、医疗等领域。
传感器的基本架构包括压阻、金属箔应力、压电效应等，通过测量被测量对象力的大小来进行工作。
2.温度传感器温度传感器主要分为接触式和非接触式两类。
接触式温度传感器使用热电偶、热电阻等方式来感知温度变化；而非接触式温度传感器则可以使用红外线或激光来探测之前的物体表面温度，并通过计算来得到其温度。
3.光学传感器光学传感器一般采用光电或光阻效应，用于检测环境光线的变化。
常见的应用场景包括测量胶印等工业制造、光学测距、光学编码器和自动化控制。
4.气体传感器气体传感器可以感知环境中不同气体的浓度变化，常用于工业污染源检测、室内空气质量检测等领域。
同样，该类型的传感器也有接触式和非接触式之分。
二、传感器的应用场景传感器被广泛应用于各个领域，下面列举几个常见的应用场景：1.工业制造传感器在工业制造中发挥着重要作用，如生产线中的检测、自动化控制等。
例如，在润滑油的添加过程中，可使用嵌入式压力传感器检测液压油的泵入工况，在正确泵入的同时避免加油过多或过少。
2.环境监测传感器在环境监测中也是非常重要的。
例如，在城市交通中可运用悬挂式磁场强度传感器来监测车辆的行驶轨迹，以及酷暑天气下的车辆散热情况。
3.医疗行业传感器在医疗行业中的应用也是越来越普遍，如心源性猝死的预警装置、体征监测装置、有限空间下的呼吸氧浓度检测等。
它们可以很好地提高医疗设备的效率，提供更好的诊断结果。
传感器及其工作原理
H H6.1 传感器及其工作原理一. 传感器的原理 传感器是这样一类元件：它能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们转换成电学量〔电压、电流等〕,或转换为电路的通断.这样就可以更方便地进行传输、测量、处理了.二. 传感器的分类1. 光电传感器—光敏电阻 半导体,光照越强,电阻越小.2. 温度传感器—热敏电阻和金属热电阻.〔1〕热敏电阻： 半导体,温度越高,电阻越小.〔2〕金属热电阻： 金属,温度越高,电阻越大.3. 电容式位移传感器 位移转换成电容器电容的变化.4. 霍尔元件 把磁学量转换成电学量〔1〕霍尔电压：矩形半导体薄片,通电流I ,垂直方向加磁场B ,那么在两侧出现电压H IB U k d. k —霍尔系数. 与薄片材料有关； d —霍尔元件厚度 〔2〕原理： 载流子运动,受洛伦兹力作用,在两侧累积电荷,形成电压.〔3〕霍尔元件〔磁敏元件〕：H U 与B 成正比.把B 转换成电压信号.三． 例题分析例1. 如图所示,1R ,2R 为定值电阻,L 为小灯泡,3R 为光敏电阻,当照射光强度增大时〔 〕A. 电压表的示数增大B. 2R 中电流减小C. 小灯泡的功率增大D. 电路的路端电压增大例2. 如图所示,1R 为定值电阻,2R 为负温度系数的热敏电阻,L 为小灯泡,当温度降低时〔 〕A. 1RC. 小灯泡的亮度变强D. 小灯泡的亮度变弱例3. 传感器是一种采集信息的重要器件.如图所示是一种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时,可使膜片产生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路,那么〔 〕A 、 当F 向上压膜片电极时,电容将减小B 、 当F 向上压膜片电极时,电容将增大C 、 若电流计有示数,那么压力F 发生变化D 、 若电流计有示数,那么压力F 不发生变化例4. 图是霍尔元件的工作原理示意图,用d 表示薄片的厚度,k 为霍尔系数,对于一个霍尔元件d 、k 为定值,如果保持I 恒定,那么可以验证U H 随B 的变化情况.以下说法中正确的是〔 〕A. 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面,U H 将变大B. 在测定地球两极的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平C. 在测定地球赤道上的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平D. 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,U H 将发生变化例5. 如图为一热敏电阻的I —U 关系曲线图.〔1〕为了通过测量得到I —U 关系的完整曲线,在图甲和图乙两个电路中应选择的是图；简要说明理由.〔电源电动势9V ,内阻不计,滑动变阻器0～100Ω〕〔2〕在右图所示电路中,电源电压恒为9V ,电流表读数为70mA,定值电阻1250R =Ω,由热敏电阻的I —U 关系曲线图可知,热敏电阻两端的电压为V,电阻2R 的阻值为Ω[例题答案]例1. ABC ；例2. C ； 例3. BC ； 例4. ABD ；例 5. 〔1〕甲；甲图电压调节X 围大,可从0调到所需电压.〔2〕1190.036 A 250U I R ===,210.070.0360.034 A I I I =-=-=,查表知=5.2 V U 热敏, 那么29 5.2 3.8 V U U U =-=-=热敏,222111.8 ΩU R I ==。
传感器及其工作原理课件
(2)工作原理： 在E、F间通入恒定的电流I, 同时外加与薄片垂直的 磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向 着与电流和磁场都 垂直 的方向漂移，使M、N间出现 了电压，称为霍尔电压UH。
(3)霍尔电压： IB
UH＝ k d ①其中 d 为 薄片 的厚度，k 为 霍尔 系数，其大小与薄 片的材料有关。
图6－1－4
如图6－1－4(2)所示是测定液面高度h的电容式传感器。 液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化。
如图6－1－4(3)所示是测定压力F的电容式传感器。压 力变化，d发生变化，引起电容的变化。
如图6－1－4(4)所示是测定位移x的电容式传感器。由 图可以看出随着电介质进入极板间长度的变化电容C也变化， 从而推知x的变化情况。
2．光敏电阻 (1)特点：在被光照时 电阻 发生变化。 (2)原因：无光照时，载流子少，导电性能不好；随着 光照的增强，载流子 增多 ，导电性变好。 (3)作用：把 光照强弱 这个光学量转换为 电阻 这 个电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻
氧化锰热敏电阻
金属热电阻
电阻率随温度的升高 特点
电阻率随温度的升高而 增大
3．关于光敏电阻，下列说法不. 正确的是
()
A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻
这个电学量
B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子
极少，导电性能不好
C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子
较少，导电性能良好
D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子
增多，导电性能变好
解析：对光敏电阻，光照强度变化时，电阻值随之变化，A 对；对半导体材料的硫化镉，无光照射时载流子极少，导 电性能差，光照增强时，载流子明显增多，导电性能变好， B、D对，C错。 答案： C
传感器及其工作原理
什么是传感器 （以干簧管为例引入）
半导体光敏电阻 半导体热敏电阻和金属热电阻 霍尔元件
1
1. 什么是传感器？
能够感受非电学量并将它按照一定的规律转化成 电学量的一类元件或组件。
举例（演示）：干簧管（开关型磁传感器）
磁感应强度的变化
簧片的磁化和去磁
电路的通断
干簧继电器的应用事例：实验电源的过载保护(无 需保险丝)
温度高低
电阻的大小
灵敏度高，温度系数 3 ~ 4% ，比金属大一个数量级
分类和材料
NTC型（负温度系数）──氧化锰和氧化铜混合烧结
PTC型（正温度系数）──钛酸钡为主要材料
原理（NTC型）
温度升高
半导体材料中的载流子（自由电子和
空穴）浓度增加
材料的电阻率减小
结构（热敏材料、电极、引线、外防护层）
2
么么么么方面
Sds绝对是假的
2. 光敏电阻
特性
光照强弱（光通量） 电阻的大小
原理
光照增强
半导体材料中的载流子（自
由电子和空穴）浓度增加
材料的电
阻率减小
材料
CdS──对可见光灵敏
PbS ──对红外线灵敏
结构(绝缘基板、光敏材料层、电极、引线)
随堂小实验
4
3. 热敏电阻（温敏电阻）
特性随堂小实验5源自4. 霍尔元件特性
磁感应强度B 的大小和方向 大小 和方向
材料
硅、锗、砷化铟
原理
霍尔效应 UH = KH B I 结构(材料薄片、电极、
引线、外封装) 可做演示
I = 10mA , B = 5 ~ 15mT， 测UH用数字表200mV档 霍尔集成电路
霍尔电压UH 的
6
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传感器及其工作原理
传感器
1 传感器及其工作原理
一、什么是传感器(1)什么是传感器？传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断(2)传感器的作用是什么？传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制
实验：
小盒子A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是
把磁铁B 放到盒子上面灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。
盒子里有什么装置？(干簧管)
(1)干簧管
一、什么是传感器非电学量→ 传感器→ 电学量
角度位移速度压力温度湿度声强光照
电压电流传感器
电阻电容
酒精测试仪
自动门
自动干手机
火灾报警器
自动水龙头
二、光敏电阻(1)光敏电阻的电阻率与什么有关？
光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
(2)光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？光敏电阻受到光照时电阻会变小.是一种半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照增强,载流子增多,导电性能变好(3)光敏电阻能够将什么量转化为什么量？
光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量
三.热敏电阻和金属热电阻
(1)金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？不相同半导体材料的导电性能随温度升高而变小金属导体的导电性能随温度升高而降低(2)热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？热敏电阻灵敏度高,但化学稳定性较差,测量范围较小;金属热电阻的化学稳定性较好,测量范围较大,但灵敏度较差(3)热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？将热学量(温度)转化为电阻这个电学量
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。
常用的一种热电阻是用铂制作的。
R
T
热敏电阻
有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。
有一种热敏电阻是用氧化锰和氧化铜混合烧结而成的。
热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量
4、霍尔元件
在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作4个电极，就成了一个霍尔元件。
推导: 载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差. 当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡UqH 电流的微观表达式I nq(bd )vIB IB 1 U H k (其中k ) nqd d nq b
qBv
霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
霍尔元件
UH
IB nqd
一个确定的霍尔元件的d、n、q为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。
这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
3、电容式传感器 . (1)测定角度θ :θ定片动片导电液体
(2)测定液面高度h:金属芯线
电介质
(3)测定压力F:固定电极
(4)测定位移x:极板
可动电极
电介质
待测压力F
x
极板
如图，被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。
物体位移的变化，
就转换成了电容量的变化。
压力传感器
电容式话筒
小结：
1、传感器的概念：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
2、传感器的工作原理：敏感元件转换器件转换电路电学量
非电学量
3、敏感元件：
(1)光敏电阻
(光电传感器)
(2)热敏电阻和热电阻( 温度传感器)
(3)电容式传感器(位移传感器)(4)霍尔元件(磁传感器)
课堂总结1. 光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。
光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。
2. 热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。
有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。
热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。
3. 霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是( ) AC
A.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次
低电压就记数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次。