传感器及其工作原理44316
《传感器及其工作原理》 讲义
《传感器及其工作原理》讲义一、传感器的定义与作用在我们生活的这个科技飞速发展的时代，传感器就像是感知世界的“触角”，默默地在各种设备和系统中发挥着至关重要的作用。
那么，究竟什么是传感器呢？简单来说，传感器是一种能够感受被测量的信息，并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
它就像是我们人体的感官器官，比如眼睛能感知光线、耳朵能感知声音一样，传感器能够感知温度、压力、湿度、位置、速度等各种物理量和化学量，并将这些信息转化为电信号或其他易于处理和传输的形式。
传感器的作用不可小觑。
在工业生产中，它可以实时监测生产过程中的各种参数，保证生产的高效、稳定和质量；在医疗领域，它能够精确测量人体的生理指标，为疾病的诊断和治疗提供重要依据；在智能家居中，它让我们的生活更加便捷和舒适，比如自动调节室内温度、湿度的智能空调系统；在交通运输领域，传感器帮助实现自动驾驶、车辆故障诊断等功能，提升交通安全和效率。
二、传感器的分类传感器的种类繁多，为了更好地理解和研究它们，可以根据不同的标准进行分类。
按照被测量的物理量分类，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、流量传感器等。
如果按照工作原理来分，常见的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。
此外，还可以按照输出信号的类型分为模拟式传感器和数字式传感器；按照使用的材料分为金属传感器、陶瓷传感器、半导体传感器等。
三、常见传感器的工作原理1、电阻式传感器电阻式传感器是利用电阻元件将被测量的变化转换为电阻值的变化。
例如，电阻应变式传感器，它通常由电阻应变片组成。
当应变片受到外力作用时，其电阻值会发生变化，通过测量电阻的变化就能推算出所受外力的大小。
再比如，热电阻温度传感器，它是利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度的。
温度升高时，电阻值增大或减小，通过测量电阻值就能知道温度的高低。
传感器及其工作原理 课件
【解析】 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R 的金属滑片将会移动，从 而引起 R 两端电压的变化，且当 R′≫R 时，UR＝IR 可视为 UR 与 R 成正比， 所以电压表应接在 b、c 两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大．
【答案】 b、c 增大
传感器问题的分析思路 不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的 变化转换为电学量的变化．因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变 化．
3．分类
工作原理
利用物质的物理性质和物理效 物理传感器
应感知并检测出待测对象信息
化学传感器 利用化学反应识别和检测信息 利用生物化学反应识别和检测
生物传感器 信号
举例 压电传感器、温度传感器、光 电传感器、电感传感器、电容 传感器等 气敏传感器、湿敏传感器等 酶传感器、组织传感器、细胞 传感器等
全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶 和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油 量多少或变化多少的装置．如图 6-1-3 所示，其中电源电压保持不变，R 是滑动 变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．该同学在装置中使用了一只电压表(图 中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接 在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电 压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．
解决含有热敏(光敏)电阻的动态分析问题的思路 (1)应明确热敏(光敏)电阻的电阻特性． (2)根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质来分析电路中某一电阻变化而 引起的整个电路中各部分电学量的变化情况． (3)基本流程：R 局→R 总→I 总→U 端→R 局．
传感器工作原理
传感器工作原理一、引言传感器是现代科技中不可或者缺的重要组成部份，广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍传感器的工作原理，包括传感器的定义、分类、工作原理、应用等方面的内容。
二、传感器的定义与分类传感器是一种能够将被测量物理量转换为可供测量或者处理的信号的装置。
根据被测量的物理量不同，传感器可以分为多种类型，如温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等。
三、传感器的工作原理1. 温度传感器工作原理温度传感器是用于测量环境或者物体的温度的传感器。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶利用两种不同金属的导线连接处产生的热电势来测量温度，而热敏电阻则是利用电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。
2. 压力传感器工作原理压力传感器用于测量气体或者液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器利用电阻值随压力变化而变化的特性来测量压力，而压电式传感器则是利用压电效应将压力转换为电荷或者电压信号来测量压力。
3. 湿度传感器工作原理湿度传感器用于测量环境中的湿度。
常见的湿度传感器有电容式传感器和电阻式传感器。
电容式传感器利用湿度对电容值的影响来测量湿度，而电阻式传感器则是利用湿度对电阻值的影响来测量湿度。
4. 光传感器工作原理光传感器用于测量光的强度或者光的特性。
常见的光传感器有光敏电阻和光电二极管。
光敏电阻是利用光照射时电阻值随之变化的特性来测量光的强度，而光电二极管则是利用光照射时产生的电流来测量光的强度。
四、传感器的应用传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备、汽车工业等。
在工业自动化中，传感器可以用于测量温度、压力、湿度等参数，实现对生产过程的控制和监测。
在环境监测中，传感器可以用于测量大气中的温度、湿度、气体浓度等，匡助人们了解环境状况并采取相应的措施。
在医疗设备中，传感器可以用于测量患者的体温、心率、血压等，为医生提供准确的数据。
在汽车工业中，传感器可以用于测量车辆的速度、转向角度、轮胎压力等，提高行车安全性。
课件7：6.1传感器及其工作原理
THANK YOUห้องสมุดไป่ตู้
探究点2、制作传感器需要的一些元器件 (1)光敏电阻 ①特点：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化． ②原因：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少， 导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好． 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．
(2)热敏电阻和金属热电阻 ①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(常用的一种热电阻是用 铂制作的)．特点：金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大， 但灵敏度较差． ②热敏电阻：温度上升时，有些半导体的导电能力增强，因 此可以用半导体材料制作热敏电阻(用氧化锰等金属氧化物烧 结而成的)．特点：它的电阻随温度的变化非常明显． ③作用：热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换 为电阻这个电学量．
第6章 传感器 第1节 传感器及其工作原理
探究点1、什么是传感器 (1)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)传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、 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．传感器原理如下图所示．
答案：左 右
点评：(1)负温度系数热敏电阻是指热敏电阻的阻值随温度的升 高而减小的电阻．
(2)欧姆表的表盘刻度最右侧为0Ω，最左侧为最大值.
题型2、光敏电阻的特性 如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻， 当照射光强度增大时( ) A．电压表的示数增大 B．R2中电流强度减小 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压降低
传感器及其工作原理课件优选全文
[名师点睛] 按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电 阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻， 正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数 的热敏电阻随温度升高电阻减小。
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
图6－1－1
(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。
1．传感器 (1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分 等 物理 量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送 和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等 电学 量)，或 转换为电路的通断的元件。
(2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为 电学量，可以方便地进行 测量 、传输、处理和 控制 。
(2)温度传感器 ：热敏电阻和金属热电阻。 ①热敏电阻：指用半导体材料制成，其电 阻值随温度的变化非常明显。如图6－1－2所 图6－1－2 示为某热敏电阻的电阻——温度特性曲线。
传感器工作原理
传感器工作原理传感器是一种能够感知环境中各种物理量并将其转化为可用信号的装置。
它在现代科技中起到了至关重要的作用，广泛应用于工业、农业、医疗、交通等领域。
本文将详细介绍传感器的工作原理，包括传感器的分类、传感器的工作原理及其应用。
一、传感器分类传感器根据测量的物理量可以分为多种类型，常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光电传感器、加速度传感器等。
不同类型的传感器具有不同的工作原理，下面将分别介绍几种常见的传感器。
二、温度传感器温度传感器是用于测量环境温度的传感器。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻和红外线温度传感器等。
以热敏电阻为例，它的工作原理是通过测量电阻值的变化来反映温度的变化。
当温度升高时，热敏电阻的电阻值减小；当温度降低时，热敏电阻的电阻值增加。
通过测量电阻值的变化，就可以得到环境的温度信息。
三、压力传感器压力传感器是用于测量压力的传感器。
常见的压力传感器有压阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器等。
以压阻式传感器为例，它的工作原理是通过测量电阻值的变化来反映压力的变化。
当受到压力作用时，压阻式传感器的电阻值会发生相应的变化。
通过测量电阻值的变化，就可以得到环境的压力信息。
四、湿度传感器湿度传感器是用于测量湿度的传感器。
常见的湿度传感器有电容式传感器、电阻式传感器和共振式传感器等。
以电容式传感器为例，它的工作原理是通过测量电容值的变化来反映湿度的变化。
当湿度升高时，电容式传感器的电容值增加；当湿度降低时，电容式传感器的电容值减小。
通过测量电容值的变化，就可以得到环境的湿度信息。
五、光电传感器光电传感器是用于测量光强度的传感器。
常见的光电传感器有光敏电阻、光电二极管和光电三极管等。
以光敏电阻为例，它的工作原理是通过测量电阻值的变化来反映光强度的变化。
当光强度增加时，光敏电阻的电阻值减小；当光强度减小时，光敏电阻的电阻值增加。
通过测量电阻值的变化，就可以得到环境的光强度信息。
传感器及其工作原理
④
IB UH k d
填空：
力敏传感器 接受 力 信息，并转化为电信号
声敏传感器
.
位移传感器
接受 声 信息，并转化为电信号 接受位置 信息，并转化为 电信号 。
光敏传感器 接受 光 信息，并转化为 电信号 。
列举生活中 的一些自动 控制实例，
遥控器控制电视开关 日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关等 自动门 等 安检门
电容式传感器
1.原理
电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间 距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一 物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引 起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化， 那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量 的变化．
常见电容式传感器
名称 传感器
原理
测定角度 θ 的电容式 传感器
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化 较大，这只元件一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变 化，这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表 示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表 示数相同，这只元件一定是定值电阻
A．距离变化 B．正对面积变化 C．介质变化 D．电压变化
例3
【解析】 平行板电 容器的电容
C∝εrS/d,本例中的介 质没有变
化，正对面积也没有 变化,引起电
容变化的因素是板间 距离d.
【答案】 A
【规律总结】 电容式 传感器是应用了电容器 的电容跟板间距离、正 对面积、电介质及引起 它们改变的因素(如力、 位移、压强、声音等) 的关系，将这些非电学 量转化为电容器的电容 这个电学量．
高中物理选修3-2-传感器及其工作原理
传感器及其工作原理知识元常见传感器的工作原理知识讲解传感器的工作原理1．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．组成：一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。
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。
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。
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。
3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。
例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号。
4．工作流程：5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换器)组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换。
6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器。
（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。
7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。
例题精讲常见传感器的工作原理例1.传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件。
如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是（）A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向左偏转C．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变大，则电流表指针向左偏D．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变小，则电流表指针向左偏例2.关于传感器，下列说法正确的是（）A．霍尔元件能把光学量转化为电学量B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件例3.利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
导电液体
（3）测定压力F
固定电极
可动电极
（4）测定位移x 极板 电介质
待测压力F
x
极板
电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板 被测物体
示意图
电容式位移传感器把力学量（位移） 转换为电学量（电容）。
例3．传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种 测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜 片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流
下表面哪面电势高？电势差是多少？
下表面
U IB ned
类型一 光敏电阻的特性
如图所示，R1、R2为定值 电阻，L为小灯泡，R3为光敏 电阻，当光照射到R3上的光强 度增大时( )
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大 【思路点拨】 光敏电阻有随着光照强 度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧 姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进 行动态分析．
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电 路），便可转换成电量输出。
离子感烟器 温度传感器
明火探测器
光电传感器
湿度传感器
机油压力传感器
超声波传感器
风速传感器
全自动血压机
自动旋转门
声
音 声敏传感器 控
延
制
时
电
电
灯
光敏传感器 路
路
光
线
走廊声控灯的工作原理
制 作 4、传感器常用的敏感元件
振动测量；“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测，其
中：
温度传感器559个
压力传感器140个
信号传感器501个
遥控传感器142个
专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体
什 么
干簧管
是
传
感
器
？
防盗报警器
什 么 是 传 感 器 ？
原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化， 相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用
干簧管的应用
应用对象 电梯 电话
微波炉 冰箱 煤气表 汽车
功能
选层控制 折叠式手机的开关 有线电话听筒拿离时的开关控制 炉门的开关控制 门的开关控制 流量控制 安全气囊的开关控制 天窗/车窗 开关控制 安全带的扣妥/松拖警示
干簧 管
一种防盗门报警电路
人获取外界信息
机械自动化设备获取外界信息
视觉 嗅觉
常
元件。
用
的
I
敏
F
感
C
D
元 件
EB
UH
霍尔元件工作原理图
霍尔效应
当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面 间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定 的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍 尔电压
可以证明，霍尔电压UH：
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
qUH qBv b
电流的微观表达式 Inq(bd)v
UH
k
IB d
UHnIB qdkIdB (其k中 n1)q
d——薄片的厚度 k——霍尔系数
霍尔元件——把磁感应强度这个磁学量转换为电压 这个电学量
例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块， 金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为 B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位 体积内的自由电子数为n，试问金属块上、
2.传感器的作用
非电学量
传感器
电学量
受力 温度
磁场
声T音ex等t
传感器
测量、传输、处理和控制
电流 电压 电阻 电容等
3、传感器的组成
物理、化学、 生物信息
被测量 敏感元件
辅助电源 转换元件
电量 基本转换电路
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某 一物理量的元件。
转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电 量。
【解析】 当照射光强度增大时，
R1 处理
R2
系统
2、热敏电阻
特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小__， 具有负温度系数
金属热电阻
铂电阻
例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三 只元件分别接入如图所示电路中A、B两点 后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧 姆表的示数，下列说法正确的是（ AC） A B
A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较 大，这只元件一定是热敏电阻
例1.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（BD）
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计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
A
信号
B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化， 这只元件一定是定值电阻
C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变 化较大，这只元件一定是光敏电阻
D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相 同，这只元件一定是定值电阻
ห้องสมุดไป่ตู้、电容式传感器
（1）测定角度θ
动片 θ
定片
（2）测定液面高度h
计和电源串联接成闭合电路，那么（ BC）
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，则压力F发生变化 D．若电流计有示数，则压力F不发生变化
固定电极
膜片电 极
待测压力F
制
作
传
4、霍尔元件
在一个很小的矩形半导体
感
（例如砷化铟）薄片上，制
器
作4个电极，就成了一个霍尔
学习目标：1.知道什么是传感器．
课
2．知道什么是光敏电阻、热敏电阻、
标 金属热电阻以及霍尔元件．
定
3．知道传感器的工作原理．
位
重点难点：对传感器工作原理的理解． 易错问题：对传感器电路的动态分析．
引 入 新 课
自动门
自动干手机
雷达测速仪
酒精含量测试仪
电子秤
红外耳温计
航空航天宇宙飞船
飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、
传
1、光敏电阻 特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照
感
强度时，电阻的大小也随着改变。一般
器
会随着光照强度的增大而电阻值减小。
常
用
的
敏
感
元
件
光敏电阻的工作原理
硫化镉是一 种半导体材料，
无光照时，载流 子极少，导电性 能不好；随着光 照的增强，载流 子也增多，导电 性变好
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。
光传感器 湿度传感器 气体传感器
听觉
声音传感器
味觉
味传感器
触觉
温度传感器 压力传感器
1.传感器的定义：
物理信息 化学信息 生物信息
敏感元件 转换电路
电信号
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。