1、函数关系式。的函数关系式。 34 光控开关的工作原理光控开关的工作原理 1 1、白天，光强度较大，光敏电阻、白天，光强度较大，光敏电阻 R RG G 电阻值较小，加电阻值较小，加 在斯密特触发器在斯密特触发器A A端的电压较低，则输出端端的电压较低，则输出端Y Y输出高输出高 电平，发光二极管电平，发光二极管LEDLED不导通；不导通； 2 2、当天色暗到一定程度、当天色暗到一定程度 ， R RG G 的阻值增大到一定值的阻值增大到一定值 ，斯密特触发器的输入端，斯密特触发器的输入端 A A的电压上升到某个值（的电压上升到某个值（ 如如1.6V1.6V），输出端），输出端Y Y突然突然 从高电
2、平跳到低电平，则从高电平跳到低电平，则 发光二极管发光二极管LEDLED导通发光导通发光 （相当于路灯亮了）。（相当于路灯亮了）。 目的：使路灯天明熄灭，天暗自动开启目的：使路灯天明熄灭，天暗自动开启 非门非门 35 电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理 当线圈当线圈 A A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁 B B向下运动，从而带动动触点向下运动，从而带动动触点D D向下与向下与E E接触，将工作接触，将工作 电路接通，当线圈电路接通，当线圈A A中电流为零时，电磁铁失去磁性中电流为零时，电磁铁失去磁性 ，衔铁，衔铁B B在弹簧作用下拉起，带动触点在弹簧
3、作用下拉起，带动触点D D与与E E分离，自分离，自 动切断工作电路。动切断工作电路。 36 控制电路的工作原理控制电路的工作原理 1 1、天较亮时，光敏电阻、天较亮时，光敏电阻 R RG G 阻值较小，斯密特触发器输入端阻值较小，斯密特触发器输入端A A电电 势较低，则输出端势较低，则输出端Y Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不输出高电平，线圈中无电流，工作电路不 通；通； 2 2、天较暗时，光敏电阻、天较暗时，光敏电阻 R R G G电阻增大，斯密特触发器输入端电阻增大，斯密特触发器输入端A A 电势升高，当升高到一定值，输出端电势升高，当升高到一定值，输出端Y Y由高电平突然跳到低电
4、由高电平突然跳到低电 平，有电流通过线圈平，有电流通过线圈A A，电磁继电器工作，接通工作电路，使，电磁继电器工作，接通工作电路，使 路灯自动开启；路灯自动开启； 3 3、天明后，、天明后， R RG G 阻值减小，阻值减小， 斯密特触发器输入端斯密特触发器输入端A A电势电势 逐渐降低，降到一定值，逐渐降低，降到一定值， 输出端输出端 Y Y突然由低电平跳突然由低电平跳 到高电平，则线圈到高电平，则线圈A A不再有不再有 电流，则电磁继电器自动电流，则电磁继电器自动 切断工作电路的电源，路切断工作电路的电源，路 灯熄灭。灯熄灭。 37 思考与讨论思考与讨论 1 1、要想在天更暗时路灯才会亮，
5、应该把、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把 R R1 1 的阻值的阻值 调大些还是调小些？为什么？调大些还是调小些？为什么？ R R 1 1 的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的阻值调大些，这样要使斯密特触发器 的输入端的输入端A A电压达到某个值（如电压达到某个值（如1.6V1.6V），就需），就需 要要 R RG G 的阻值达到更大，即天色更暗。的阻值达到更大，即天色更暗。 2 2、用白炽灯模仿路灯，为、用白炽灯模仿路灯，为 何要用到继电器？何要用到继电器？ 由于集成电路允许通过由于集成电路允许通过 的电流较小，要用白炽灯泡的电流较小，要用白炽灯泡 模仿路灯，就要使用继电器模仿路灯，就要使用
6、继电器 来启闭工作电路。来启闭工作电路。 38 温度报警器的工作原理温度报警器的工作原理 1 1、常温下，调整、常温下，调整 R R1 1 的阻值使斯密特触发器的输入的阻值使斯密特触发器的输入 端端A A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y Y处于高电平，无电流处于高电平，无电流 通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声； 2 2、当温度升高时，热敏电阻、当温度升高时，热敏电阻 R RT T 阻值减小，斯密特阻值减小，斯密特 触发器输入端触发器输入端A A电势升高，当达到某一值（高电电势升高，当达到某一值（高电 平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通平），其输出端由高电平跳
7、到低电平，蜂鸣器通 电，从而发出报警声，电，从而发出报警声， R Rl l 的阻值不同，则报警温的阻值不同，则报警温 度不同。度不同。 39 怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？ 应减小应减小 R R1 1 的阻值，的阻值， R R1 1 阻值越小，要使斯密特触阻值越小，要使斯密特触 发器输入端达到高电平，发器输入端达到高电平， 则热敏电阻阻值要求越小则热敏电阻阻值要求越小 ，即温度越高，即温度越高 思考与讨论思考与讨论 40 课堂练习课堂练习 1 1、现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器 、滑动变阻器、
8、开关和导线若干如图所示，试、滑动变阻器、开关和导线若干如图所示，试 设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时， 电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以 自动断电，画出电路图说明工作过程。自动断电，画出电路图说明工作过程。 41 工作过程：闭合工作过程：闭合S S当温度低于设计值时热敏当温度低于设计值时热敏 电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作 ，K K接通电炉丝加热当温度达到设计值时，热接通电炉丝加热当温度达到设计值时，热 敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电
9、流达到敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到 工作电流，工作电流，K K断开，电炉丝断电，停止供热当断开，电炉丝断电，停止供热当 温度低于设计值，又重复前述过程温度低于设计值，又重复前述过程 42 2 2、用如图所示的电磁继电器设计一个高温报警器，、用如图所示的电磁继电器设计一个高温报警器， 要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供 选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生 用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。 课堂练习课堂练习 43 1 知识
10、回顾 光敏传感器 声敏传感器 气敏传感器 味敏传感器 压敏、热敏、湿敏、传感器 眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤 传感器控制器执行器 五官大脑肢体 2 气敏传感器的应用 力敏传感器的应用 光敏传感器的应用 超声波传感器的应用 热敏传感器的应用 声敏传感器的应用 红外线传感器的应用 3 传感器的用途很多，被广泛应用于工业、 农业、军事、环境保护和日常生活等各领域。 传感器之所以能作为电子控制系统的重要 组成部分，从而应用众多领域，是由于传感器 转换的电信号与它获取的非电信息有严格的一 一对应关系，而且用它来测量准确性高，且多 次重复测量结果之间误差很小，这是人靠感官 来判断所不能做到的。传感器提高了
11、检测的准 确性和可靠性。 4 观察思考 你想到了什么问题? 5 车辆驾驶人员血 液中的酒精含量大于 或等于20毫克/100毫 升、小于80毫克/100 毫升为饮酒驾车；血 液中的酒精含量大于 或者等于80毫克/100 毫升为醉酒驾车。 中华人民共和国道路交通安全法规定：严 禁酒后驾车。为了防止酒后驾车，交通警察使用酒 精浓度测试仪检测可疑驾驶员是否酒后驾驶。酒精 浓度测试仪中就使用了对酒精敏感的气敏传感器。 6 气敏传感器可以将获取的气体信 息转换为电信号。利用不同的半导 体材料对不同气体敏感的特性，可 以制造出检测不同气体的气敏传感 器。气敏传感器的电阻值随被检测 气体的浓度和成分而变化。气
12、敏传 感器的灵敏度很高即使空气中待测 气体的含量不到千分之一，气敏传 感器的电阻值也会产生很大变化。 一、气敏传感器的应用 7 为什么传感 器比人的感觉系 统精确性、可靠 性更好？ 思考 3. 传感器转换的信号与它获取的信息有严格的一一对应关系。 4. 传感器产品都是经过精确测试、检验和校正的。 5. 传感器测量数据重复性好。 1. 人的感觉系统容易受到内外各种因素的影响，从而产生不稳定性。 2. 同时感觉的信息也难以准确表达。 8 思考 这样称重准确吗？什么秤能够提高准确性呢？ 9 二、力敏传感器的应用 当电阻应变片（力敏传感器） 受到力的作用时，它的电阻值就会 发生变。电子秤就是货物重量的
13、变 化转换为电阻的变化、电压的变化 ，再经过电压放大器、模数转换器 后把模拟量转换为数字量，最后送 到液晶显示器显示出被称物体重量 ，实现快速、准确称重目的。 10 马上行动 (P29) 在学习曹冲称象的故事时，你一定很佩 服他的睿智。现在，你能不能用一种更方便 、更快捷、更准确的方法来称象呢？并简要 说明原理。 11 轨道衡是称量大宗货物的计量器具，能够准确而高效地称量铁路车 辆装载的货物重量。它的工作原理就是通过力敏传感器把车和货物的重 量信息转换为电信号，经过电压放大器、模数转换器后把模拟量转换为 数字量最后送到液晶显示器显示出被称物体重量，实现快速、准确称重 目的。 举例 还有哪些通过
14、力敏传感器 称量大宗货物的计量器具？ 12 思考 如何对生产线上高速流动的啤酒进行快速、准确地计数呢？ 13 三、光敏传感器的应用 光源光敏传感器 在传送带的两侧分别安装光源和光敏传感器，当被测 瓶子位于光源和传感器之间时，传感器无光照；被测瓶子 不在光源和传感器之间时，传感器有光照，这样，通过它 输出的电信号发生的变化便可以计数。 案例分析 （P30） 14 光 源 传 感 器 思考（P30） 在自动检测的传送带上， 若利用光的反射原理检测瓶子 上是否有瓶盖，应如何安装传 感器？ 15 对于一些简单的重复性工作，时间一长，人们容易 疲劳，甚至导致工作失误。传感器可以在减轻工作强度 的同时，做
15、出更精确、快捷的判断。 马上行动 （P30） 就你的经验而言，日常生活和工作中哪 些重复性工作可以采用光敏传感器做帮手？ 1. 2. 3. 进入场、馆人数的统计。 对生产和工作环境的安全监控和报警。 对轧制钢板或纸张厚度的检验。 16 观察思考 人走近自动门时，门为什么能自动打开？ 17 思考 以上探讨的光敏传感器，是对可见光敏感的普通光敏 传感器。还有一种传感器是对红外线敏感的，称为红外光 传感器。当红外光传感器接 受到红外光（线）时，电阻 值产生变化，如果接在电路 则会产生电压或电流的变化， 从而将红外光信息转换为电 信号，自动门就是利用红外 光传感器实现自动开关的。 红外光传感器还有哪些
16、应用？ 四、红外光传感器的应用 18 应用夜视仪能够帮助人们在漆黑的夜里看到周围的景物 。 19 五、超声波传感器的应用 超声波有两个重要 特性。一是它的方向性 好，它的频率比音频高 ，遇到物体后超声波会 反射，物体的密度不同 ，反射程度也不同，通 过接收和处理反射波就 可以知道物体的方位和 距离。二是它在水里可 以传播很远的距离，因 此可用超声波检测人体 内部的病变。 案例分析 （P31） 20 你知道超声波传感器还有哪些应用？举例 声呐的应用超声波测距 超声波清洗 超声波检测焊缝 超声波测海底超声波测鱼群 21 思考（P32） 1.阅读以下材料，分析声呐的工作原理： 第一次世界大战时，法国
17、科学家朗之万发明了能探测水下目标的 仪器，叫声呐。它不仅能够确定目标的方位、距离，甚至还能分析潜 水艇的许多性能。另外，它也可用于港口导航、探测暗礁和鱼群等。 2.火星探测器已登上了火星，并对火星进行了探测。你认为火星探 测器上需要使用哪些传感器？请填写下表。 传感器名称 完成工作 22 参考答案 第1题 答：声呐根据超声波在水下发射至目标物和 反射回来所用的时间及在超声波水中的传播速度，就 可以计算目标的距离。 传感器名称 完成工作 湿敏传感器 测量距离 图象传感器 拍摄照片 电池 接受阳光转换为电能 第2题 答： 23 想一想 在这里，热敏电阻随着 室内温度的变化而变化，并 把温度信息转换
18、为电信号， 从而控制空调的自动调温过 程。 六、热敏传感器的应用 220V 。 热敏传感器还有哪些应用 热敏电阻 24 讨论（P33） 炼钢炉中，钢水 的温度可达1000以 上。要检测灼热的钢 水的温度，能否使用 热敏传感器直接测量 ？ 25 热敏电阻的温度计测量的温度范围为0 400，故 不能用热敏电阻测量。可用铂锗-铂热电偶，其使用温度可 达1400；也可使用光学高温系统与标准温度想比较，测 定温度。因为任何物质都辐射出其波长与所处温度相对应 的电磁波，当温度超过700时，物体将辐射可见光，用肉 眼即可观察到发光。 参考答案 26 声音放大的原理是声敏传感器（话筒）的膜片在声 波下产生振动
19、使得处于磁 场中的与膜片相连的线圈 中产生变化的感应电流。 从而把声音信息转换为电 信号，再经过功率放大器， 把声音放大。 七、声敏传感器的应用 27 综合实践 1.在下面的电路中有四个输入端，在和之间连 接一只自制的湿敏传感器上滴几滴水，调节可变电阻RP， 使发光二极管发光。那么，这个工作系统有哪些用途？ 如果不滴水而是干燥的，电路处于什么状态？ 2.在下图中，若用导线连接和，用一根细裸导线 接在和之间，当裸导线断裂时，发光管发光。想一想 ，这个控制系统有什么用途？ 28 。 。 。 。 V 3DG130A LED C S 3V RP 47K R1 R2 300 47K 电路图 29 参考答
20、案 第1题 答：可用做婴儿尿湿指示。干燥时，电路处于截止 状态，发光二极管不发光。 第2题 答：导线可放在门或窗户上，打开门或窗户时，发 光二极管发光报警。 30 课堂小结 作为电阻控制系统中唯一的信号源，传感器是必不可 少的，它将外界信息转换为电信号以便处理、存储、输出 。工农业生产、日常生活都离不开传感器。用它进行科学 测量可以提高测量的精确度、可靠性；用它代替人做一些 简单、重复的工作，不但可以降低人的工作强度，而且更 准确快捷；在一些恶劣的或者人无法达到的环境中，传感 器更是人类的好帮手。 31 32 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 任务任
21、务6.2 6.2 热电阻测温热电阻测温 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 任务导入 在炼油、化工行业常用到气化炉，炉内正常温度在 1300左右，甚至高达1500以上。炉内所衬炉砖在高温 时会熔蚀，受热气体和融渣的冲刷，耐火砖不断变薄。炉 内耐火砖的减薄甚至脱落，使炽热气体通过砖缝侵入到气 化炉炉壁，使其表面温度升高，气化炉金属外壳强度降低 ，造成设备不安全。本课题的任务就是要检测气化炉表面 温度并给予报警，以便及时确定更换耐火砖的时间。气化 炉的耐压压力为6.5MPa(G)，炉表面温度在400 450 之间，正常值为425左右
22、。 根据传感器温度测量范围，可以选择热电阻温度传感器 为测温元件，组成温度报警系统。热电阻温度传感器是如 何测量温度？其结构、特点如何？ 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 基本知识与技能 电阻式温度传感器的认识 电阻式温度传感器就是将温度变化转化为温度敏感元件 的电阻变化，进而通过电路变成电压或电流信号输出。它是 利用导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的原理进 行温度测量，即材料的电阻率随温度的变化而变化，这种现 象称为热电阻效应，一般把金属导体制成的测温元件称为金 属热电阻，简称热电阻；把由半导体材料制成的测温元件称
23、为半导体热电阻，简称热敏电阻。 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 1. 热电阻基本工作原理 热电阻通常是用纯金属制成的，它是基于金属导体 的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量 的。热电阻是中低温区（200650）最常用的一种 测温敏感元件。它的主要特点是测量精度高，性能稳定 。 常用的金属热电阻主要有：铂电阻和铜电阻。 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 2. 常用热电偶 （1）铂电阻 铂电阻是目前公认的制造热
24、电阻的最好材料，它性能 稳定，重复性好，测量精度高，其电阻值与温度之间有 很近似的线性关系。缺点是电阻温度系数小，价格较高 。铂电阻主要用于制成标准电阻温度计，其测量范围一 般为-200+650。按照ITS-1990标准，国内统一设计 的最常用的工业用铂电阻为Pt100和Pt1000，即在0时 铂电阻阻值R0值为100和1000。 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 2. 常用热电偶 （2）铜电阻 铜材料容易提纯，具有较大的电阻温度系数，铜电 阻的阻值与温度之间接近线性关系，铜的价格比较便宜 。铜电阻的缺点是
25、电阻率较小，所以体积较大，稳定性 也较差，容易氧化。在一些测量精度要求不高，测温范 围较小(-50 150)的情况下，普遍采用铜电阻。 我国常用的铜电阻为Cu50和Cu100，即在0时其阻值 R0值为50和100，铜电阻值与温度之间的关系可以查 热电阻分度表Cu50或Cu100。 （3）其他热电阻 镍和铁的电阻温度系数大，电阻率高，可用于制成 体积大、灵敏度高的热电阻。但由于容易氧化，化学稳 定性差，不易提纯，重复性和线性度差，目前应用还不 多。 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 3. 热电阻的结构 在测量
26、环境良好、无腐蚀性的气体或固体表面温度 时，可直接使用电阻式温度敏感元件。但在测量液体或 测量环境比较恶劣时无法直接使用电阻式温度敏感元件 ，需要在其外表加防护罩进行保护。在工业测量过程中 ，为了防腐蚀，抗冲击，延长使用寿命，便于安装、接 线，常用以下四种标准结构。 （1）普通型热电阻温度传感器 （2）铠装热电阻温度传感器 （3）端面热电阻温度传感器 （4）隔爆型热电阻温度传感器 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 4. 热电阻的测量电路 最常用的热电阻测温电路是电桥电路，如图所示。 图中R1、R2、R3和R
27、t（或Rq、RM）组成电桥的四个桥臂 ，其中Rt是热电阻，Rq和RM分别是调零和调满刻度的调 整电阻（电位器）。测量时先将切换S扳到“1”位置，调 节Rq使仪表指示为零，然后将S扳到“3”位置，调节RM使 仪表指示到满刻度，作这种调整后再将S扳到“2”位置， 则可进行正常测量。 热电阻测温电路 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.1 热电阻 在实际应用中，热电阻敏感元件安装在测量现场，感 受被测介质的温度变化，而测量电路、显示仪表安装在 远离现场的控制室内，热电阻的引线电阻将对测量结果 有较大影响，造成测量误差。为了克服
28、环境温度的影响 常采用三线单臂电桥电路。下图为热电阻的三线连接法 。 热电阻测量电桥的三线连接 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.2 热敏电阻 1. 热敏电阻的特性 热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，它是用电阻值随 温度而显著变化的半导体电阻制成的。通常采用重金属氧化 物锰、钛、钴等材料，在高温下烧结混合而成。 用半导体材料制成的热敏电阻，与金属热电阻相比，有如 下特点：电阻温度系数大，灵敏度高，比金属电阻大倍；结 构简单，体积小；电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；阻 值与温度变化呈非线性关系；稳定性和互换性相对较差
29、。热 敏电阻的常见结构和表示符号如图所示。 a）圆片型热敏电阻 b）柱型热敏 电阻 c）珠型热敏电阻d）铠装型 e）厚膜型 f）图形符号 1-热敏电阻 2-玻璃外壳 3-引出 线 4-紫铜外壳 5-传热安装孔 热敏电阻的结构与符号 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 6.2.2 热敏电阻 2. 热敏电阻的分类 热敏电阻按其温度特性通常分为两大类：负温度系数热敏 电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC。NTC和PTC热敏电阻都 可以细分为指数变化型和突变型(又称临界温度型，英文缩写 CTR)。它们的电阻和温度特性的变化关系曲线如图所示。 热敏电阻温度特性图 任务任务1.2 1.2 传感器的特性分析与检测传感器的特性分析与检测 传 感 器 与 检 测 技 术 任务实施： 电阻式温度传感器的结构安装形式和种类较多，分析气化 炉的使用及安装要求和温度测量范围，确定热电阻温度传感 器的结构。 方案一：选择端面热电阻温度传感器为测温元件。这种传 感器的热电阻感温元件紧贴在温度计端面，能更正确和快速 地反映被测端面的实际温度，适用于炉体表面温度的测量。 在炉体表面安装一固定支架，再将传感器安装在支架上，使 传感器端面紧贴炉体表面，即可测得炉体表面温度。选择该 种传感器测量精度高，使用寿命长，但价格偏高。
