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(共21张PPT)
知识点1　常见传感器的工作原理
1.温度传感器
(1)热敏电阻温度传感器
热敏电阻由半导体材料制成,其电阻的阻值随温度灵敏变化,可分为阻值随温度升高而减小
的负温度系数热敏电阻(NTC)和阻值随温度升高而增大的正温度系数热敏电阻(PTC)。
(2)热电阻温度传感器
用金属丝制作而成,阻值随温度的升高而变大,可用于测温和测量流体的流量等。
(3)热双金属片温度传感器
双金属片在温度变化时由于“膨胀系数”不同而产生的形变不同,可用来控制电路的通断,
2　常见传感器的工作原理
3　传感器的应用举例
4　自制简单的控制电路
必备知识 清单破
常用在温度控制装置中。
2.光传感器
(1)材料:金属或半导体。
(2)信号转换:光信号转换为电信号(电流、电压)。
(3)常见应用
①自动门和自动水龙头为红外线传感器,在环境监测、火灾报警中利用了光传感器。
②测量机械转速时用到光传感器。
3.力传感器
(1)装置作用:把力学量转换为电学量。
(2)敏感元件:应变片。
(3)信号输出:电压差。
(4)工作原理

(5)常见应用:电子秤。
知识点2　传感器的应用
1.温度传感器的应用——电熨斗
工作原理:①通电后,电热丝发热并将热量传给电熨斗底部的金属底板,熨烫衣物。
②当底板温度达到设定温度时,与底板固定在一起的双金属片受热向下弯曲,两触点分离,电
路断开,底板的温度不再升高;由于散热,底板温度降低,双金属片的形变恢复,电路接通,继续
加热,如此往复,使底板温度保持在一定的范围内。
③旋转调温旋钮的升降螺丝,可根据需要设定不同的温度。
2.温度传感器的应用——电饭锅
工作原理:按下手动开关,触点连接,电热板加热,此时永磁铁与感温铁氧体吸在一起,当锅内缺
水或锅底开始糊锅,温度升高到103 ℃时,感温铁氧体失去磁性,永磁铁下移,两触点分离,锅底
温度不再升高。
3.光传感器的应用——火灾报警器
(1)遮光型光电式烟雾报警器
①结构

②工作原理:正常情况下,发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上,将其
转换成电信号,使整个电路维持在正常状态,不发出警报。发生火灾时烟雾进入检测室,光被
烟雾粒子反射或散射,照射到受光元件上的光强明显减弱,破坏了电路的正常状态,由此发出
报警信号。
(2)散射型光电式烟雾报警器
①结构

②工作原理:正常情况下,发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光,不能照射到受光元件上,
电路维持正常状态。当发生火灾时,光经烟雾反射或散射照射到受光元件上,由此发出报警
信号。
4.各种传感器的应用——汽车
(1)目前,一辆普通轿车上安装几十到近百个传感器,而配置较高的车型上的传感器数量可多
达几百个。
(2)传感器可以感受到汽车行驶过程中的各种工况信息,并将这些信息按一定规律转换成电
信号或其他所需形式的信号,进而对汽车各种信息进行实时、有效地监控,从而使汽车工作
在最佳状态。
知识点3　光控LED灯
1.原理框图

2.电路图
3.工作原理
有光照的情况下,光敏电阻的阻值只有几欧到几十欧,Q1的基极和发射极间电压小,不能导通,
Q2的基极和发射极间的电压也较小,也不能导通,所以LED不会发光。当无光照时,光敏电阻
的阻值会达到MΩ量级。Q1的基极与发射极间的电压大,导通,Q2的发射极与基极间的电压较
大,导通,于是LED发光。
知识点4　温度报警器
1.原理框图

2.电路图
3.工作原理
接通电源后,先调节R1使蜂鸣器在常温下不发声。再利用热水使热敏电阻的温度升高,到达
某一温度时,Q1的发射极和基极间的电压足够大,导通,蜂鸣器中有电流通过,会发出报警声。
知识辨析
1.当温度升高时,热敏电阻的导电能力都明显增强吗
2.所有传感器都是由半导体材料制成的吗
3.家用汽车已经配备自动大灯,可以自动控制灯光的开启和关闭,比如白天突然进入隧道或者
清晨傍晚光线不好时,大灯自动打开照亮前路,使行车更安全。大灯的自动开启和关闭是如
何实现的？
一语破的
1.不是。对于负温度系数的热敏电阻,温度升高时,载流子数增多,于是导电性明显地增强,电
阻减小。
2.不是。比如,金属热电阻用金属丝制作。
3.用光控开关控制大灯的开启和关闭,光敏元件收集的光照强度弱到一定程度时,大灯亮起。
1.电阻式传感器性能比较
敏感 元件 热敏电阻 金属热 电阻 光敏 电阻 电阻应
变片
特点 正温度系数热敏电阻随温度升高电阻变大;负温度系数热敏电阻随温度升高电阻减小 电阻率随温度的
升高而增加 在强光下电阻
小,在弱光下电
阻大 受到拉力时,电
阻变大;受到压
力时,电阻变小
敏感 材料 半导体 金属 把硫化镉或硒化
镉涂敷在绝缘板
上,其表面镀银 金属
关键能力 定点破
定点 1 电阻式传感器的应用与分析
优点 灵敏度好 测温范 围大 灵敏度好 灵敏
度好
应用 空调机 电饭煲 照相机 电子秤
2.传感器的应用步骤
物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们
可以把传感器的应用过程分为三个步骤:
(1)信息采集。
(2)信息加工、放大、传输。
(3)利用所获得的信息执行某种操作。
3.分析传感器问题要注意三点
(1)感受量分析:要明确传感器所感受的物理量,如力、热、光、磁、声等。
(2)输入、输出信号分析:明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号,以及输入信
号与输出信号间的变化规律。
(3)电路结构分析:认真分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用电子元件工作特点的基础上,
分析电路输出信号与输入信号间的规律。
典例 (多选)如图所示为电熨斗结构的示意图,其中温度敏感元件是双金属片【1】,其作用是控
制电路的通断【2】。下列相关说法中正确的是 (　 )
A.当温度升高时,双金属片下层的膨胀大于上层
B.常温下,电熨斗的上下触点是分离的
CD
C.当温度过高时,双金属片向下弯曲
D.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
思路点拨 温度较低时,触点接触【3】;当温度较高时,双金属片上层的膨胀大于下层,金属片向
下弯曲,触点分离【4】,使底板温度维持在一定范围内,通过调温旋钮的升降可以控制温度的高
低【5】。
信息提取 【1】温度变化时由于“膨胀系数”不同而产生的形变不同。
【2】相当于开关,常用在温度控制装置中。
解析 常温下,触点接触;电热丝通电加热,双金属片温度升高,双金属片上层的膨胀系数较大,
双金属片向下弯曲,升高到一定温度时触点分开,电热丝停止加热,故A、B错误,C正确(由
【1】【2】【3】【4】可得)。需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺丝下移,使弹
性铜片向下弯曲,当触点分离时双金属片向下弯曲的程度要大一些,温度要更高一些,故D正
确(由【1】【2】【5】可得)。
图示 原理
测定角度θ的电容式传感器 动片与定片之间的角度θ发
生变化,会引起极板正对面积
S的变化,这就使电容C发生
了变化。知道C的变化情况,
就可以知道θ的变化情况

定点 2 常见电容式传感器的原理及分析
测定液面高度h的电容式传
感器 在导线芯的外面涂上一层绝
缘物质,放入导电液体中,导
线芯和导电液体构成电容器
的两个电极,导线芯外面的绝
缘物质就是电介质,液面高度
h发生变化时,引起正对面积
发生变化,电容C发生变化。
知道C的变化情况,就可以知
道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片
电极上时,膜片发生形变,使
极板间距离d发生变化,从而
引起电容C的变化。知道C的
变化情况,就可以知道F的变
化情况
测定位移x的电容式传感器 随着电介质进入极板间的长
度发生变化,电容C发生变
化。知道C的变化情况,就可
以知道x的变化情况2　常见传感器的工作原理　3　传感器的应用举例
4　自制简单的控制电路
基础过关练
题组一　温度传感器
1.某学习小组的同学在用“多用电表研究热敏电阻特性”的实验中,安装好如图所示的装置。向杯内加入冷水,此时温度计的示数为20 ℃,多用电表选择适当的挡位,读出热敏电阻的阻值R1,然后向杯内加入热水,当温度计的示数为60 ℃时,发现多用电表的指针偏转角度较大,则下列说法正确的是(　　)
A.多用电表应选用电流挡,温度升高时换用大量程测量
B.多用电表应选用电流挡,温度升高时换用小量程测量
C.多用电表应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡测量
D.多用电表应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡测量
2.(多选题)(经典题)某一电熨斗的温控电路原理如图。1是温控螺丝,2是有弹性的金属片,4是绝缘块,5是加热电阻,6是电熨斗底板。图中3是一种传感器,当温度升高到某一数值时,温控螺丝1与金属片2断开,不再接触,从而切断电源。则下列说法正确的是(　　)
A.3可能是光敏电阻
B.3可能是双金属片
C.将1向下调,可提高熨斗的最高温度
D.将1向下调,可降低熨斗的最高温度
题组二　光传感器
3.(多选题)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,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,则下述说法正确的是(　　)
甲
乙
A.传送带运动的速度是0.1 m/s
B.传送带运动的速度是0.2 m/s
C.该传送带每小时输送3 600个工件
D.该传送带每小时输送7 200个工件
4.如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在小车上,C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮,车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n,累积脉冲数为N。试回答下列问题。
(1)要测出小车的速度和路程,还必须测量的物理量有哪些
(2)推导小车速度的表达式;
(3)推导小车路程的表达式。
题组三　力传感器
5.(经典题)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)
A.应变片都是由半导体材料制成的
B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变小;反之变大
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大,输出的电压差值越大
6.如图是测量汽车质量的地磅示意图,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是(　　)
A.电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B.电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C.把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量
D.地磅的量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关
题组四　传感器的应用
7.(经典题)(多选题)如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻,R0是保护电路的定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,衔铁与触点E、F分离,与触点G、H接触,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,与触点G、H分离,与触点E、F接触,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起,下列关于该电路的说法中正确的是(　　)
A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B.增大光敏电阻所在电路的电源电动势,会减少每天路灯的照明时间
C.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
D.增大保护电阻R0的阻值可延长每天路灯的照明时间
8.(经典题)如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧,弹簧与电容器固定在外框上,金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动),电容器与电源连接,并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(　　)
A.汽车保持静止时,电容器不带电
B.汽车静止时与直线运动时,电容器的电容可能相同
C.汽车由静止突然向右加速,电路中有逆时针方向的电流
D.汽车向右做匀加速运动过程中,电路中始终有顺时针方向的电流
能力提升练
题组一　敏感元件的特性
1.(多选题)雅安市某小区为积极响应市政府提出的“迎峰度冬”节约用电工作,拟将小区路灯电路进行改造,实现路灯亮度自控。如图所示为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,R为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。现减小光照强度,下列判断正确的是(　　)
A.电源的效率变大
B.A灯和B灯都变亮
C.R0两端电压变大
D.电源内部发热功率不变
2.图甲为某实验小组探究热敏电阻的阻值与温度关系的实验装置。通过酒精灯加热改变水温,在热敏电阻的温度参数允许范围内选取9个不同的温度点进行实验,采集的数据如表所示。
温度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 80 90
电阻/kΩ 10.0 8.6 7.0 5.5 4.3 3.6 3.0 2.5 2.0
甲
乙
请完成以下内容:
(1)在图乙的坐标系上补齐表中所给数据点并作出R-t图线;
(2)由R-t图线可知,当温度t=45 ℃时,该电阻的阻值为　　　　 kΩ(保留一位小数);
(3)由R-t图线可知,该电阻的阻值随温度的升高而　　　　(选填“增大”或“减小”),可见该电阻的　　　　随温度的升高而减小。
题组二　敏感元件在生活中的应用
3.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,光敏三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是(　　)
甲
乙
A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
4.如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果,按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上,R1所受压力越大阻值越小。当R2两端电压超过某一值时,使控制电路接通,电磁铁吸引衔铁。该控制电路中包含保持电路,能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是(　　)
A.为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数
B.为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小
C.为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值
D.质量大的苹果将进入上通道
5.(经典题)某同学了解到,给大货车“称重”,用到了压阻应变片,当改变对压阻应变片的压力时,其阻值发生变化,这种效应称为“压阻效应”。现用如图甲所示的电路研究某压阻应变片Rx的压阻效应。已知Rx的阻值变化范围为几欧姆到几十欧姆,所用电源的电动势为3 V,内阻忽略不计。
甲
除图甲中的器材外,实验室还提供了如下器材可供选择:
电压表V(量程为0~15 V,内阻约为20 kΩ,其读数用U表示);
电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻r1=1.5 Ω,其读数用I1表示);
电流表A2(量程为0~0.6 A,内阻约为2 Ω,其读数用I2表示)。
(1)请将图甲中电路虚线框内的部分补充完整,并用相应的符号标注元件。
(2)在电阻Rx上施加压力F,闭合开关S,记下电表读数,可得Rx=　　　　(用题目中给出的字母表示)。
(3)改变压力F,得到不同的Rx的阻值,绘成如图乙所示图像,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx=　　　　。
乙
(4)该同学用提供的器材设计了如图丙所示电路,想把电流表改成简单压力表,即直接在电流表的表盘上对应电流位置处标上压力大小。在0.15 A处标0,则调零电阻R0=　　,此压力表能测量的最大压力F m=　　　。(结果均保留两位有效数字)
丙
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.BC 3.BC 5.D 6.A 7.BD 8.B
1.D　测电阻应选用欧姆挡,当温度升高时,热敏电阻的阻值受温度变化的影响,多用电表的指针偏转角度较大,说明此时电阻的阻值较小,所以应换用倍率小的挡测量,选项D正确。
导师点睛　表盘上欧姆挡对应的刻度是左大右小,使用欧姆挡测电阻时指针的偏转是从左向右的,所以指针偏转角度较大,说明此时电阻较小,应该换倍率较小的挡测量。
2.BC　电熨斗的温控是通过双金属片受热弯曲的原理来实现的,故3是双金属片,不是光敏电阻;由于弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关,故当将1向下调时,弹簧铜片的形变程度变大,弹性势能增大,这样可提高熨斗的最高温度,故选B、C。
3.BC　由题图乙可知,每隔1 s记录一个工件,因此传送带运动的速度是0.2 m/s,每小时该传送带输送3 600个工件,故选B、C。
4.答案　见解析
解析　(1)小车的速度在数值上等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积,路程等于车轮的周长与累积时间内车轮转动圈数的乘积,所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。
(2)齿轮的齿数为P,则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数为P。
已知单位时间内的脉冲数为n,所以单位时间内齿轮转动圈数为,
小车车轮的周长为2πR,
则小车速度的表达式为v=。
(3)累积时间内车轮转动圈数为,
小车车轮的周长为2πR,
则小车路程的表达式为s=。
5.D　常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,故选项A错误;当应变片拉伸时,其电阻变大,反之变小,选项B错误;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值,并且随着外力的增大,输出的电压差值增大,故选项C错误,选项D正确。
6.A　汽车质量越大,弹簧受到的压力就越大,滑动变阻器连入电路的电阻就越小,电流表的示数就越大,选项A正确,B错误;如果把电流表换成电压表,因为电压表的内阻较大,所以滑动变阻器接入电路的阻值发生变化时,电压表的示数变化较小,故不能准确地测量汽车质量,选项C错误;因为地磅将力信号转换成了电信号,故地磅的量程还与电源电动势、电表量程等参数有关,选项D错误。
7.BD　日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,可知电磁继电器线圈中的电流较大,控制电路的电动势不变,根据闭合电路欧姆定律,控制电路的总电阻较小,因此该光敏电阻阻值随光照强度增大而减小,故A错误;增大控制电路的电动势,电磁继电器把衔铁吸下时的电流一定,由闭合电路欧姆定律可知,此时控制电路中的总电阻增大了,故光敏电阻的阻值增大了,可知对应的光的强度减小了,因此减少了每天路灯的照明时间,故B正确;LED路灯的盏数不影响控制电路,若考虑蓄电池的容量,则并联更多的LED路灯,亮起时会更快地消耗电能,可能会减少路灯的照明时间,故C错误;控制电路的电动势不变,电磁继电器把衔铁吸下时的电流一定,增大保护电阻R0,此时光敏电阻的阻值减小了,可知对应的光的强度增大了,故增大了每天路灯的照明时间,故D正确。
8.B　汽车保持静止时,电容器带电,故A错误;汽车静止时与匀速直线运动时,电容器的电容相同,故B正确;当汽车由静止突然向右加速时,根据牛顿第二定律可知,金属块受到弹簧的弹力向右,弹簧伸长,则电介质相对于电容器向左运动,由C=可知电容变大,因两极板间的电压不变,则电容器所带的电荷量变大,电路中有顺时针方向的电流,故C错误;汽车向右做匀加速运动过程中,加速度不变,弹簧伸长量不变,电容器充电完成后,电路中不再有电流,故D错误。
能力提升练
1.AB　电源的效率为η=×100%=×100%,减小光照强度,光敏电阻阻值增大,则外电阻增大,电源的效率增大,故A正确;减小光照强度,光敏电阻阻值增大,外电阻增大,根据I总=可知,总电流减小,根据U=E-I总r可知,路端电压增大,根据I=可知通过A灯的电流增大,A灯变亮,总电流减小,故通过R0的电流减小,R0两端电压减小,则B灯两端电压增大,B灯变亮,故B正确,C错误;总电流减小,根据P=r知,电源内部发热的功率减小,故D错误。
2.答案　(1)见解析　(2)4.8　(3)减小　电阻率
解析　(1)在坐标系上补齐表中所给数据点,然后用光滑的曲线连接各点,如图。
(2)由图可知45 ℃时,热敏电阻的阻值约为4.8 kΩ;
(3)由R-t图线可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,所以该电阻的电阻率随温度的升高而减小。
3.B　信号处理系统获得的电压是R0两端的电压,当扫描笔头在黑色线条上移动时,光敏三极管相当于大电阻,根据闭合电路欧姆定律,回路中的电流较小,R0两端的电压较低,信号处理系统获得低电压;当扫描笔头在白色间隔上移动时,光敏三极管相当于小电阻,回路中的电流较大,R0两端的电压较高,信号处理系统获得高电压,A错误,B正确;如果扫描速度发生变化,在信号处理系统中高、低电压的时间间隔就会发生变化,可能出现错误识别信息,C错误;扫描笔头外壳出现破损时,外面的光照射到光敏三极管,从而出现错误信息,不能正常工作,D错误。
4.B　根据题意,当大苹果通过托盘秤时,R2两端的电压达到放大电路的激励电压,使放大电路中的电磁铁吸引衔铁,大苹果进入下通道,故D错误。为了选出质量更大的苹果,在苹果达到一定质量前,保持电磁铁的磁性不变,而因压力越大,R1越小,此时回路中的电流越大,而要保持电磁铁的磁性不变,需要减小缠绕电磁铁线圈的匝数,A错误。为了选出质量更大的苹果,在苹果达到一定质量前,使得R2两端电压保持不变,因R1减小,而其他条件不变的情况下,只能减小和传感器R1相连接电路中电源A的输出电压,故B正确。为了选出质量更大的苹果,在苹果达到一定质量前,使得R2两端电压保持不变;因压力越大,电阻R1越小,此时回路中的电流就越大,R2的电压就会变得更大,则要想保持R2的电压和原来一致,应适当减小R2的阻值,故C错误。
5.答案　(1)见解析　(2)　(3)(18-2F)Ω
(4)0.50 Ω　　7.5 N
解析　(1)由于电压表V量程过大,所以将电流表A1作为电压表使用(A1内阻已知,可以由两电流表读数表示出通过Rx的电流),如图所示。
(2)根据欧姆定律得Rx==。
(3)根据图乙可知Rx=(18-2F)Ω。
(4)由闭合电路欧姆定律得I==,
若F=0,I=0.15 A,解得R0=0.5 Ω,
当I=0.6 A时,解得Fm=7.5 N。
方法技巧
分析传感器问题要注意三点
　　(1)感受量分析:要明确传感器所感受的物理量,如力、热、光、磁、声等。
　　(2)输入、输出信号分析:明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号,以及输入信号与输出信号间的变化规律。
　　(3)电路结构分析:认真分析传感器所在电路的结构,在熟悉常用电子元件工作特点的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律。
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