1、传感器第五章传感器本章讲述传感器的相关知识随着科技的发展和社会的进步，传感器的应用已经越来越普及事实上，在我们的身边就大量地使用着各种各样的传感器例如，电视机、空调的遥控器装置中使用着光学传感器；唱卡拉OK时使用的话筒是一种将声音信号转换成电信号的传感器；电饭锅、电熨斗、电冰箱中使用着温度传感器等等新知探究知识点 认识传感器传感器传感器是能够感受诸如力、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成为电压、电流等电学量，或转换成为电路通断的元件1新知探究知识点 认识传感器传感器的工作流程和传感器组成1新知探究知识点 认识传感器(2)传感器的组成敏感元件：相当于人的感觉器官，是
2、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1新知探究知识点 认识传感器传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它的输出通常是电学量，这些输出信息是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制作用1新知探究知识点 认识传感器传感器的分类物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、电场、磁场等)发生明显
3、变化的特性制成的，如光电传感器、力电传感器等1新知探究知识点 认识传感器传感器的分类化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性制成的，用以检测或识别生物体内化学成分的传感器生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等1新知探究知识点 常见传感器光敏电阻1特点光照越强，电阻越小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2新知探究知识点 常见传感器热敏电阻和金属热电阻2新知探究电阻电阻项目项目
4、热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻特点特点电阻率随温度的升高而减小电阻率随温度的升高而减小电阻率随温度的升高而增大电阻率随温度的升高而增大RT图象图象制作材料制作材料半导体半导体金属金属导电原理导电原理自由电子和空穴等载流子自由电子和空穴等载流子自由电子的定向移动自由电子的定向移动优点优点灵敏度较好灵敏度较好化学稳定性好，测温范围大，化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差但灵敏度较差作用作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量将温度这个热学量转换为电阻这个电学量知识点 常见传感器特别提醒2新知探究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按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电
5、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温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小知识点 常见传感器【例题1】(多选)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中电流减小C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大点拨:R3的变化R并变化R总变化I总变化U端变化各电流、电压的变化。2新知探究知识点 常见传感器解析:当光照强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R
6、1两端电压因干路电流增大而增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,而电压表的示数增大,A项正确,D项错误;由路端电压减小,而R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B项正确;结合干路电流增大可知流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,C项正确。答案:ABC2新知探究知识点 常见传感器题后反思熟知光敏电阻与热敏电阻的特性是解决此类问题的关键,即光敏电阻的阻值随光照的增强而减小;热敏电阻的阻值随温度的升高,负温度系数的电阻减小、正温度系数的电阻增大。触类旁通若将例题1中的光敏电阻R3换为负温度系数的热敏电阻,那么温度升高时,电压表的示数、小灯泡的功率如何变化?答案:增大增
7、大2新知探究知识点 常见传感器电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏原件。2新知探究知识点 常见传感器电容式传感器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、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2新知探究知识点 常见传感器电容式传感器2.常见电容式传感器2新知探究名称名称传感器传感器原理原理测定角测定角度度的电的电容式传容式传感器感器当动片与定片之间的角度当动片与定片之间的角度发生变发生变化时，引起极板正对面积化时，引起极板正对面积S的变的变化，使电容化，使电
8、容C发生变化，知道发生变化，知道C的的变化，就可以知道变化，就可以知道的变化情况的变化情况测定液测定液面高度面高度h的电容的电容式传感式传感器器在导线芯的外面涂上一层绝缘物在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度质，液面高度h发生变化时，引起发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容正对面积发生变化，使电容C发发生变化知道生变化知道C的变化，就可以的变化，就可以知道知道h的变化情况的变化情况知识点 常见传感器电容式传感器2新知探究
9、名称名称传感器传感器原理原理测定压力测定压力F的电容的电容式传感器式传感器待测压力待测压力F作用于可动膜作用于可动膜片电极上的时候，膜片发片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容发生变化，引起电容C的的变化，知道变化，知道C的变化，就的变化，就可以知道可以知道F的变化情况的变化情况测定位移测定位移x的电容式的电容式传感器传感器随着电介质进入极板间的随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容长度发生变化，电容C发发生变化，知道生变化，知道C的变化，的变化，就可以知道就可以知道x的变化情况的变化情况.知识点 常见传感器霍尔元件1构造：如图所示，在一个很小的矩
10、形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件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2新知探究知识点 常见传感器霍尔元件2霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压，2新知探究知识点 常见传感器霍尔元件2新知探究知识点 常见传感器霍尔元件2新知探究知识点 常见传感器4霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中例如，用霍尔效应可以确定一种半导体材
11、料是电子型还是空穴型半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途例如，测量磁场，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号(如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等)2新知探究知识点 常见传感器【例题2】如图所示,截面为矩形的金属导体,放在磁场中,当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势有什么关系()A.UMUNB.UM=UNC.UMUN。答案:A题后反思金属导体中能够自由移动的是电子,电子带负电。在霍尔现象中负电荷向某一方向定向移动与正电荷向相反方向定向移动不等效。2新
12、知探究1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BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大课堂训练【解析】当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大【答案】ABC课堂训练【方法总结】(1)光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小(2)光敏电阻阻值的变化可以
13、引起电路中其他物理量的变化，通过分析电路解决问题课堂训练2如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向_(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向_(选填“左”或“右”)转动课堂训练解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光照射Rt，电阻减小，指针右偏答案：左右课堂训练3如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，下列描述正确的是()AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C
14、小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱课堂训练课堂训练【解析】R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错故选C.【答案】C课堂训练【方法总结】(1)热敏电阻其阻值随温度的变化而变化，有的随温度的升高而增大(PTC元件)有的随温度的升高而减小(NTC元件)(2)温度变化引起电阻阻值变化，从而改变电路中的电流或电压4如图甲为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用该热敏电阻和继电器做成温控电路(如图乙所示)课堂训练(1)简要分析温控电路的工作过程：_ _.(2)设继电器的线圈电阻为50，继电器线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6 V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？课堂训练课堂训练答案：见解析答案：见解析谢谢谢谢
