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1、第六章傳感器 1傳感器及其工作原理,一、傳感器 1.定義:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分 等_______量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為電 壓、電流等_____量,或轉換為電路的_____的元件。 2.非電學量轉換為電學量的意義:把非電學量轉換為 電學量,可以方便地進行_____、傳輸、處理和_____。,非電學,電學,通斷,測量,控制,二、光敏電阻 1.特點:光照越強,電阻_____。 2.原理:無光照時,載流子少,導電性能_____;隨著 光照的增強,載流子_____,導電性_____。 3.作用:把_________這個光學量轉換為_____這個 電學量。,越小,不好,增多,
2、變好,光照強弱,電阻,三、熱敏電阻和金屬熱電阻,減小,增大,大,溫度,電阻,四、霍爾元件 1.構造:很小的矩形半導體薄片上,制作四個電極E、F、M、N。 2.霍爾電壓:如圖,E、F間通入 恒定電流I,同時外加與薄片 垂直的磁場B,則M、N間出現 霍爾電壓UH,UH=_____。,3.作用:把___________這個磁學量轉換為_____這個電學量。,磁感應強度,電壓,【思考辨析】 (1)傳感器可以把非電學量轉換為電學量。() (2)光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化,光照越強電阻越大。() (3)熱敏電阻一般用半導體材料制作,導電能力隨溫度的升高而增強,但靈敏度低。(),(4)金屬熱電阻隨溫度
3、的升高導電能力增強,它的化學穩(wěn)定性好,測量范圍大。() (5)熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量。(),提示:(1)。傳感器可以把非電學量轉換為電學量。 (2)。光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化,但光照越強,電阻越小,導電能力越強。 (3)。熱敏電阻是用半導體材料制作的,導電能力隨溫度的升高而增強,且靈敏度高。,(4)。金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大,即導電能力減弱。 (5)。熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量。,【生活鏈接】 大型的數字型電子汽車衡是應用什么傳感器稱量汽車的重量的?,提示:數字型電子汽車衡是采用當今世界先進的數字式稱重
4、傳感器和數字式稱重顯示儀及各種外配設備而設計的全電子模塊化汽車稱重系統。,知識點一對傳感器的認識 探究導入: 當人們走近和離開一些賓館或商場的自動門時,門會自動開關,這就是傳感器在起作用。 (1)傳感器由哪幾部分組成? (2)傳感器是如何工作的?,提示:(1)傳感器一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路組成。 (2)傳感器將非電學量通過敏感元件、轉換元件和轉換電路轉變?yōu)殡妼W量。,【歸納總結】 1.傳感器的組成和工作流程: (1)傳感器的組成。 敏感元件:相當于人的感覺器官,是傳感器的核心部分,是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。,轉換元件:是傳感器中能將敏感元件輸
5、出的與被測物理量成一定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件。 轉換電路:將轉換元件輸出的不易測量的電學量轉換成易于測量的電學量,如電壓、電流、電阻等。,(2)傳感器的工作流程。,2.傳感器的原理:傳感器感受的通常是非電學量,如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等,而輸出的通常是電學量,如電壓、電流、電荷量等。這些輸出的信號是非常微弱的,通常需要經過放大后,再傳送給控制系統產生各種控制動作。,【典題通關】 【典例】溫度傳感器廣泛應用于室內空調、電冰箱和微波爐等家電產品中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性工作的。如圖甲中，電源的電動勢E=9.0 V，內電阻可忽略不計；G為靈敏電流表
6、，內阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關系如圖乙的R-t圖線所示，閉合開關，,當R的溫度等于120 時，電流表示數I1=3 mA，求：,(1)電流表G的內阻Rg。 (2)當電流表的示數I2=1.8 mA時,熱敏電阻R的溫度。,【審題關鍵】,【正確解答】(1)由圖乙知熱敏電阻R的溫度在120 時,電阻為2 k,閉合電路的電流為I1=3 mA 根據閉合電路歐姆定律得: Rg=,(2)當電流表的示數I2=1.8 mA時 R= 由圖乙可知當熱敏電阻R阻值為4 000 時的溫度 為20 。 答案:(1)1 000 (2)20 ,【過關訓練】 1.(2018德州高二檢測)通常當人走向銀行
7、門口時, 門就會自動打開,是因為門上安裝了下列哪種傳感 器() A.溫度傳感器B.壓力傳感器 C.紅外線傳感器D.聲音傳感器,【解析】選C。人走向門口時,門會自動打開,是因為安裝了紅外線傳感器,從而能感知紅外線,導致門被打開。,2.如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置,其中電源電壓保持不變,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端。在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數,可以了解油量情況,你認為電壓表應該接在圖中的______兩點之間,按照你的接法請回答:當油箱中油量減少時,電壓表的示數將________(選填“增大”或“減小”)。,【解析】由題圖可知當油箱內液面
8、高度變化時,R的金屬滑片將會移動,電路中電流發(fā)生變化,從而引起R兩端電壓的變化,所以電壓表應接在c、d之間,當油量減少時,電壓表示數將減小。 答案:c、d減小,【補償訓練】 1.幾年前,中國牛奶行業(yè)經歷了一次嚴峻考驗,許多牛奶制品中被檢測出化學原料三聚氰胺。在多種檢測三聚氰胺的方法中有一種“酶標法檢測”,若這種檢測方法使用了傳感器,應為傳感器中的哪一類() A.物理傳感器B.化學傳感器 C.生物傳感器D.溫度傳感器,【解析】選C。檢測方法為酶標法,所以其原理應該是利用了生物酶,故應為生物傳感器,所以C對。,2.傳感器是把非電學量(如溫度、速度、壓力等)的變化轉換為電學量變化的一種元件,在自動控
9、制中有著相當廣泛的應用。如圖是一種測量液面高度h的電容式傳感器的示意圖。電容C大小的變化就能反映液面的升降情況。關于兩者關系的說法中正確的是(),A.C增大表示h減小 B.C減小表示h增大 C.C減小表示h減小 D.C的變化與h變化無直接關系,【解析】選C。C增大表示電容器的正對面積變大,h增大,C減小表示h減小,故C正確。,知識點二對敏感元件的認識 探究導入: 傳感器的核心元件是敏感元件,請思考: (1)敏感元件在傳感器中起什么作用? (2)生產、生活中有哪幾類敏感元件?,提示:(1)傳感器的主要作用是感受光、聲音、溫度、磁場等非電學量,并把它們轉換為便于測量、傳輸、處理和控制的電學量。 (
10、2)生產、生活中常見的敏感元件有光敏電阻、力敏元件、磁敏元件、氣敏元件、溫敏元件等。,【歸納總結】 1.光敏電阻:光敏電阻一般由半導體材料制成,當半導體材料受到光照時,會有更多的電子獲得能量成為自由電子,同時也形成更多的空穴,于是導電性能明顯增強。光敏電阻把光照的強弱轉換為電阻的大小。,2.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點: (1)熱敏電阻:指用半導體材料制成,電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖線所示為某熱敏電阻的電阻溫度特性曲線。,(2)金屬熱電阻:有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,如圖線所示,這樣的電阻也可以制作溫度傳感器。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量
11、,但相比而言,金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好,測溫范圍大,而熱敏電阻的靈敏度較好。,3.霍爾元件: (1)電場的產生:運動的載流子在洛倫茲力作用下在導體板的一側聚集,在導體板的另一側會出現多余的另一種電荷,從而形成橫向電場。,(2)電壓的形成:橫向電場對載流子施加與洛倫茲力方 向相反的靜電力,當靜電力與洛倫茲力達到平衡時,導 體板兩側會形成穩(wěn)定的電壓,UH= 。UH與B成正比是 霍爾元件能把磁學量轉換成電學量的原因。,【典題通關】 考查角度1 對光敏電阻的認識 【典例1】如圖所示,將一光敏電阻接在多用電表兩表 筆上,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,用光照射光 敏電阻時,表針自左向右的偏角為;現用手
12、掌擋住部 分光線,表針自左向右的偏角為,則可判斷(),A.=B.D.不能確定,【正確解答】選B。光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小,用手掌擋住部分光線,阻值變大,由歐姆擋的特點知,指針左偏,故指針自左向右的偏轉角度變小。故選B。,考查角度2 熱敏電阻在電路中的應用 【典例2】如圖所示,R1為定值電阻,R2為負溫度系數的熱敏電阻(負溫度系數熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻),L為小燈泡,當溫度降低時(),A.R1兩端的電壓增大 B.電流表的示數增大 C.小燈泡的亮度變強 D.小燈泡的亮度變弱,【正確解答】選C。R2與燈泡L并聯后再與R1串聯,與電源構成閉合電路,當溫度降低時,熱敏電
13、阻R2電阻值增大,外電路電阻增大,電流表讀數減小,燈泡L兩端的電壓增大,燈泡的亮度變強,R1兩端的電壓減小,故只有C正確。,【過關訓練】 1.許多樓道燈具有這樣的功能,天黑時,出現聲音就開啟,而在白天時,即使有聲音它也沒有什么反應。它的控制電路中接入的兩個傳感器是() A.溫度傳感器和聲傳感器 B.溫度傳感器和力傳感器 C.光傳感器和力傳感器 D.光傳感器和聲傳感器,【解析】選D。樓道照明燈天黑時,出現聲音它就開啟;而在白天,即使有聲音它也沒有反應。原因是天黑沒有光,則聲音傳感器起作用,而在白天聲音傳感器不起作用,所以電路中光傳感器安裝在聲音傳感器之前。,2.(多選)(2018榆林高二檢測)如
14、圖所示的電路中,當半導體材料做成的熱敏電阻浸泡到熱水中時,電流表示數增大,則說明),A.在溫度越高時,熱敏電阻阻值越小 B.在溫度越高時,熱敏電阻阻值越大 C.半導體材料溫度升高時,導電性能變差 D.半導體材料溫度升高時,導電性能變好,【解析】選A、D。由電流表的變化判斷半導體的電阻的變化,溫度升高時,由閉合電路歐姆定律可知電路中總電流增大,則總電阻減小,則熱敏電阻阻值減小,故A、D正確。,【補償訓練】 1.霍爾元件能轉換的物理量是() A.把溫度這個熱學量轉換成電阻這個電學量 B.把磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量 C.把力這個力學量轉換成電壓這個電學量 D.把光照強弱這個光學量轉換
15、成電阻這個電學量,【解析】選B。根據霍爾元件工作原理,載流子在洛倫茲力作用下漂移,形成霍爾電壓,所以,它將磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量,故B正確。,2.(多選)如圖所示RT為正溫度系數熱敏電阻,R1為光敏 電阻,R2和R3均為定值電阻,電源電動勢為E,內阻為r, V為理想電壓表,現發(fā)現電壓表示數增大,可能的原因 是(),A.熱敏電阻溫度升高,其他條件不變 B.熱敏電阻溫度降低,其他條件不變 C.光照增強,其他條件不變 D.光照減弱,其他條件不變,【解析】選B、D。RT為正溫度系數熱敏電阻,熱敏電阻溫度降低時,阻值變小,其他條件不變,電路的總電阻減小;根據歐姆定律可知電路的總電流增大
16、,路端電壓變小,R2兩端的電壓變大,R1兩端的電壓變小,通過R1的電流減小,則通過R3的電流增大,電壓表示數增大,A錯誤,B正確。光照減弱時,光敏電阻的阻值變大,其他條件,不變,電路的總電阻增大;根據歐姆定律可知總電流減小,路端電壓變大,R2兩端的電壓減小,并聯部分兩端的電壓變大,通過R3的電流增大,電壓表示數增大,故選項C錯誤,D正確。,【拓展例題】考查內容:霍爾元件的分析 【典例】(多選)如圖是霍爾元件的工作原理示意圖, 用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數,對于一個霍爾元件 d、k為定值,如果保持I恒定,則可以驗證UH隨B的變化 情況。以下說法中正確的是(工作面是指較大的平 面)(),A.將
17、永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面, UH將變大 B.在測定地球兩極的磁場強弱時,霍爾元件的工作面 應保持水平 C.在測定地球赤道上的磁場強弱時,霍爾元件的工作 面應保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化,【正確解答】選A、B、D。將永磁體的磁極逐漸靠近霍 爾元件的工作面時,B增大,I恒定,由公式UH= 知UH將 變大,選項A正確;地球兩極的磁場方向在豎直方向上, 所以霍爾元件的工作面應保持水平,使B與工作面垂直, 選項B正確;地球赤道上的磁場沿水平方向,只有霍爾元 件的工作面在豎直方向且垂直于南北時,B才與工作面 垂直,選項C錯誤;改變磁感線與霍爾元件工作面的,
18、夾角,B垂直工作面的大小發(fā)生變化,UH將發(fā)生變化,選項D正確。,科學技術社會環(huán)境傳感器的工作原理 【命題素材】 傳感器在現代社會我們的日常生活中是很常見的一種設備,它是一種感知元件,它通常能把非電學量(如力、光等)的變化,轉換為電學量(如電流、電壓等)的變化或電路的通斷,它在自動控制中有著廣泛的應用。,【信息提取流程】 1.信息定位:傳感器的作用。 2.物理模型:傳感器。 3.物理知識:傳感器是怎樣把非電學量(如力、光等)的變化,轉換為電學量(如電流、電壓等)的變化,或電路的通斷。 4.結果討論:傳感器的工作原理。,【案例示范】(多選)傳感器是指這樣一類元件,它通常能把非電學量(如力、光等)的變化,轉換為電學量(如電流、電壓等)的變化或電路的通斷,它在自動控制中有著廣泛的應用。關于制作傳感器需要的元器件,下列說法正確的是(),A.熱敏電阻能夠把溫度的變化轉換為其阻值的變化 B.金屬熱電阻能夠把溫度的變化轉換為其阻值的變化 C.光敏電阻能夠把光照強弱的變化轉換為其阻值的變化 D.所有傳感器都是由半導體材料制作的,【解析】選A、B、C。熱敏電阻、金屬熱電阻、光敏電阻等都是把溫度或光照強度的變化轉換為其阻值的變化,從而實現電路中電流或電壓的變化的,故A、B、C都是正確的;而并非所有的傳感器都是由半導體材料制成的,半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料都可以用來制作傳感器,故D錯誤。,
2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt
