高中物理 第1節(jié) 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修32

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1、第六章第六章 傳感器傳感器 第第1節(jié)傳感器及其工作原理節(jié)傳感器及其工作原理 欄目鏈接欄目鏈接熱敏電阻器的兩種型號(hào)及其特性熱敏電阻器的兩種型號(hào)及其特性熱敏電阻器是電阻值隨溫度變化而變化的敏感元熱敏電阻器是電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫件在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)度系數(shù)(PTC)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)溫度系數(shù)(NTC)(NTC)熱敏電阻器熱敏電阻器熱敏電阻器可按電阻溫度特性、材料、結(jié)構(gòu)、工作方熱敏電阻器可按電阻溫度特性、材料、結(jié)構(gòu)、工作方式、工作

2、溫度和用途進(jìn)行分類式、工作溫度和用途進(jìn)行分類 欄目鏈接欄目鏈接熱敏電阻器的分類熱敏電阻器的分類分類方式分類方式類別類別電阻溫度特性電阻溫度特性正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)材料材料金屬、半導(dǎo)體金屬、半導(dǎo)體( (單晶、多晶、陶瓷單晶、多晶、陶瓷) )結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)珠狀、片狀、桿狀、膜狀珠狀、片狀、桿狀、膜狀工作方式工作方式直熱式、旁熱式直熱式、旁熱式工作溫度工作溫度常溫、高溫、低溫常溫、高溫、低溫用途用途測(cè)溫、控溫、輻射能測(cè)溫、控溫、輻射能( (功率功率) )測(cè)量、穩(wěn)壓測(cè)量、穩(wěn)壓( (穩(wěn)幅穩(wěn)幅) )等等 欄目鏈接欄目鏈接熱敏電阻器的用途十分廣泛，主要應(yīng)用于：利用電熱敏電阻器的用途十分廣泛

3、，主要應(yīng)用于：利用電阻溫度特性來(lái)測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路阻溫度特性來(lái)測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補(bǔ)償；利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開關(guān)、的溫度補(bǔ)償；利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開關(guān)、過(guò)流保護(hù)作用；利用不同介質(zhì)中熱耗散特性的差異測(cè)量過(guò)流保護(hù)作用；利用不同介質(zhì)中熱耗散特性的差異測(cè)量流量、流速、液面、熱導(dǎo)、真空度等；利用熱慣性作為流量、流速、液面、熱導(dǎo)、真空度等；利用熱慣性作為時(shí)間延遲器時(shí)間延遲器 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1 1傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能夠把它們按

4、照一定度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能夠把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為的規(guī)律轉(zhuǎn)換為_等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為_2 2光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量3 3熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為為_這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量4 4霍爾元件能夠把磁感強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為霍爾元件能夠把磁感強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量電壓、電流電壓、電流電路的通斷電路的通斷電阻電阻電阻電阻電壓電壓 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接一、傳感器及其原理一、傳感器及其

5、原理1 1傳感器傳感器傳感器是這樣一類元件：它能夠感受諸如力、光、聲、傳感器是這樣一類元件：它能夠感受諸如力、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路的通斷電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路的通斷2 2傳感器的分類：目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類傳感器的分類：目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，常用的分類方法有兩個(gè)：方法，常用的分類方法有兩個(gè)： 欄目鏈接欄目鏈接(1) (1) 按輸入量分類，如輸入量分別為溫度、壓力、位按輸入量分類，如輸入量分別為溫度、壓力、位移、速度、加速度等非電學(xué)量時(shí)，

6、相應(yīng)的傳感器稱為溫度移、速度、加速度等非電學(xué)量時(shí)，相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器傳感器(2) (2) 按傳感器的工作原理分類，可分為電阻傳感器、按傳感器的工作原理分類，可分為電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電容傳感器、電感傳感器、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等電傳感器、光柵傳感器等 欄目鏈接欄目鏈接3 3傳感器的原理傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出

7、的大多是電學(xué)量，如電濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的大多是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，一般壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，一般要經(jīng)過(guò)放大等處理后，再通過(guò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)要經(jīng)過(guò)放大等處理后，再通過(guò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作傳感器原理如下圖所示作傳感器原理如下圖所示 欄目鏈接欄目鏈接二、光敏電阻及其特性二、光敏電阻及其特性1 1光敏電阻的特性光敏電阻的特性光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量光敏電阻的電阻隨光照的增強(qiáng)而減小電學(xué)量光敏電阻的電阻隨光照的增強(qiáng)而減小2 2光敏電阻的工作原理光敏電

8、阻的工作原理光敏電阻在被陽(yáng)光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，原因是構(gòu)成光敏電阻在被陽(yáng)光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，原因是構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，電阻增大，隨光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，電電阻增大，隨光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，電阻減小阻減小 欄目鏈接欄目鏈接例例1 1 ( (雙選雙選) )如下圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意如下圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中圖，其中R R1 1為光敏電阻，為光敏電阻，R R2 2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是本工作原理是( (

9、) ) 欄目鏈接欄目鏈接A A當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B B當(dāng)有光照射當(dāng)有光照射R R1 1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：解析：每當(dāng)光照射在光敏電阻每當(dāng)光照射在光敏電阻R R1 1上時(shí)，上時(shí)，R R1 1電阻變小，串聯(lián)電阻變小，串聯(lián)電路中，電路中，R R2 2上的電壓變大，即信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓，上的電壓變大，即信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓，A A對(duì)

10、當(dāng)信號(hào)處理系統(tǒng)接收到一次低電壓，相應(yīng)計(jì)數(shù)一次，對(duì)當(dāng)信號(hào)處理系統(tǒng)接收到一次低電壓，相應(yīng)計(jì)數(shù)一次，所以此題應(yīng)選所以此題應(yīng)選A A、C.C.答案：答案：ACAC 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移1 1如下圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，如下圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻R Rt t的兩端相連，這時(shí)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將R Rt t包裹包裹起來(lái)，表針將向起來(lái)，表針將向_(_(填填“左左”或或“右右”) )轉(zhuǎn)動(dòng)；若用轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒照射手電筒

11、照射R Rt t，表針將向，表針將向_(_(填填“左左”或或“右右”) )轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng) 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將Rt用不透光的黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用不透光的黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏，電阻減小，指針右偏答案：答案：左右左右 欄目鏈接欄目鏈接三、熱敏電阻及其特性三、熱敏電阻及其特性1 1熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度的變化熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻減小，如圖所示為某一熱敏電阻的電明顯，溫度

12、升高電阻減小，如圖所示為某一熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的特性曲線阻值隨溫度變化的特性曲線 欄目鏈接欄目鏈接2 2金屬熱電阻金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻下圖為某金屬導(dǎo)阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻下圖為某金屬導(dǎo)線的電阻溫度特性曲線線的電阻溫度特性曲線 欄目鏈接欄目鏈接注意：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱注意：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的

13、靈敏度較好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好例例2 2 如圖所示，將萬(wàn)用表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，如圖所示，將萬(wàn)用表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻R Rt t的兩端相的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間若往連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間若往R Rt t上擦一些上擦一些酒精，表針將向酒精，表針將向_(_(填填“左左”或或“右右”) )移動(dòng)；若移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向_(_(填填“左左”或或“右右”) )移動(dòng)移動(dòng) 欄目鏈接欄目鏈接解析：解析：若往若往R Rt

14、 t上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻敏電阻R Rt t溫度降低，電阻值增大，所以電流減少，指針應(yīng)溫度降低，電阻值增大，所以電流減少，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻R Rt t溫度升高，電溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏阻值減小，電流增大，指針向右偏答案：答案：左右左右 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移2 2( (雙選雙選) )有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如下圖所示電路中的件，將這三只元件分別接入如下圖所示電路中的A A、B

15、B兩點(diǎn)兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是( () ) 欄目鏈接欄目鏈接A A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻化較大，這只元件一定是熱敏電阻B B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻變化，這只元件一定是定值電阻C C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元

16、件一定是光敏電阻表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移解析：解析：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化答案：答案：AC 欄目鏈接欄目鏈接四、霍爾元件四、霍爾元件 欄目鏈接欄

17、目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接例例3 3 ( (雙選雙選) )中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)，楊中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)，楊振寧稱這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)如圖所示，厚度為振寧稱這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)如圖所示，厚度為h h，寬度，寬度為為d d的金屬導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向的金屬導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向( (自由電子定向移自由電子定向移動(dòng)形成電流動(dòng)形成電流) )垂直時(shí)在上下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱垂直時(shí)在上下表面會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)下列說(shuō)法正確的是為霍爾效應(yīng)下列說(shuō)法正確的是( () ) 欄目鏈接欄目鏈接A A上表面的電勢(shì)高于下表面上表面的電勢(shì)高于下表面B B下表面的電勢(shì)高于上表面下表面的電勢(shì)高于上表面C C增大增大h h時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大D D增大增大d d時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大時(shí)，上下表面的電勢(shì)差增大 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接