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1、第一节 传感器及其工作原理,学习目标：1.知道什么是传感器2知道什么是光敏电阻、热敏电阻、 金属热电阻以及霍尔元件3知道传感器的工作原理重点难点：对传感器工作原理的理解易错问题：对传感器电路的动态分析,自动门,引入新课,自动干手机,酒精含量测试仪,雷达测速仪,电子秤,红外耳温计,航空航天宇宙飞船,飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测，其中： 温度传感器559个 压力传感器140个 信号传感器501个 遥控传感器142个,专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体,什么是传感器？,干簧管,防盗报警器,原理：当磁体靠近干簧管时，两
2、个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用,什么是传感器？,干簧管的应用,一种防盗门报警电路,干簧管,视觉,嗅觉,听觉,味觉,触觉,光传感器,湿度传感器,气体传感器,声音传感器,味传感器,温度传感器,压力传感器,人获取外界信息,机械自动化设备获取外界信息,1.传感器的定义：,传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。,2.传感器的作用,测量、传输、处理和控制,3、传感器的组成,辅助电源,敏感元件,转换元件,基本转换电路,被测量,电量,敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系
3、的某一物理量的元件。,转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。,基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。,物理、化学、生物信息,离子感烟器,明火探测器,温度传感器,光电传感器,湿度传感器,机油压力传感器,超声波传感器,风速传感器,全自动血压机,自动旋转门,走廊声控灯的工作原理,1、光敏电阻,制作传感器常用的敏感元件,特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。,4、传感器常用的敏感元件,光敏电阻的工作原理,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。,硫化镉是一种半导体
4、材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好,例1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（ ）A当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,BD,2、热敏电阻,特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_，具有负温度系数,减小,金属热电阻,铂电阻,例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正
5、确的是（ ）,A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻,AC,（1）测定角度,（2）测定液面高度h,（3）测定压力F,（4）测定位移x,3、电容式传感器,电容式位移传感器,电容式位移传感器把力学量（位移）转换为电学量（电容）。,例3传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，
6、引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（ ）A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力F发生变化D若电流计有示数，则压力F不发生变化,BC,制作传感器常用的敏感元件,在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极，就成了一个霍尔元件。,4、霍尔元件,霍尔效应,当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍尔电压,可以证明，霍尔电压UH：,d薄片的厚度k霍尔系数,霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转换为电压 这个电学量,载流
7、子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差.当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡,电流的微观表达式,例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？,下表面,如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当光照射到R3上的光强度增大时(),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【思路点拨】光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析,【解析】当
8、照射光强度增大时，光敏电阻R3的阻值变小，R3与L串联后再与R2并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，R1两端电压变大，A正确；R2两端电压减小，通过R2的电流减小，B正确；总电流变大，通过R2的减小，所以通过小灯泡L的电流变大，灯泡变亮，功率增大，C正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，D错误故选ABC.,1.如图614所示，将多用电表的选择开关置于电阻挡，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,解析：光敏电阻受光照
9、越强，电阻越小，电流越大，所以将Rt包裹起来电阻增大，指针向左偏，反之向右偏答案：左右,如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱,【思路点拨】根据串并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析【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，电流表读数减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错,2.如图616所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度
10、系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒精，表针将向_(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_(填“左”或“右”)移动,变式训练,解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏答案：左右,【答案】(1)evB(2)证明见解析,3.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况以下说法中正确的是(),变式训练,A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化,1、传感器的概念,小 结,2、传感器的工作原理：,3、敏感元件：（1）光敏电阻 （光电传感器）（2）热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器）（3）电容式传感器 （位移传感器）（4）霍尔元件 （磁传感器）,非电学量,敏感元件,转换器件,转换电路,电学量,动圈式话筒,电容式话筒,电熨斗,电饭锅,
