1.1傳感器及其工作原理

1、1.1傳感器及其工作原理1傳感器及其工作原理【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知道什么是傳感器了解傳感器的常用元件的特征【自主學(xué)習(xí)】一、傳感器：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)成分等量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測量、 傳輸、處理和控制了。傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件 獲取外界信息并轉(zhuǎn)換信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。常見的傳感器有：、_、力傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。二、常見傳感器元件：光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無光照時，載流子極少，

2、導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻能夠把這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。它就象人的眼睛， 可以看到光線的強弱。2、金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫 度的升高而，用金屬絲可以制作傳感器，稱為。它能用把這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個電學(xué)量。熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而或與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的好，測溫范圍，但較差。3、電容式位移傳感器能夠把物體的這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個電學(xué)量。4、霍爾元件能夠把這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量【典型例題】例一、如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于 “歐姆”擋， 再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的

3、正中間。若往Rt上擦一些酒精，表針將向移動；若用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向移動。例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是 一種測定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測壓力 F作用于可動膜 片電極時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、 靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，那么A、當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小B、當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將增大c、若電流計有示數(shù)，則壓力 F發(fā)生變化D、若電流計有示數(shù)，則壓力 F不發(fā)生變化例三、如圖所示，有電流 I流過長方體金屬塊，金屬塊 寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強度為 B的勻強磁場垂直于 紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下

4、表面哪面電勢高？電勢差是多少？【針對訓(xùn)練】簡單的說，光敏電阻就是一個簡單的傳感器，熱敏電阻就是一個簡單的傳感器。2、為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與電 燈控制電路的相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動而發(fā)出聲響時，電燈即 與電源接通而發(fā)光，這種傳感器為傳感器，它輸入的是信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是信號。如圖所示，是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的 外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液 構(gòu)成電容品的兩極，把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時，則導(dǎo)電液體的深度h變化為A、h增大B、h減小c、h不變D、無法確定如圖所示，R1為定值電阻，R2為熱敏電阻，L為小燈泡， 當(dāng)溫度降

5、低時A、R1兩端的電壓增大B、電流表的示數(shù)增大c、小燈泡的亮度變強D、小燈泡的亮度變?nèi)跞鐖D所示，為一種測定角度的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金 屬板構(gòu)成的動片與定片之間的角度發(fā)生變化時，試分析傳感 器是如何將它的這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的?！灸芰τ?xùn)練】關(guān)于光敏電阻，下列說法正確的是A、光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量B、硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子極 少，導(dǎo)電性能不好c、硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子較少，導(dǎo)電性能良好D、半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個量A、把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量B、把磁感應(yīng)強度這

6、個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量c、把力轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量D、把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量3、如圖所示是測定位移的電容式傳感器，其工作原理 是哪個量的變化，造成其電容的變化A、電介質(zhì)進(jìn)入極板的長度B、兩極板間距C、兩極板正對面積D、極板所帶電量4、如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強度增大時，A、電壓表的示數(shù)增大B、R2中電流減小C、小燈泡的功率增大D、電路的路端電壓增大如圖所示,R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當(dāng)用光照射電阻R3時，貝UA、R 3的電阻變小， a點電勢高于b點電勢B、R 3的電阻變小， a點電勢低于b

7、點電勢C、R 3的電阻變小， a點電勢等于b點電勢D、R 3的電阻變大，a點電勢低于b點電勢有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種 元件可能是A、金屬導(dǎo)體 B、絕緣體c、半導(dǎo)體D、超導(dǎo)體如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖?，F(xiàn)把杯中的 水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是A、如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B、如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯c、如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯D、如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化不明顯圖是霍爾元件的工作原理示意圖， 用d表示薄片的厚度， 為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、為定值，如果保持I恒定，則可以驗證 UH隨B的變化

8、情況。以下說法中正確的是A、將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(yīng)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(yīng)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?nèi)鐖D所示寬度為d,厚度為h的金屬板放在垂直于它的 磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，當(dāng)有電流 I通過金屬板時， 在金屬板上側(cè)面 A和下側(cè)面間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象叫霍爾 效應(yīng)，若金屬板內(nèi)自由電子密度為n,則產(chǎn)生的電勢差 U=【學(xué)后反思】參考答案典型例題：例1、分析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱, 熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針 應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高,電阻值減小，電流增大，指針向右偏。左 右例2、分析：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照變化 而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。答案：Ac例3、分析：當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容器的電容將 增大，電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生了變化。答案：Be例4、解：因為自由電荷為電子，故由左手定則可判斷 電子向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余的正電荷， 故下表面電勢高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U。