第一節(jié)傳感器及其工作原理

1、第一節(jié) 傳感器及其工作原理教學(xué)目標(biāo)：1.知道什么是傳感器，理解各類傳感器的工作原理2.知道光敏電阻特點(diǎn)及作用3.掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點(diǎn)及區(qū)別4.理解霍爾元件的原理及作用會用得各類元件(熱敏電阻、光敏電阻、霍爾元件等)設(shè)計(jì)簡單的控制電路教學(xué)重點(diǎn)：認(rèn)識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。教學(xué)難點(diǎn)：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理教學(xué)方法：PPT課件，演示實(shí)驗(yàn)，講授教學(xué)用具：PPT課件,光敏電阻，干簧管等教學(xué)過程：（一）引入新課教師：引導(dǎo)學(xué)生看教材55頁“勇氣號”火星探測器的彩色照片；列舉生活中的一些自動控制實(shí)例，如遙控器控制電視開關(guān)、日光控制路燈的開關(guān)、聲音強(qiáng)

2、弱控制走廊照明燈開關(guān)等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引出課題。學(xué)生：列舉自己知道的自動控制的其他實(shí)例。如當(dāng)走近自動門時，門會自動打開；電梯關(guān)門，當(dāng)兩門靠攏到接觸人體時，門又會重新自動打開等等。演示實(shí)驗(yàn)：干簧管控制電路的通斷: 如圖，小盒子A的側(cè)面露出一個小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵B放到盒子上面，燈泡就會發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅. （演示實(shí)驗(yàn)1：干簧管傳感器） （演示實(shí)驗(yàn)1：干簧管傳感器）（干簧管的實(shí)物及原理圖）學(xué)生對干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。聲光控開關(guān)在生活中很普及，所以又有親切感學(xué)生活動：當(dāng)冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定值時，制冷系統(tǒng)自動啟動，而當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，制冷系統(tǒng)又會自動停止。冰箱的控制

3、，是通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的。樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過樓道時，開關(guān)自動接通，燈就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過，開關(guān)都是斷開的，燈總是不亮，這種開關(guān)用的就是聲光傳感器。為了防止火災(zāi)的發(fā)生，在賓館房間的天花板上大多有一個小盒子，當(dāng)房間失火時它能感知出現(xiàn)的煙霧，通過電路發(fā)出警報，這個小盒子就是煙霧傳感器 （二）新課教學(xué)1、什么是傳感器(1)傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。(2)傳感器的作用是什么：傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。為了制

4、作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來看幾個實(shí)際的例子。2、光敏電阻【演示實(shí)驗(yàn)】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同 空穴和自由電子的形成，是由于光照和溫度升高載流子獲得能量 現(xiàn)象：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。普通電阻則不會發(fā)生變化。問題：（1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？（3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？學(xué)生回答：（1）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。（2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這

5、個電學(xué)量。3熱敏電阻和金屬熱電阻1、金屬導(dǎo)線2、熱敏電阻 問題：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？學(xué)生回答：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好。（2）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。（3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。 問題：如圖，當(dāng)被測物體左右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容

6、器兩極板之間移動，如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化，用什么方法可以檢測電容的變化？學(xué)生回答：電容式傳感器能夠把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量。其它電容傳感器：電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器、電容式角度測試儀、電容式電解液液面升降測試器4霍爾元件1879年美國物理學(xué)家霍爾觀察到，在勻強(qiáng)磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元件。如圖，霍爾元件是在一個很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極E、F、M、N而成。若在

7、E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個電壓叫霍爾電壓，其決定式為。式中為薄片的厚度，為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運(yùn)動的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，則電流的微觀表達(dá)式為 載流子在磁場中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面出現(xiàn)電勢差，載流子受到的電場力為當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即 由式得 式中的nq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對于確定的導(dǎo)體，nq是常數(shù)。令，則上式可寫為 一個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持