高中物理傳感器及其工作原理課件新人教版選修

第六章傳感器列舉生活中的一些自動控制實(shí)例

遙控器控制電視開關(guān)日光控制路燈的開關(guān)聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開關(guān)等自動門等安檢門6.1傳感器及其應(yīng)用盒子里面有什么裝置？一、什么是傳感器干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器.干簧管視頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化簧片的磁化和去磁電路的通斷干簧繼電器的應(yīng)用事例：實(shí)驗(yàn)電源的過載保護(hù)(無需保險絲)干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器.

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。（1）傳感器的定義：（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。

非電學(xué)量→傳感器→電學(xué)量

角度位移速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照

傳感器電壓電流電阻電容非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量（3）傳感器的工作原理

二、常見制作傳感器的元件1．光敏電阻[實(shí)驗(yàn)演示]：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。光照越強(qiáng)，電阻越??；反之越弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量

自動控制電路光電記數(shù)介紹半導(dǎo)體材料(科學(xué)漫步)載流子：空穴、自由電子導(dǎo)電原理：

當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度升高時，會有更多的自由電子和空穴產(chǎn)生，于是導(dǎo)體性增強(qiáng)。2．熱敏電阻和金屬熱電阻閱讀教材，問答問題：（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？金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低(溫度升高電阻增大）；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而增強(qiáng)溫度升高電阻減?。崦綦娮桁`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。熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量

熱敏電阻視頻（4）熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。

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。

插入電介質(zhì)，電容增大3.

電容式傳感器常見的電容式傳感器：（1）測定角度θ：

（2）測定液面高度h：

（3）測定壓力F：

（4）測定位移x：

定片動片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測壓力F固定電極可動電極x極板極板電介質(zhì)4.霍爾元件（1）材料：半導(dǎo)體如：砷化銦（2）工作原理圖（3）霍爾電壓:d－－薄片厚度K－－霍爾系數(shù)其大小與元件的材料有關(guān)。霍爾元件能夠把___________這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個電學(xué)量磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓推導(dǎo)霍爾電壓的公式

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①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②由①②式得③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④

1.傳感器的概念：小結(jié)：2.傳感器的工作原理：3.敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量非電學(xué)量電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。例1.如圖所示為光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（）A．當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次AC例2.有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（）ABA.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B.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C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.用黑紙包住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答案[]AC待測壓力F固定電極膜片電極例3．傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，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(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化

BC

例4.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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？下表面例6.如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是（

）A.

I

變大，U變大B.

I變小，U變小C.

I變小，U變大D.

I變大，U變小R1R2R3AabErB解析：當(dāng)R2處