物理選修3-2第六章

第六章傳感器第六章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理新知初探自主學(xué)習(xí)一、什么是傳感器1.定義：感受_________量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為________量，或轉(zhuǎn)換為電路的________的一類元件．2.工作原理非電學(xué)電學(xué)通斷二、光敏電阻[自主探究]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋，用手掌遮光時(shí)電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射下,電阻值較??；用陽光直接照射下，電阻值很?。晒Πl(fā)現(xiàn)1．特點(diǎn)：電阻值隨光照增強(qiáng)而________．減小2．原因分析：光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，無光照時(shí)，載流子_____，導(dǎo)電性能______；隨著光照的增強(qiáng)，載流子__________，導(dǎo)電性__________．3．作用：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．少差增多增強(qiáng)三、熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度升高而__________電阻率隨溫度升高而_________制作材料__________金屬優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大作用將________這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為________這個(gè)電學(xué)量減小增大半導(dǎo)體溫度電阻四、霍爾元件圖6－1－2要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)1光敏電阻、熱敏電阻的特性1.光敏電阻(1)光敏電阻的特性光敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的，在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，即隨照射光強(qiáng)度的增加而減?。?2)光敏電阻阻值變化的原因半導(dǎo)體材料受到的光照增強(qiáng)時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小．2.熱敏電阻(1)熱敏電阻的特性熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值減小．(2)熱敏電阻阻值變化的原因?qū)τ谪?fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，阻值減小．

圖6－1－3熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展電容式傳感器

1.原理電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化．2.常見電容式傳感器名稱傳感器原理測(cè)定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況名稱傳感器原理測(cè)定液面高度h的電容式傳感器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化．知道C的變化，就可以知道h的變化情況名稱傳感器原理測(cè)定壓力F的電容式傳感器待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道

F的變化情況名稱傳感器原理測(cè)定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況第二節(jié)傳感器的應(yīng)用新知初探自主學(xué)習(xí)一、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1.組成及敏感元件：由_________和________組成，敏感元件是__________．2.工作原理金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片電阻電壓3.作用：應(yīng)變片將_____________這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_______這個(gè)電學(xué)量．二、溫度傳感器的應(yīng)用1.電熨斗(1)組成：它主要由調(diào)溫旋鈕、升降螺絲、絕緣支架、觸點(diǎn)、雙金屬片、彈性銅片、電熱絲、金屬底板等幾部分組成．(2)敏感元件：____________．(3)工作原理：溫度變化時(shí)，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的________________不同，雙金屬片發(fā)生形變從而控制電路的通斷．物體形變電壓雙金屬片熱膨脹系數(shù)2.電飯鍋(1)它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的．(2)敏感元件：_________________．(3)工作原理：①居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約_________時(shí)，失去磁性，這一溫度稱為“居里溫度”．②自動(dòng)斷電原理：用手按下開關(guān)通電加熱，開始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到約103℃時(shí)，感溫鐵氧體103℃鐵氧體失去磁性，與永磁體失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)開關(guān)斷開．三、光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器火災(zāi)報(bào)警器利用了光傳感器，主要構(gòu)造有：帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的__________．擋板要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)1傳感器問題分析1.分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電學(xué)量的器件．我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個(gè)步驟：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、傳輸；(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作．2.分析傳感器問題要注意四點(diǎn)(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號(hào)分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律．(3)電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律．(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程．要點(diǎn)2傳感器的應(yīng)用實(shí)例分析名稱結(jié)構(gòu)圖工作原理應(yīng)變式電子秤在外力作用下，金屬梁上下表面的兩個(gè)應(yīng)變片發(fā)生彎曲，上下應(yīng)變片的阻值變化不一樣．傳感器把上下應(yīng)變片的電壓之差輸出．外力越大，輸出的電壓差值也就越大名稱結(jié)構(gòu)圖工作原理電熨斗常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上層金屬膨脹大，下層金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用．名稱結(jié)構(gòu)圖工作原理電飯鍋開始煮飯時(shí)按下開關(guān)按鈕，由于常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，永磁體將吸引感溫磁體，因此手松開后這個(gè)按鈕不會(huì)恢復(fù)到圖示位置，這時(shí)電飯鍋處于加熱狀態(tài)．煮飯水沸騰時(shí)，水的溫度保持沸點(diǎn)不變．當(dāng)飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度上升，當(dāng)溫度超過103℃時(shí)，感溫鐵氧體失去鐵磁性，由于彈簧的作用，按鈕開關(guān)將恢復(fù)到如圖所示的位置，切斷加熱電源．名稱結(jié)構(gòu)圖工作原理火災(zāi)報(bào)警器平時(shí)，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào).第三節(jié)實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用新知初探自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解光控開關(guān)和溫度報(bào)警器的工作原理．2.練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)控制設(shè)備．二、實(shí)驗(yàn)器材1.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)：斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6V，0.3A)、可變電阻R1(最大阻值51kΩ)、電阻R2(330Ω)、光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5V)、導(dǎo)線若干、黑紙．2.溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)：斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1kΩ)、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5V)、導(dǎo)線若干、燒杯(盛有熱水)．三、實(shí)驗(yàn)步驟1.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上．(2)檢查各元件的連接，確保無誤．(3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮．(4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)．(5)逐漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)．2.溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上．(2)檢查各元件的連接，確保無誤．(3)接通電源、調(diào)節(jié)電阻R1，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲．(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲．(5)將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲．四、注意事項(xiàng)1.安裝前，對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝．2.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接，否則繼電器不能正常工作．3.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中要想天更暗時(shí)“路燈”才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些．4.溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)中，要使蜂鳴器在更低的溫度時(shí)報(bào)警，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些．要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)1光控開關(guān)1.電路圖如圖6－3－1所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.

圖6－3－12.工作原理白天，光強(qiáng)度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個(gè)值(1.6V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的．它是用來控制路燈自動(dòng)亮、熄的控制裝置．3.發(fā)光時(shí)間調(diào)節(jié)要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個(gè)值(如1.6V)，就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗．

圖6－3－2要點(diǎn)2溫度報(bào)警器1.電路圖(如圖6－3－3所示)圖6－3－32.工作原理常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí),熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)