常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用 【核心知識(shí) 精講精研 】 高二物理 （滬科版2020上海選擇性必修第二冊(cè)）

§9.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用

我們知道，傳感器可以感受光強(qiáng)、溫度、力、磁等非電學(xué)量，并把它們轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出。那么，常見(jiàn)的傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應(yīng)用呢？一、力傳感器的測(cè)力原理一、力傳感器的測(cè)力原理①金屬電阻應(yīng)變片②半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片1.原理與特性拉力→L變長(zhǎng)→S變小→電阻變大壓力→L變短→S變大→電阻變小金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)

當(dāng)單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。一、力傳感器的測(cè)力原理2.應(yīng)用實(shí)例——電子秤電子秤使用的測(cè)力裝置：力傳感器常見(jiàn)的一種力傳感器：應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變片金屬梁一、力傳感器的測(cè)力原理2.應(yīng)用實(shí)例——電子秤金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)

在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱螅瑧?yīng)變片的電阻變化就越大。應(yīng)變片是把形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。汽車稱重的地磅一、力傳感器的測(cè)力原理2.應(yīng)用實(shí)例——電子秤一、力傳感器的測(cè)力原理壓力傳感器磅體接線管儀表盤(pán)隔離膜壓力傳感器陶瓷壓力傳感器電子秤洛倫茲力等于電場(chǎng)力：電流微觀表達(dá)式：聯(lián)立得：令二、磁傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理霍爾元件★霍爾傳感器應(yīng)用實(shí)例:永久磁鐵和霍爾元件①電動(dòng)車加速器位置→磁場(chǎng)→電壓→控制器控制車速②霍爾無(wú)刷電動(dòng)機(jī)(直流電源)位置→

→

→三個(gè)霍爾傳感器三個(gè)電壓控制器控制

三個(gè)線圈中的電流二、磁傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理三、溫度傳感器測(cè)溫原理

體溫計(jì)——溫度傳感器三、溫度傳感器測(cè)溫原理

利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成，利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成，電子秤——壓力傳感器四、用壓電陶瓷片制作傳感器的原理

離子傳感器、氣體傳感器利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。報(bào)警器—?dú)怏w傳感器分析儀—離子傳感器利用電化學(xué)氣體傳感器制成的可燃?xì)怏w報(bào)警器五、氣敏傳感器測(cè)氣體濃度的原理

如圖所示，當(dāng)被測(cè)物體在左、右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)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(cè)電容的變化？

電容式位移傳感器能把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。根據(jù)電容的定義式

，可知，給電容器帶上一定的電荷，然后用靜電計(jì)來(lái)檢測(cè)兩極板間電勢(shì)差的變化，就可判斷電容的變化。思考與討論（1）改變S：測(cè)量角度θ、液面高度h等定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體角度、深度位移、壓力電容傳感器電容（2）改變d：測(cè)量壓力F待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極（3）改變?chǔ)牛簻y(cè)量位移x電容器極板電介質(zhì)板被測(cè)物體電容式位移傳感器x觀看視頻：垃圾分撿機(jī)器人都用了什么傳感器呢？1.如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(

)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(qiáng)D.小燈泡的亮度變?nèi)魿牛刀小試2.下列說(shuō)法不正確的是()A.電熨斗中的雙金屬片是溫度傳感器B.金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，但靈敏度差C.霍爾元件是能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這一磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這一電學(xué)量的傳感器D.熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量D牛刀小試3.目前，傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域，關(guān)于傳感器的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是（）A.自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感器、數(shù)字體重計(jì)所用的測(cè)力裝置都應(yīng)用了力傳感器B.走廊照明燈的聲控開(kāi)關(guān)、紅外報(bào)警裝置都是應(yīng)用了聲傳感器C.發(fā)光二極管是一種常用的光傳感器，其作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)D.霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量A牛刀小試4.下列生活中利用傳感器把光信號(hào)變成