第1課 傳感器及其敏感元件（課件）(共29張PPT)高二物理（滬科版2023上海選擇性必修第二冊(cè)）

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§9.1傳感器及其敏感元件

盒子里面有什么裝置？

原理：

當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用！

新課引入

一、傳感器

傳感器作用：代替、補(bǔ)充、延伸人的感覺(jué)器官

人體與傳感器

光傳感器

濕度、氣體傳感器

聲音傳感器

味傳感器

壓力、溫度傳感器

視覺(jué)

嗅覺(jué)

聽(tīng)覺(jué)

味覺(jué)

觸覺(jué)、溫覺(jué)

1.概念：

2.工作原理：

傳感器是指這樣一類(lèi)元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。

非電學(xué)量

敏感元件

轉(zhuǎn)換器件

轉(zhuǎn)換電路

（或電路的通斷）

電學(xué)量

一、傳感器

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(cè)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

二、非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義

把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極。

1.光敏電阻的制作

硫化鎘

光強(qiáng)——電阻率小

光弱——電阻率大

光敏電阻

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

2.光敏電阻的特性與原理

實(shí)驗(yàn)

觀察光敏電阻特性

【實(shí)驗(yàn)原理】光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而不斷減小，用歐姆表連接電阻，用不同強(qiáng)度的光照射電阻，通過(guò)觀察歐姆表的示數(shù)變化，來(lái)研究光敏電阻與光強(qiáng)的關(guān)系。

【實(shí)驗(yàn)器材】光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線(xiàn)、電源。

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

【實(shí)驗(yàn)步驟】

（1)將光敏電阻、多用電表、按圖甲的方式連接好，其中多用電表置于“×100”擋；

（2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；

（3)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)，觀察多用電表表盤(pán)指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。

（4）用強(qiáng)光照射（如太陽(yáng)光直接照射或拿亮度較大的手電筒、小燈泡等）觀察多用電表表盤(pán)指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。

【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。

環(huán)境1234567

阻值（）

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

光敏電阻實(shí)物圖

光照情況受光表面暴露受光表面遮住

電阻阻值

電阻小

電阻大

光學(xué)量

→

電阻

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

光敏電阻

特性：

光敏電阻對(duì)光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增大而電阻值減小。

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

空穴

自由電子

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

溫度提高，一些電子掙脫原子核的束縛變?yōu)樽杂呻娮印?/p>

為什么半導(dǎo)體材料對(duì)溫度更敏感？

而電子原來(lái)的位置就變?yōu)榭昭ǎ@些空穴相當(dāng)于帶正電荷的粒子

一旦半導(dǎo)體接進(jìn)電路，形成電場(chǎng)，自由電子沿著空穴前進(jìn)，相當(dāng)于正負(fù)電荷都在移動(dòng)形成電流

溫度越高，掙脫的自由電子就越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。

E

光敏電阻工作原理：

光照增強(qiáng)半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電

子和空穴）濃度增加材料的電阻率減小

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

你擋住電梯門(mén)時(shí)，為什么門(mén)就自動(dòng)打開(kāi)，松手后又自動(dòng)關(guān)閉？

3.光敏電阻的應(yīng)用

——計(jì)數(shù)器

A是發(fā)光儀器

B是接收光信號(hào)的儀器

無(wú)物品、有光照、電阻小、電壓低

有物品、擋光、電阻大、電壓高

這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。

三、傳感器的敏感元件

（一）光敏電阻

金屬熱電阻

鉑電阻

電阻—溫度特性曲線(xiàn)

R

T

o

規(guī)律：

電阻隨溫度的升高而增大。

優(yōu)缺點(diǎn)：

熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。

常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來(lái)做電阻溫度計(jì)。

三、傳感器的敏感元件

（二）金屬熱電阻

三、傳感器的敏感元件

（二）金屬熱電阻

金屬熱電阻的應(yīng)用：

如圖所示，一些汽車(chē)的低油位報(bào)警裝置采用熱敏電阻來(lái)檢測(cè)油箱的警戒液位。若給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。

當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮

（圖甲）。

當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，

發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指

示燈亮（圖乙）。

通過(guò)判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。

三、傳感器的敏感元件

（二）金屬熱電阻

觀察熱敏電阻特性

將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)調(diào)到電阻擋（注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩缓蠓抡請(qǐng)D所示的方法，將一只熱敏電阻連接到多用電表表筆的兩端。分別用手和冷水改變熱敏電阻

的溫度，觀察電阻的變

化情況。

三、傳感器的敏感元件

（三）熱敏電阻

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

熱敏電阻放溫水后，電流表讀數(shù)明顯增大，

溫度升高，熱敏電阻的阻值顯著減小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

三、傳感器的敏感元件

（三）熱敏電阻

1.熱敏電阻

特性：

熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_____，具有負(fù)溫度系數(shù)

減小

R

T

o

電阻—溫度特性曲線(xiàn)

三、傳感器的敏感元件

（三）熱敏電阻

2、金屬熱電阻和熱敏電阻

（1）金屬熱電阻：

規(guī)律：電阻隨溫度的升高而增大。

（2）熱敏電阻：

規(guī)律：電阻隨溫度的升高而減小。

溫度

→

電阻

電阻隨溫度的變化關(guān)系

三、傳感器的敏感元件

（三）熱敏電阻

3.應(yīng)用實(shí)例——低油位報(bào)警裝置

當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。

給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。

當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。

通過(guò)判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。

液位報(bào)警示意圖

油位高→電阻大→燈不亮

油位低→電阻小→燈亮

三、傳感器的敏感元件

（三）熱敏電阻

1、傳感器的概念：

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)換器件

轉(zhuǎn)換電路

電學(xué)量

傳感器是指這樣一類(lèi)元件：

它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。

課堂小結(jié)

1.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)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)器的工作原理是（）

A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓

B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓

C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次

D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次

AC

牛刀小試

2.(多選)圖示是觀察阻值隨溫度變化情況的示意圖?，F(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?下列關(guān)于歐姆表示數(shù)的變化情況正確的是()

BC

A.如果R為金屬熱電阻，示數(shù)變大，且變化非常明顯

B.如果R為金屬熱電阻，示數(shù)變大，但變化不明顯

C.如果R為熱敏電阻，示數(shù)變小，且變化非常明顯

D.如果R為熱敏電阻，示數(shù)變小，且變化不明顯

牛刀小試

3.如圖所示是一火警報(bào)警器的一部分電路示意圖，其中R2為用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(bào)警器，當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)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

B

報(bào)

警

器

熱

敏

電

阻

牛刀小試

4.傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件