5.1認識傳感器5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用（原卷版）

5.1認識傳感器5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點一、認識傳感器傳感器：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。工作原理eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(\a\al(傳感器,敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路))→eq\x(電學(xué)量)要點二、傳感器的組成與應(yīng)用模式1．敏感元件：是指能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。2．轉(zhuǎn)換元件：是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。它們分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。要點三、光敏電阻1．特點：光照越強，電阻越小。2．原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性變好。3．作用：把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。要點四、熱敏電阻和金屬熱電阻1．熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻減小，如圖甲所示為某一熱敏電阻的電阻隨溫度變化的特性曲線。甲乙2．金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線。3．熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)別熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻隨溫度的變化而變化且非常明顯電阻率隨溫度的升高而增大制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體優(yōu)點靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大作用能夠?qū)囟冗@個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量4.注意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。要點五、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1．組成及敏感元件：由金屬梁和應(yīng)變片組成，敏感元件是應(yīng)變片。2．工作原理：3．作用：應(yīng)變片將物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。要點六、霍爾元件1.如圖所示，在一個很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上，制作四個電極E、F、M、N，就成為一個霍爾元件．2．霍爾效應(yīng)的原理外部磁場使運動的載流子受到洛倫茲力，在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的另一種電荷，從而形成橫向電場；橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導(dǎo)體板左右兩側(cè)會形成穩(wěn)定的電壓．3．霍爾電壓UH＝keq\f(IB,d)(1)其中k為比例系數(shù)，稱為霍爾系數(shù)，其大小與薄片的材料有關(guān)．(2)一個霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，則UH的變化就與B成正比，因此霍爾元件又稱磁敏元件．要點突破突破一：傳感器的工作原理及種類1．傳感器的構(gòu)造傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成．(1)敏感元件的作用：利用各種物理、化學(xué)、生物效應(yīng)等原理制成，感受被測量，并將其轉(zhuǎn)換成與被測量成一定關(guān)系的易于測量的物理量．(2)轉(zhuǎn)換元件的作用：將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出．(3)轉(zhuǎn)換電路的作用：將轉(zhuǎn)換元件輸出的微弱電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量．2．傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作．傳感器工作原理如下所示：eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換器件)→eq\x(轉(zhuǎn)換電路)→eq\x(電學(xué)量)3．傳感器是如何分類的？傳感器可按下列三種不同的方法進行分類：(1)按被測量分類：加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負荷傳感器、扭矩傳感器；(2)按工作原理分類：電阻應(yīng)變式、壓變式、電容式、渦流式、動圈式、磁電式、差動變壓器式等；(3)按能量傳遞方式分類：有源傳感器和無源傳感器兩大類．突破二：干簧管和干簧繼電器的特點是什么？普通干簧管內(nèi)有兩個簧片，是用有彈性的軟磁合金材料制成的，它們密封在玻璃管中，成為一組常開型觸點．管中充入惰性氣體(如氮氣)來防止觸點被氧化．小型干簧管價格約為1元．條形永磁體必須按照圖甲所示的方位靠近干簧管，才能使簧片得到最好的磁化，導(dǎo)致兩個簧片相對的部分形成相反的磁極而吸合．圖中虛線為磁感線．如圖乙所示，如果將干簧管H放入一個螺線管L中，兩者就組合成為干簧繼電器．當螺線管中通入電流時，電流產(chǎn)生的磁場就使干簧管中簧片被磁化而吸合．干簧繼電器的優(yōu)點是：體積小、重量輕、靈敏(螺線管匝數(shù)很多時，通入幾毫安的電流就能使簧片吸合)、簧片能夠快速動作、觸點的壽命長．典例精析題型一：熱敏電阻的特征例一．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，當溫度降低時，電阻變大，L為小燈泡，當溫度降低時()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D．小燈泡的亮度變?nèi)踝兪竭w移1：如圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向________(填“左”或“右”)移動．題型二：光敏電阻的特征例二．如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時()A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大變式遷移2：如右圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RG的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央．若用不透光的黑紙將RG包裹起來，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動；若用手電筒照射RG，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動．強化訓(xùn)練選擇題1．現(xiàn)代生活離不開智能，有很多功能需要傳感器來實現(xiàn)。例如當人將靠近耳朵接聽時，會自動關(guān)閉屏幕從而達到防誤觸的目的，實現(xiàn)這一功能可能用到的傳感器為（）A．光傳感器和位移傳感器B．磁傳感器和溫度傳感器C．磁傳感器和聲傳感器D．壓力傳感器和加速度傳感器2．交通警察檢測駕駛員是否酒后駕駛時，會讓駕駛員朝檢測器吹一口氣。這種檢測器使用的傳感器是（）A．聲音傳感器 B．電化學(xué)傳感器C．壓力傳感器 D．溫度傳感器3．磁傳感器是將磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膬x器.如圖所示，將探頭放在磁場中，可以很方便的測量磁場的強弱和方向.探頭可能是（）A．感應(yīng)線圈 B．熱敏電阻 C．霍爾元件 D．干簧管4、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器。當待測壓力F作用于可動膜片電極時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，那么（）①當F向上壓膜片電極時，電容將減?、诋擣向上壓膜片電極時，電容將增大③若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化④若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化。A．①③ B．①④ C．②③ D．②④5、傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機在室內(nèi)溫度達到設(shè)定的穩(wěn)定后，會自動停止工作，其中空調(diào)機內(nèi)使用了下列哪種傳感器（）A．生物傳感器 B．紅外傳感器C．溫度傳感器 D．光傳感器6、為了更加安全、快捷地測量體溫，醫(yī)療機構(gòu)大量采用了非接觸式體溫計，這種體溫計采用了（）A．壓力傳感器 B．聲音傳感器C．紅外傳感器 D．生物傳感器7、如圖所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是（）A．進入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C．進入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報D．以上說法均不正確8、隨著生活水平的提高，電子秤已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的一部分，電子秤的種類也有很多，如圖所示是用平行板電容器制成的廚房用電子秤及其電路簡圖。稱重時，把物體放到電子秤面板上，壓力作用會導(dǎo)致平行板上層膜片電極下移。則（）A．電容器儲存的電能減少B．電容器的電容減小，帶電荷量減小C．膜片下移過程中，電流表有a到b的電流D．電子秤是一個壓力傳感器，穩(wěn)定后電容器兩板間電壓等于電源電動勢9、如圖所示，水平的傳送帶上放一物體，物體下表面及傳送帶上表面均粗糙，導(dǎo)電性能良好的彈簧的右端與物體及滑動變阻器滑片相連，彈簧左端固定在墻壁上，不計滑片與滑動變阻器線圈間摩擦。當傳送帶如箭頭方向運動且速度為v時，物體與傳送帶發(fā)生相對滑動，當傳送帶逐漸加速到時，物體受到