常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

§5.2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

你見過自動(dòng)門嗎？討論一下它的原理自動(dòng)干手機(jī)自動(dòng)水龍頭觀察光敏電阻特性

將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，選擇開關(guān)置于倍率為×100的電阻擋（圖）。在室內(nèi)自然光的照射下，電阻約有多大？用手掌遮光時(shí)電阻又是多少？用陽光直接照射呢？換用一只普通的電阻，小心地把它表面的漆層除去一些，使里面的導(dǎo)電膜露出來接受光照。重做上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同嗎？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。一、光敏電阻光敏電阻的工作原理光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極

少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性變好。一、光敏電阻你擋住電梯門時(shí)，為什么門就自動(dòng)打開，松手后又自動(dòng)關(guān)閉？一般隨著光照強(qiáng)度的增大電阻值_______。減小1.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。光照強(qiáng)弱電阻2.材料：制作光敏電阻的材料一般為_______。如：硫化鎘半導(dǎo)體3.半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理：半導(dǎo)體靠其中的________（自由電子和空穴）來導(dǎo)電。載流子4.光敏電阻能夠把_________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個(gè)電學(xué)量。鞏固練習(xí)

在產(chǎn)品生產(chǎn)的流水線上，常需要對(duì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)。

圖中是利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號(hào)的儀器，B中的主要元件是由光敏電阻組成的光電傳感器。當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值較小，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變低；當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變高。

高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過處理，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。光敏電阻的應(yīng)用：

觀看視頻，神奇的機(jī)器工人如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)(

)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R3阻值減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大(電壓表的示數(shù)增大)，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤

由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大1光敏電阻光照放大器MNN被控電路光控繼電器的工作原理是:當(dāng)照射光敏電阻時(shí),(1)光敏電阻的阻值

(變大或變小)；(2)被控電路

(填“接通”或“斷開”)。光控設(shè)備電源變小接通課堂練習(xí)金屬熱電阻鉑電阻電阻—溫度特性曲線RTo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)量范圍較小；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。二、金屬熱電阻二、金屬熱電阻金屬熱電阻的應(yīng)用：

如圖所示，一些汽車的低油位報(bào)警裝置采用熱敏電阻來檢測(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。觀察熱敏電阻特性

將多用電表的選擇開關(guān)調(diào)到電阻擋（注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩?，然后仿照?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。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RTo電阻—溫度特性曲線三、熱敏電阻二、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→電阻三、熱敏電阻電阻隨溫度的變化關(guān)系

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2（1）熱敏電阻與金屬熱電阻的阻值與溫度的變化關(guān)系是否相同？不相同金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而_____。熱敏電阻的阻值隨溫度升高而_____。減小增加熱敏電阻和金屬熱電阻（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(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________；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量_________，但靈敏度較差。范圍較小范圍較大（3）熱敏電阻和金屬熱電阻都能將_______這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為________這個(gè)電學(xué)量。溫度電阻鞏固練習(xí)四、電阻應(yīng)變片——電子秤四、電阻應(yīng)變片——電子秤

電阻應(yīng)變片（圖）是一種使用非常廣泛的力敏元件。我們知道，電阻與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān)。①當(dāng)金屬絲受到拉力時(shí)，長(zhǎng)度變長(zhǎng)、橫截面積變小，導(dǎo)致電阻變大；②當(dāng)金屬絲受到壓力時(shí)，長(zhǎng)度變短、橫截面積變大，導(dǎo)致電阻變小。

金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變（伸長(zhǎng)或縮短）時(shí)，其電阻隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的。

力（形變）電壓

金屬梁U1U2

兩個(gè)應(yīng)變片的形變引起電阻變化,致使兩個(gè)應(yīng)變片的電壓差變化

四、電阻應(yīng)變片--測(cè)力原理1.電子秤使用的測(cè)力裝置是什么?它是由什么元件組成的?3.應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？2.簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理.裝置:力傳感器組成:金屬梁和應(yīng)變片

形變電壓

兩個(gè)應(yīng)變片的形變引起電阻變化

致使兩個(gè)應(yīng)變片的電壓差變化

四、電阻應(yīng)變片——電子秤②用來測(cè)量其他各種力，如汽車和卷揚(yáng)機(jī)的牽引力等。應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用：

①測(cè)量重力外（圖）；

關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器說法正確的是(

)A．應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成B．當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大，反之變小C．傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D．外力越大，輸出的電壓差值也越大應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成

傳感器輸出的是應(yīng)變片上、下兩表面的電壓差且隨外力增大，輸出電壓差值增大3五、電容式傳感器（2）測(cè)定液面高度h：

（3）測(cè)定壓力F：

（4）測(cè)定位移x：

定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極x極板極板電介質(zhì)（1）控制電流：

電容式位移傳感器能把物體位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量五、電容式傳感器待測(cè)壓力F固定電極膜片電極

傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)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(shí)，電容將減小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，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4NMFBEIUH霍爾元件六、霍爾元件霍爾效應(yīng)

定向移動(dòng)的電荷受到方向平行于側(cè)面向里的洛倫茲力的作用。在這個(gè)力的作用下，薄片兩個(gè)側(cè)面上會(huì)累積起正負(fù)電荷。

隨著電荷積累，在內(nèi)外側(cè)面間會(huì)形成一個(gè)逐漸增強(qiáng)的電場(chǎng)

定向移動(dòng)的電荷同時(shí)受到洛倫茲力和電場(chǎng)力的作用六、霍爾元件霍爾效應(yīng)

當(dāng)電場(chǎng)力增大到與洛倫茲力相等時(shí)，內(nèi)外側(cè)端面間就形成一個(gè)穩(wěn)定的電場(chǎng)，此時(shí)兩端面形成一個(gè)穩(wěn)定的電壓UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)電壓叫做霍爾電壓。六、霍爾元件

設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)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:I=nqadv，載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力：f=qvB，載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差，載流子受到的電場(chǎng)力為六、霍爾元件

當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即：得，

式中的nq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nq是常數(shù).令得NMFBEIUH六、霍爾元件霍爾電壓：

一個(gè)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。磁感應(yīng)強(qiáng)度→電壓六、霍爾元件如圖所示是霍爾元件的示意圖，一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中，板面垂直于磁場(chǎng)，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn)，則(

)A．電勢(shì)φa＞φbB．電勢(shì)φb＞φaC．電流增大時(shí)，|φa－φb|增大D．其他條件不變，將銅板改為NaCl水溶液時(shí)，電勢(shì)結(jié)果仍然一樣自由電荷是電子，由左手定則可判斷出φa＞φb，A對(duì)，B錯(cuò),因|φa－φb|＝kIB/D，所以電流增大時(shí)，|φa－φb|增大，C對(duì)；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負(fù)離子均向a側(cè)偏轉(zhuǎn)|φa－φb|＝0，即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．4光————傳感器———電流溫度————傳感器———電流力———

傳感器———電流非電學(xué)量———傳感器———電學(xué)量好處：容易測(cè)量位移————傳感器———電流磁感應(yīng)強(qiáng)度————傳感器———電流觀看視頻：垃圾分撿機(jī)器人都用了什么傳感器呢？1.下列說法中不正確的是(

)A．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)B．電熨斗能夠自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片C．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器D．熱敏電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量話筒是聲傳感器，能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，故A錯(cuò)

2．在防治“非典”期間，在機(jī)場(chǎng)、車站等交通出入口，使用了紅外線熱像儀，紅外線熱像儀通過紅外線遙感，可檢測(cè)出經(jīng)過它時(shí)的發(fā)熱病人，從而可以有效控制疫情的傳播．關(guān)于紅外線熱像儀，下列說法正確的是(

)A．選擇紅外線進(jìn)行檢測(cè)，主要是因?yàn)榧t外線光子能量小，可以節(jié)約能量B．紅外線熱像儀通過發(fā)射紅外線照射人體來檢測(cè)C．紅外線熱像儀同時(shí)還具有殺菌作用D．一切物體都能發(fā)射紅外線，而且物體在不同溫度下發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同紅外線熱像儀是根據(jù)物體發(fā)射的紅外線的頻率和強(qiáng)度不同而工作的3.如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當(dāng)a、b端電壓Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在______℃．354.下列關(guān)于光傳感器應(yīng)用的說法中正確的是(

)A．火災(zāi)報(bào)