第五章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理學習任務1．知道什么是傳感器，知道傳感器的組成和分類。2．知道溫度傳感器、光電傳感器的工作原理及應用。必備知識·自主預習儲備01[知識梳理]知識點一傳感器及其分類1．定義：能感受被測量的信息，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成__信號的器件或裝置。2．傳感器的組成：傳感器一般由________、轉(zhuǎn)換元件和________三部分組成。(1)敏感元件：相當于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。電敏感元件轉(zhuǎn)換電路(2)轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的、與被測物理量成一定關系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件。(3)轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學量，如電壓、電流等。3．傳感器的分類傳感器種類繁多，涉及多個學科領域，根據(jù)檢測量不同，傳感器可分為____傳感器、____傳感器和____傳感器等。物理化學生物(1)物理傳感器：主要利用被測物理量(如：____、____、位移、亮度等)變化時，敏感元件的電學量(如____、____、____等)發(fā)生明顯變化的特性制成。如：壓電傳感器、____傳感器、______傳感器、____傳感器等。(2)化學傳感器：主要是基于________的原理。將化學物質(zhì)的成分、濃度等化學信息轉(zhuǎn)化為電學量的傳感器。如：______氣體傳感器、____傳感器、____傳感器等。(3)生物傳感器：是一種基于__、____和____等分子識別功能，并將其轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的傳感器。如：__傳感器、____傳感器、____傳感器等。壓力溫度電阻電壓電容光電加速度溫度化學反應半導體濕敏離子酶抗體激素酶細胞免疫知識點二傳感器的原理1．溫度傳感器的原理(1)溫度傳感器：將____變化轉(zhuǎn)換為電學量變化的裝置，它利用傳感器元件的電學量隨溫度變化而變化的特性來實現(xiàn)對溫度的測量。(2)熱敏電阻：利用半導體材料的____隨溫度變化而變化的特性實現(xiàn)對溫度的測量，其電阻大小與溫度高低有關，溫度變化，電阻有明顯變化。2．光電傳感器的原理(1)光電傳感器：將______變化轉(zhuǎn)化為______變化的裝置。(2)光敏電阻：光電傳感器的敏感元件，其阻值隨光照的____而減小。溫度阻值光學量電學量增強[基礎自測]1．思考判斷(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)傳感器是一種聯(lián)絡傳遞感情的設備。 (

)(2)傳感器是一種感知、探測物理量的工具。 (

)(3)傳感器是將被測量的非電學量轉(zhuǎn)換成電學量的器件或裝置。 (

)(4)光敏電阻受到的光照越強，電阻越小。 (

)(5)熱敏電阻一定是隨溫度的升高，其阻值增大。 (

)××√√×2．關于傳感器，下列說法不正確的是(

)A．傳感器通常是將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置B．壓力傳感器是將力學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置C．所有傳感器都是由半導體材料制成的D．傳感器廣泛應用于信息采集系統(tǒng)C

[傳感器通常是通過將非電學量轉(zhuǎn)換成電學量來傳遞信息的，A正確；壓力傳感器是將力學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置，B正確；用來制作傳感器的材料有半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料等，傳感器廣泛應用于信息采集系統(tǒng)，故C錯誤，D正確。]√3．(多選)美國科學家WillardS．Boyle與GeorgeE.Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學獎。CCD是將光學量轉(zhuǎn)變成電學量的傳感器。下列器件可作為傳感器的有(

)A．發(fā)光二極管B．熱敏電阻C．霍爾元件D．干電池BC

[傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量的元件。發(fā)光二極管是將電能轉(zhuǎn)化為光能的元件，不是傳感器，選項A錯誤；熱敏電阻的溫度變化時，其電阻會發(fā)生變化，能把熱學量轉(zhuǎn)換成電學量，可作為傳感器，選項B正確；霍爾元件能夠把磁感應強度這個非電學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量，可作為傳感器，選項C正確；干電池是一種電源，不是傳感器，選項D錯誤。]√√關鍵能力·情境探究達成02考點1傳感器的原理和分類考點2溫度傳感器和光電傳感器考點3霍爾元件有自動控制功能的蔬菜大棚，要靠傳感器感知作物生長所需的各種信息。如圖所示為蔬菜大棚內(nèi)信息采集與自動控制流程的示意圖。試結(jié)合圖中信息思考，在蔬菜種植大棚中要用到哪些傳感器？提示：需要五種傳感器：光傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器、溫敏傳感器。

√[跟進訓練]1．(多選)關于傳感器的作用，下列說法正確的是(

)A．通常的傳感器可以直接用來進行自動控制B．傳感器可以用來采集信息C．傳感器可以將感受到的一些信息轉(zhuǎn)換為電學量D．傳感器可以將所有感受到的信息都轉(zhuǎn)換為電學量BC

[傳感器的作用主要是用來采集信息并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成便于測量的量；但并不是將其感受到的所有信息都轉(zhuǎn)換為電學量。故B、C正確。]√√考點2溫度傳感器和光電傳感器1．溫度傳感器——熱敏電阻和金屬熱電阻(1)熱敏電阻。指用半導體材料制成、阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線。熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高，電阻增大；負溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高，電阻減小。(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，稱為金屬熱電阻。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量，但相比而言，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好。2．光電傳感器——光敏電阻光敏電阻一般由半導體材料做成，當半導體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導電性能明顯增強。光敏電阻把光照的強弱轉(zhuǎn)換為電阻大小?！镜淅?】如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為電阻絲，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時，下列選項中不正確的是(

)A．電壓表的示數(shù)增大

B．R2中電流減小C．電阻絲的功率增大

D．電路的路端電壓增大D

[當光照強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，干路電流增大，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大；由路端電壓減小及R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小；結(jié)合干路電流增大知流過電阻絲的電流必增大，則電阻絲的功率增大，故選項D錯誤。]√含傳感器電路的分析方法(1)判斷電路的整體連接特點。(2)由敏感元件電阻的變化判斷出整個電路總電阻的變化。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化。(4)根據(jù)電路串并聯(lián)特點和歐姆定律判斷出各部分電路電壓和電流的變化，進而得出電壓表、電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化。[跟進訓練]2．火警報警器的電路示意圖如圖所示。其中，RT為用半導體熱敏材料制成的傳感器，這種半導體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而減小。電流表為值班室的顯示器，電源兩極之間接一報警器。當傳感器RT所在處出現(xiàn)火情時，通過顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(

)A．I變大，U變小 B．I變大，U變大C．I變小，U變小 D．I變小，U變大√C

[當傳感器RT所在處出現(xiàn)火情時，溫度升高，RT的電阻減小，則電路中的總電阻R總減小，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，電路中的總電流I總變大，路端電壓變小，則報警器兩端的電壓U減小，根據(jù)U＝IR可知，電阻R1兩端的電壓U1增大，根據(jù)分壓原理可知，電阻R2兩端的電壓U2變小，則流過R2的電流減小，即電流表讀數(shù)I變小。故選C。]

√√√霍爾電勢判斷要點

在判斷霍爾電勢的高低時，一定要注意載流子是正電荷還是負電荷。無論載流子是正電荷還是負電荷，四指指的都是電流方向，即正電荷定向移動的方向，負電荷定向移動的反方向。[跟進訓練]3．(多選)如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，相對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法中正確的是(

)A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，UH將變大B．在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平C．在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化√√√

學習效果·隨堂評估自測031．下列關于傳感器的說法中不正確的是(

)A．傳感器通常能將感受到的外部信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號B．話筒是一種將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號的傳感器C．光敏電阻是一種利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器D．熱敏電阻是將溫度信息轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器B

[傳感器通常能將感受到的外部信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號，A正確，不符合題意；話筒是一種將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，B錯誤，符合題意；光敏電阻是一種利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，C正確，不符合題意；熱敏電阻是將溫度信息轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器，D正確，不符合題意。]1234√2．如圖所示，RT為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，R為定值電阻，若往RT上擦一些酒精，在環(huán)境溫度不變的情況下，關于電壓表示數(shù)的變化情況，下列說法中正確的是(

)A．變大B．變小C．先變大后變小再不變D．先變小后變大再不變1234√D

[往RT上擦酒精后，酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點，電壓表示數(shù)變小。當酒精蒸發(fā)完畢后，RT的溫度逐漸升高到環(huán)境溫度后不變，所以熱敏電阻的阻值逐漸變小，最后不變，故電壓表的示數(shù)將逐漸變大，最后不變。所以選項D正確。]12343．如圖所示是某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置。則(

)A．當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高B．當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低C．當僅增大R2的阻值時，可減小A、B之間的電壓D．當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓1234√B

[R1是光敏電阻，有光照射時，電阻變小，當有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A項錯誤，B項正確；由閉合電路歐姆定律得A、B之間的電壓U＝E－I(R1＋r)，當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故C項錯誤；當減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D項錯誤。]12344．如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置。其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端。在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認為電壓表應該接在圖中的________兩點之間，按照你的接法請回答：當油箱中油量減少時，電壓表的示數(shù)將________(選填“增大”或“減小”)。[解析]由題圖可知，當油箱內(nèi)液面高度變化時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化。當油量減少時，