第1節(jié)傳感器及其工作原理第1頁(yè)熱敏電阻器兩種型號(hào)及其特征熱敏電阻器是電阻值隨溫度改變而改變敏感元件．在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．熱敏電阻器可按電阻溫度特征、材料、結(jié)構(gòu)、工作方式、工作溫度和用途進(jìn)行分類．第2頁(yè)分類方式類別電阻溫度特征正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)材料金屬、半導(dǎo)體(單晶、多晶、陶瓷)結(jié)構(gòu)珠狀、片狀、桿狀、膜狀工作方式直熱式、旁熱式工作溫度常溫、高溫、低溫用途測(cè)溫控溫、輻射能(功率)測(cè)量、穩(wěn)壓(穩(wěn)幅)等熱敏電阻器分類第3頁(yè)熱敏電阻器用途十分廣泛，主要應(yīng)用于：①利用電阻—溫度特征來(lái)測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路溫度賠償；②利用非線性特征完成穩(wěn)壓、限幅、開(kāi)關(guān)、過(guò)流保護(hù)作用；③利用不一樣介質(zhì)中熱耗散特征差異測(cè)量流量、流速、液面、熱導(dǎo)、真空度等；④利用熱慣性作為時(shí)間延遲器．第4頁(yè)1．傳感器是指這么一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成份等非電學(xué)量，并能夠把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______．2．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．3．熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．4．霍爾元件能夠把磁感強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．1．電壓、電流電路通斷2．電阻3．電阻4．電壓第5頁(yè)第6頁(yè)一、傳感器及其原理1．傳感器傳感器是這么一類元件：它能夠感受諸如力、光、聲、化學(xué)成份等非電學(xué)量，并能把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路通斷．2．傳感器分類慣用傳感器是利用一些物理、化學(xué)或生物效應(yīng)進(jìn)行工作．依據(jù)人測(cè)量不一樣，可將傳感器分為物理型、化學(xué)型和生物型三類．第7頁(yè)物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)一些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、磁場(chǎng)等)發(fā)生顯著改變特征制成，如光電傳感器、力學(xué)傳感器等．化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)成份、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換成為電學(xué)量敏感元件制成．生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)特征做成，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成份傳感器，生物或生物物質(zhì)主要是指各種酶、微生物、抗體等，分別對(duì)應(yīng)酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器等等．?頁(yè)3．傳感器原理傳感器感受通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出大多是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱，普通要經(jīng)過(guò)放大等處理后，再經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作．傳感器原理以下列圖所表示．第9頁(yè)二、光敏電阻及其特征

1．光敏電阻特征試驗(yàn)探究

(1)試驗(yàn)器材多用電表、光敏電阻、導(dǎo)線、黑紙、開(kāi)關(guān)

(2)試驗(yàn)步驟①用多用電表歐姆擋兩表筆與在室內(nèi)自然光照射下光敏電阻兩端連接，測(cè)光敏電阻阻值電路如上圖所表示．②用手張開(kāi)(或用黑紙)放在光敏電阻上，擋住部分光線，測(cè)光敏電阻阻值．第10頁(yè)③全部擋住光線，測(cè)光敏電阻阻值．④將所測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表中.光照強(qiáng)度強(qiáng)中弱R/Ω2.光敏電阻特征依據(jù)上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)可得光敏電阻特征：光敏電阻電阻隨光照增強(qiáng)而減?。?．光敏電阻被光照射電阻改變?cè)蚬饷綦娮柙诒魂?yáng)光照射時(shí)電阻發(fā)生改變，原因是組成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，隨光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好．第11頁(yè)以下列圖所表示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器基本工作原理是(

)A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)取得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)取得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每取得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每取得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次第12頁(yè)解析：每當(dāng)光照射在光敏電阻R1上時(shí)，R1電阻變小，串聯(lián)電路中，R2上電壓變大，即信號(hào)處理系統(tǒng)取得高電壓，A對(duì)．當(dāng)信號(hào)處理系統(tǒng)接收到一次低電壓，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)一次，所以此題應(yīng)選A、C.答案：AC第13頁(yè)變式遷移

1.如右圖所表示，將多用電表選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表兩支表筆分別與光敏電阻Rt兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤中央．若用不透光黑紙將Rt包裹起來(lái)，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒照射Rt，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)．第14頁(yè)解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將Rt用不透光黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏．答案：左右第15頁(yè)變式遷移三、熱敏電阻及其特征

1．熱敏電阻特征試驗(yàn)探究

(1)試驗(yàn)器材熱敏電阻、多用電表、燒杯(備用冷、熱水)、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)

(2)試驗(yàn)步驟①如右圖所表示，將一熱敏電阻連入電路中．用多用電表歐姆擋測(cè)其電阻，統(tǒng)計(jì)溫度、電阻值．②將熱敏電阻放入少許冷水中并將它插入有溫度計(jì)燒杯中，統(tǒng)計(jì)溫度、電阻值．③再分幾次向燒杯中倒入熱水觀察不一樣溫度下熱敏電阻阻值．第16頁(yè)④在右圖中，粗略描繪出熱敏電阻阻值R隨溫度t改變R－t圖線．⑤依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和R－t圖線，說(shuō)明熱敏電阻阻值是否隨溫度改變而均勻改變？次數(shù)待測(cè)量12345t/°CR/Ω把測(cè)量到溫度、電阻值填入下表中第17頁(yè)

2．熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，依據(jù)上述試驗(yàn)可知，其電阻值隨溫度改變顯著，溫度升高電阻減小，如右圖所表示為某一熱敏電阻電阻值隨溫度改變特征曲線．第18頁(yè)

3．金屬熱電阻有些金屬電阻率隨溫度升高而增大，這么電阻也能夠制作溫度傳感器，稱為熱電阻．右圖為某金屬導(dǎo)線電阻－溫度特征曲線．注意：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻靈敏度很好．第19頁(yè)以下列圖所表示，將萬(wàn)用表選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)．解析：若往Rt上擦一些酒精，因?yàn)榫凭舭l(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流降低，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏．答案：左右第20頁(yè)變式遷移

2.有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入以下列圖所表示電路中A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表示數(shù)，以下說(shuō)法中正確是(

)A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)改變較大，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)不改變，這只元件一定是定值電阻

C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)改變較大，這只元件一定是光敏電阻

D．用黑紙包住元件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第21頁(yè)解析：熱敏電阻阻值隨溫度改變而改變，定值電阻和光敏電阻不隨溫度改變；光敏電阻阻值隨光照改變而改變，定值電阻和熱敏電阻不隨之改變．答案：AC第22頁(yè)四、霍爾元件

1．霍爾元件如右圖所表示，在一個(gè)很小矩形半導(dǎo)體(比如砷化銦)薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，就成為一個(gè)霍爾元件．說(shuō)明：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．

2．霍爾電壓UH＝k

說(shuō)明：(1)其中k為百分比系數(shù)，稱為霍爾系數(shù)，其大小與薄片材料相關(guān)．

(2)一個(gè)霍爾元件d、k為定值，再保持I恒定，則UH改變就與B成正比，所以霍爾元件，又稱磁敏元件．第23頁(yè)3．霍爾效應(yīng)原理外部磁場(chǎng)使運(yùn)動(dòng)載流子受到洛倫茲力，在導(dǎo)體板一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多出另一個(gè)電荷，從而形成橫向電場(chǎng)；橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力到達(dá)平衡時(shí)，導(dǎo)體板左右兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定電壓，設(shè)上圖中MN方向長(zhǎng)度為l2，則q＝qvB.依據(jù)電流微觀解釋I＝nqsv，整理后，得UH＝.令k＝

，因n為材料單位體積帶電粒子個(gè)數(shù)，q為單個(gè)帶電粒子電荷量，它們均為常數(shù)，所以UH＝k

.UH與B成正比，這就是為何霍爾元件能把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量原因．第24頁(yè)電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中流量(即單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)管內(nèi)橫截面流體體積)．為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是以下列圖所表示橫截面為長(zhǎng)方形一段管道，其中空部分長(zhǎng)、寬、高分別為圖中a、b、c.流量計(jì)兩端與送流體管道相連(下列圖中虛線)．圖中流量計(jì)上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料．現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面．當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R電流表兩端連接，I表示測(cè)得電流值．已知流體電阻率為ρ，不計(jì)電流表內(nèi)阻，則可求得流量為(

)第25頁(yè)解析：本題實(shí)質(zhì)上是相關(guān)磁與電傳感器計(jì)算題，綜合性強(qiáng)、能力要求高．設(shè)管中流體流速為v，則在Δt時(shí)間內(nèi)流體在管中向前移動(dòng)距離為vΔt，這么如圖畫(huà)線流體在Δt時(shí)間內(nèi)都將流過(guò)橫截面．設(shè)此橫截面積為S，則畫(huà)線流體體積ΔV＝SvΔt，除以時(shí)間Δt，則得到流體在該管中流量為Q＝＝Sv.對(duì)于題干所給流量計(jì)，橫截面積S＝bc，故流過(guò)流量計(jì)流量Q＝vbc，對(duì)于給定流量計(jì)，b與c是常量，可見(jiàn)測(cè)流量實(shí)質(zhì)是測(cè)流速．第26頁(yè)當(dāng)可導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)，流量體將切割磁感線，這么在流量計(jì)上、下兩面產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝vBc，其中B是垂直于流量計(jì)前后兩面勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，c是流過(guò)流量計(jì)流體厚度，v是可導(dǎo)電流體在流量計(jì)中速．這么在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R電流表兩端連接，如右圖所表示，則將有電流流過(guò)閉合電路．這個(gè)閉合電路中電動(dòng)勢(shì)就是由可導(dǎo)電流體沿流量計(jì)流動(dòng)切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，以下列圖所表示，電阻包含外接電阻R和可導(dǎo)電流體電阻r＝ρ.第27頁(yè)這么依據(jù)歐姆定律，得到閉合電路中電流等于第28頁(yè)變式遷移

3．一個(gè)半導(dǎo)體材料稱為“霍爾材料”，用它制成元件稱為“霍爾元件”，這種材料有可定向移動(dòng)電荷，稱為“載流子”，每個(gè)載流子電荷量大小為1個(gè)元電荷量，即q＝1.6×10－19C，霍爾元件在自動(dòng)檢測(cè)、控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如錄像機(jī)中用來(lái)測(cè)量錄像磁鼓轉(zhuǎn)速、電梯中用來(lái)檢測(cè)電梯門是否關(guān)閉以及自動(dòng)控制升降電動(dòng)機(jī)電源通斷等．在一次試驗(yàn)中，一塊霍爾材料制成薄片寬a＝1.0×10－2m、長(zhǎng)b＝4.0×10－2m、厚h＝1×10－3

m，水平放置在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.5T勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，bc方向通有I＝3.0A電流，如上圖所表示，沿寬度產(chǎn)生1.0×10－5V橫向電壓．第29頁(yè)(1)假定載流子是電子，a、b兩端中哪端電勢(shì)較高？(2)薄板上形成電流I載流子定向運(yùn)動(dòng)速率多大？解析：(1)依據(jù)左手定則可確定a端電勢(shì)高．(2)當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)因?yàn)檩d流子有沿電流方向所在直線定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，受洛倫茲力作用而產(chǎn)生橫向分運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，導(dǎo)體橫向電壓穩(wěn)定．設(shè)載流子沿電流方向所在直線定向移動(dòng)速度為v，橫向電壓為Uab，橫向電場(chǎng)強(qiáng)度為E，電場(chǎng)力為Fe＝E·e＝·e，磁場(chǎng)力第30頁(yè)第31