5.1認(rèn)識(shí)傳感器5.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用知識(shí)梳理一、神奇的傳感器1.樓道燈安裝了

，自動(dòng)門安裝了

，酒精檢測(cè)儀上安裝了

。2.傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為

的可用信號(hào)輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是

、

等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為

。把

轉(zhuǎn)換為

，可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制。聲控—光控開(kāi)關(guān)紅外線傳感器乙醇傳感器便于傳送和處理電壓電流電路的通斷非電學(xué)量電學(xué)量二、傳感器的種類根據(jù)被測(cè)量的不同，可分為

等傳感器；根據(jù)具體工作原理的不同，可分為

、

等傳感器。三、傳感器的組成與應(yīng)用模式

轉(zhuǎn)換元件敏感元件信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被測(cè)量電信號(hào)聲、光、壓力、位移、加速度、溫度電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式

四、光敏電阻1.光敏電阻是用

做成的，光照強(qiáng)度不同時(shí)電阻不同，光敏電阻是

中常見(jiàn)的光敏元件。2.硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子

，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子

，導(dǎo)電性變好。3.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。硫化鎘光傳感器增多極少光照強(qiáng)弱電阻五、金屬熱電阻和熱敏電阻1.除了光照以外，

也能明顯地影響金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。

和

就是傳感器中常見(jiàn)的感知溫度的敏感元件。2.金屬的電阻率隨溫度的升高而

，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為

。3.有些半導(dǎo)體在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力

，因此可以用半導(dǎo)體材料制作

。4.金屬熱電阻和熱敏電阻都能夠把

這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為

這個(gè)電學(xué)量。溫度金屬熱電阻熱敏電阻熱電阻增強(qiáng)熱敏電阻溫度電阻增大六、電阻應(yīng)變片1.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

。2.除了金屬電阻應(yīng)變片外，常用的電阻應(yīng)變片還有半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，它的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的

。3.電阻應(yīng)變片能夠把

這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為

這個(gè)電學(xué)量。4.常用的一種力傳感器是由金屬梁和電阻應(yīng)變片組成的，稱為

力傳感器。電阻應(yīng)變效應(yīng)壓阻效應(yīng)物體形變電阻應(yīng)變式5.光敏電阻、熱敏電阻、電阻應(yīng)變片等電阻式傳感器的工作共性是通過(guò)測(cè)量

的變化來(lái)確定外界非電學(xué)量的變化。6.電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間的距離d以及極板間的電介質(zhì)這三個(gè)因素。如果某個(gè)物理量的變化能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定這個(gè)物理量的變化，由此可以制成

傳感器。電阻電容式情境探究1：傳感器干簧管結(jié)構(gòu)：如圖甲所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。將干簧管接入圖乙電路，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)：會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？干簧管的作用是什么?要點(diǎn)提示：燈泡會(huì)亮，因?yàn)楫?dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通；干簧管起到開(kāi)關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器。乙甲知識(shí)歸納11.傳感器的工作流程非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量2.傳感器的組成(1)敏感元件相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。(2)轉(zhuǎn)換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件。(3)轉(zhuǎn)換電路是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等。知識(shí)歸納11.傳感器的工作流程非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量2.傳感器的組成(1)敏感元件相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。(2)轉(zhuǎn)換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件。(3)轉(zhuǎn)換電路是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等。例1：壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)A.從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)解析：在0~t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻阻值不變，由小球的受力不變可知，小車可能做勻速或勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在t1~t2內(nèi)，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運(yùn)動(dòng)，A、B均錯(cuò)誤;在t2~t3內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確。答案：D情境探究2：光敏電阻實(shí)驗(yàn)：將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋。在室內(nèi)自然光的照射下，電阻值約有多大?用手掌遮光時(shí)電阻值又是多少?用陽(yáng)光直接照射呢?要點(diǎn)提示:(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：同一只光敏電阻，用多用電表測(cè)量其阻值，用手掌遮光時(shí)，電阻值較大，在室內(nèi)自然光的照射下電阻值變小，改用陽(yáng)光直接照射時(shí)，電阻值變得更小。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而明顯減小。知識(shí)歸納2光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理(1)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度升高時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)。(2)光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的。它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越小。它能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。例2：如圖所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)表針自左向右的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏角變?yōu)棣?，則可判斷(

)A.θ'=θ B.θ'<θC.θ'>θ D.不能確定解析：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小，故B正確。答案：B例2：如圖所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)表針自左向右的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏角變?yōu)棣?，則可判斷(

)A.θ'=θ B.θ'<θC.θ'>θ D.不能確定解析：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小，故B正確。答案：B情境探究3：熱敏電阻和金屬熱電阻如圖所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央。若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)?若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)?要點(diǎn)提示：由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏。知識(shí)歸納3熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)(1)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成。(2)金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻。

熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)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R-T圖像制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大作用能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量(3)熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)別例3：如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是(

)A.小燈泡的電阻發(fā)生了變化B.小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C.電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D.電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析：電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P=I2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗。答案：C情境探究4：電容式傳感器如圖所示，是測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物體，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中。已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h是如何變化的？并說(shuō)明電容器的電容的變化。要點(diǎn)提示：深度h增大，電容增大。知識(shí)歸納4電容器的電容決定于極板間的正對(duì)面積S、極板間距d、極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某個(gè)物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的變化引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，通過(guò)電容的變化就可以確定上述物理量的變化，這種電容器稱為電容式傳感器。名稱傳感器原理測(cè)定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況測(cè)定液面高度h的電容式傳感器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況常見(jiàn)電容式傳感器名稱傳感器原理測(cè)定壓力F的電容式傳感器待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況測(cè)定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況例4.傳感器是將能感受的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件，在自動(dòng)控制中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖所示的裝置是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器。金屬芯線與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化情況就能反映出液面高度h的高低情況，則兩者的關(guān)系是(

)①C增大表示h增大 ②C增大表示h減?、跜減小表示h減小 ④C減小表示h增大A．只有①正確 B．只有①、③正確C．只有②正確 D．只有②、④正確解析：液面高度的變化，相當(dāng)于電容器極板正對(duì)面積的變化。當(dāng)h增大時(shí)，相當(dāng)于正對(duì)面積增大，則電容應(yīng)增大；當(dāng)h減小時(shí)，相當(dāng)于正對(duì)面積減小，電容C應(yīng)減小，B正確。答案：B

1.霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。由于霍爾效應(yīng)使導(dǎo)體內(nèi)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，也稱霍爾電壓?；魻栃?yīng)知識(shí)拓展：霍爾元件2.霍爾元件的應(yīng)用及原理1—測(cè)量磁場(chǎng)的大小半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)要強(qiáng)于導(dǎo)體。在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（如砷化銦）薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件（如圖）。在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則在M、N間可出現(xiàn)霍爾電壓UH。通過(guò)分析可知，霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有線性關(guān)系，因此利用霍爾元件可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。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?；魻栐墓ぷ髟?.霍爾元件的應(yīng)用及原理2—測(cè)量微小位移在兩塊磁感應(yīng)強(qiáng)度相同、同極相對(duì)放置的磁體縫隙中放入霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0，霍爾電壓UH為0，可將該點(diǎn)作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾元件沿著±z方向移動(dòng)時(shí)，則有霍爾電壓輸出，且電壓大小與位移大小成正比，從而能夠?qū)崿F(xiàn)微小位移的測(cè)量。利用霍爾元件測(cè)量微小位移隨堂練習(xí)1．在一些星級(jí)賓館的洗手間經(jīng)常裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開(kāi)通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近自動(dòng)干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?

)A．改變溫度

B．改變濕度C．改變磁場(chǎng)

D．改變電容D2．(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以(

)A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量ABC3．(多選)在溫控電路中，通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制。如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(

)A．電容器C的帶電荷量增大B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D．R1消耗的功率增大AB4．關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是(

)A．應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成的

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)變片電壓

D．外力越大，輸出的電壓差值越小B5．霍爾元件是實(shí)際生活中的重要元件之一，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖所示為一長(zhǎng)度一定的霍爾元件，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于霍爾元件的工作面向下，在元件中通入圖示從E到F方向的電流I，其中元件中的載流子是帶負(fù)電的電荷，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量B．該元件C面的電勢(shì)高于D面的C．如果用該元件測(cè)赤道處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，應(yīng)保持工作面水平D．如果流過(guò)霍爾元件的電流大小不變，則元件C、D面的電勢(shì)差與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比D備用工具&資料4．關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是(

)A．應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成的

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)變片電壓

D．外力越大，輸出的電壓差值越小B2．(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以(

)A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量ABC二、傳感器的種類根據(jù)被測(cè)量的不同，可分為

等傳感器；根據(jù)具體工作原理的不同，可分為

、

等傳感器。三、傳感器的組成與應(yīng)用模式

轉(zhuǎn)換元件敏感元件信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)