1認識傳感器2常見傳感器的工作原理及應用第五章傳感器知識梳理一、神奇的傳感器1.樓道燈安裝了

，自動門安裝了

，酒精檢測儀上安裝了

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

的可用信號輸出。通常轉換成的可用信號是

、

等電學量，或轉換為

。把

轉換為

，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。聲控—光控開關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量電學量二、傳感器的種類根據(jù)被測量的不同，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、傳感器的組成與應用模式

轉換元件敏感元件信號調整與轉換電路執(zhí)行機構顯示器計算機系統(tǒng)被測量電信號聲、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，光照強度不同時電阻不同，光敏電阻是

中常見的光敏元件。2.硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子

，導電性能差；隨著光照的增強，載流子

，導電性變好。3.光敏電阻能夠把

這個光學量轉換為

這個電學量。硫化鎘光傳感器增多極少光照強弱電阻五、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體和半導體材料的導電性能。

和

就是傳感器中常見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.有些半導體在溫度上升時導電能力

，因此可以用半導體材料制作

。4.金屬熱電阻和熱敏電阻都能夠把

這個熱學量轉換為

這個電學量。溫度金屬熱電阻熱敏電阻熱電阻增強熱敏電阻溫度電阻增大六、電阻應變片1.金屬導體在外力作用下發(fā)生機械形變(伸長或縮短)時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的

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

。3.電阻應變片能夠把

這個力學量轉換為

這個電學量。4.常用的一種力傳感器是由金屬梁和電阻應變片組成的，稱為

力傳感器。電阻應變效應壓阻效應物體形變電阻應變式5.光敏電阻、熱敏電阻、電阻應變片等電阻式傳感器的工作共性是通過測量

的變化來確定外界非電學量的變化。6.電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間的距離d以及極板間的電介質這三個因素。如果某個物理量的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定這個物理量的變化，由此可以制成

傳感器。電阻電容式情境探究1：傳感器干簧管結構：如圖甲所示，它只是玻璃管內封入的兩個軟磁性材料制成的簧片。將干簧管接入圖乙電路，當磁鐵靠近干簧管時：會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？干簧管的作用是什么?要點提示：燈泡會亮，因為當磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通；干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器。乙甲知識歸納11.傳感器的工作流程非電學量→敏感元件→轉換元件→轉換電路→電學量2.傳感器的組成(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。(2)轉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換成電信號的電子元件。(3)轉換電路是將轉換元件輸出的不易測量的電學量轉換成易于測量的電學量，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，有位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(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，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)A.從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動B.從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動C.從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動D.從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動解析：在0~t1內，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動，在t1~t2內，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運動，A、B均錯誤;在t2~t3內，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，C錯誤，D正確。答案：D情境探究2：光敏電阻實驗：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。在室內自然光的照射下，電阻值約有多大?用手掌遮光時電阻值又是多少?用陽光直接照射呢?要點提示:(1)實驗現(xiàn)象：同一只光敏電阻，用多用電表測量其阻值，用手掌遮光時，電阻值較大，在室內自然光的照射下電阻值變小，改用陽光直接照射時，電阻值變得更小。(2)實驗結論：光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而明顯減小。知識歸納2光敏電阻的特點及工作原理(1)當半導體材料受到光照或者溫度升高時，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，于是導電能力明顯增強。(2)光敏電阻是用半導體材料(如硫化鎘)制成的。它的特點是光照越強，電阻越小。它能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。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關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時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度的增強而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉角度變小，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關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(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?若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉?要點提示：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；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏。知識歸納3熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(1)熱敏電阻：用半導體材料制成。(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圖像制作材料半導體金屬導體優(yōu)點靈敏度好化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大作用能夠將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量(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、開關組成的電路中，當閉合開關S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，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，是測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物體，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中。已知靈敏電流計指針偏轉方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉，則導電液體的深度h是如何變化的？并說明電容器的電容的變化。要點提示：深度h增大，電容增大。知識歸納4電容器的電容決定于極板間的正對面積S、極板間距d、極板間的電介質這幾個因素。如果某個物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的變化引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，通過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。名稱傳感器原理測定角度θ的電容式傳感器當動片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時，引起極板正對面積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的變化情況測定液面高度h的電容式傳感器在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質，液面高度h發(fā)生變化時，引起正對面積發(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的變化情況常見電容式傳感器名稱傳感器原理測定壓力F的電容式傳感器待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，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的變化情況測定位移x的電容式傳感器隨著電介質進入極板間的長度發(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)轉換成便于測量的量(一般是電學量)的一類元件，在自動控制中有相當廣泛的應用，如圖所示的裝置是一種測定液面高度的電容式傳感器。金屬芯線與導電液體構成一個電容器，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，相當于電容器極板正對面積的變化。當h增大時，相當于正對面積增大，則電容應增大；當h減小時，相當于正對面積減小，電容C應減小，B正確。答案：B

1.霍爾效應在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應。由于霍爾效應使導體內所產生的電勢差稱為霍爾電勢差，也稱霍爾電壓。霍爾效應知識拓展：霍爾元件2.霍爾元件的應用及原理1—測量磁場的大小半導體的霍爾效應要強于導體。在一個很小的矩形半導體（如砷化銦）薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件（如圖）。在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁感應強度為B的磁場，則在M、N間可出現(xiàn)霍爾電壓UH。通過分析可知，霍爾電壓UH與磁感應強度B有線性關系，因此利用霍爾元件可以測量磁感應強度的大小和方向?；魻栐軌虬汛鸥袘獜姸冗@個磁學量轉換為電壓這個電學量?；魻栐墓ぷ髟?.霍爾元件的應用及原理2—測量微小位移在兩塊磁感應強度相同、同極相對放置的磁體縫隙中放入霍爾元件，當霍爾元件處于中間位置時，磁感應強度B為0，霍爾電壓UH為0，可將該點作為位移的零點。當霍爾元件沿著±z方向移動時，則有霍爾電壓輸出，且電壓大小與位移大小成正比，從而能夠實現(xiàn)微小位移的測量。利用霍爾元件測量微小位移隨堂練習1．在一些星級賓館的洗手間經常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干。手靠近自動干手機能使傳感器工作，是因為(

)A．改變溫度

B

．改變濕度C．改變磁場

D

．改變電容D2．(