1、第一節(jié) 傳感器及其工作原理,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是傳感器 2知道什么是光敏電阻、熱敏電阻、 金屬熱電阻以及霍爾元件 3知道傳感器的工作原理 重點(diǎn)難點(diǎn)：對(duì)傳感器工作原理的理解 易錯(cuò)問(wèn)題：對(duì)傳感器電路的動(dòng)態(tài)分析,自動(dòng)門,引入新課,自動(dòng)干手機(jī),酒精含量測(cè)試儀,雷達(dá)測(cè)速儀,電子秤,紅外耳溫計(jì),航空航天宇宙飛船,飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場(chǎng)、振動(dòng)測(cè)量；“阿波羅10”飛船對(duì)3295個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其中： 溫度傳感器559個(gè) 壓力傳感器140個(gè) 信號(hào)傳感器501個(gè) 遙控傳感器142個(gè),專家說(shuō)：整個(gè)宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體,什么是傳感器 ？,干簧管,防盜報(bào)警器,原理：當(dāng)磁體靠近干

2、簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用,什么是傳感器 ？,干簧管的應(yīng)用,一種防盜門報(bào)警電路,干簧管,視覺,嗅覺,聽覺,味覺,觸覺,光傳感器,濕度傳感器,氣體傳感器,聲音傳感器,味傳感器,溫度傳感器,壓力傳感器,人獲取外界信息,機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備獲取外界信息,1.傳感器的定義：,傳感器是指這樣一類元件： 它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。,2.傳感器的作用,測(cè)量、傳輸、處理和控制,3、傳感器的組成,輔助電源,敏感元件,轉(zhuǎn)換元件,基本轉(zhuǎn)換電路,被測(cè)量,電量,敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被

3、測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。,轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)或電量。,基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。,物理、化學(xué)、生物信息,離子感煙器,明火探測(cè)器,溫度傳感器,光電傳感器,濕度傳感器,機(jī)油壓力傳感器,超聲波傳感器,風(fēng)速傳感器,全自動(dòng)血壓機(jī),自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門,走廊聲控?zé)舻墓ぷ髟?1、光敏電阻,制作傳感器常用的敏感元件,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。,4、傳感器常用的敏感元件,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

4、鎘是一種半導(dǎo)體材料， 無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性變好,例1.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（ ） A當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓 B當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓 C信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次 D信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次,BD,2、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,金屬熱電阻,鉑電阻,例2、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

5、歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法正確的是（ ）,A.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,AC,（1）測(cè)定角度,（2）測(cè)定液面高度h,（3）測(cè)定壓力F,（4）測(cè)定位移x,3、電容式傳感器,電容式位移傳感器,電容式位移傳感器把力學(xué)量（位移）轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（電容）。,例3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)

6、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,BC,制作傳感器常用的敏感元件,在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極，就成了一個(gè)霍爾元件。,4、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,可以證明，霍爾電壓UH：,d薄片的厚度 k霍爾系數(shù),霍爾元件把磁

7、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,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.當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡,電流的微觀表達(dá)式,例3、如圖所示，有電流I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問(wèn)金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？,下表面,如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)光照射到R3上的光強(qiáng)度增大時(shí)(),A電壓表的示數(shù)增大 BR2中電流減小 C小燈泡的功率增大 D電路的路端電壓增大 【思路點(diǎn)撥】光敏電阻有隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而阻值減小的特征，由閉合電路歐姆定律

8、及串并聯(lián)的分壓、分流原理對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,【解析】當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，光敏電阻R3的阻值變小，R3與L串聯(lián)后再與R2并聯(lián)的總電阻值變小、干路中總電流變大，R1兩端電壓變大，A正確；R2兩端電壓減小，通過(guò)R2的電流減小，B正確；總電流變大，通過(guò)R2的減小，所以通過(guò)小燈泡L的電流變大，燈泡變亮，功率增大，C正確因?yàn)楦陕分须娏髯兇螅瑑?nèi)電壓變大，路端電壓變小，D錯(cuò)誤故選ABC.,1.如圖614所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于電阻擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將Rt包裹起來(lái)，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射Rt，表針

9、將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng),解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，電流越大，所以將Rt包裹起來(lái)電阻增大，指針向左偏，反之向右偏 答案：左右,如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻變大，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí) AR1兩端的電壓增大 B電流表的示數(shù)增大 C小燈泡的亮度變強(qiáng) D小燈泡的亮度變?nèi)?【思路點(diǎn)撥】根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)及閉合電路的歐姆定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析 【解析】R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò),2.如圖616

10、所示，將萬(wàn)用表的選擇開關(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的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間若往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),變式訓(xùn)練,解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，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,【答案】(1)evB (2)證明見解析,3.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)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況以下說(shuō)法中正確的是(),變式訓(xùn)練,A將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，UH將變大 B在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D改變磁感線與霍