第一节传感器及其工作原理

1、第一节传感器及其工作原理学习目标1 知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理2 知道光敏电阻特点及作用3 掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别4 理解霍尔元件的原理及作用5 会用各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路 重点：各类传感器的工作原理知识梳理一、传感器1 干簧管结构：它只是玻璃管内封入的的两个制成的簧片作用：在电路中起到的作用，它是一种能够的传感器2 传感器作用：它是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等，或转换为的一类元件分类：常见的传感器有色标传感器、温度传感器、电容式位移传感器、电感式位移

2、传感器等等二、光敏电阻1 构造及特点：光敏电阻是用制成的，硫化镉就是一种其特点是电阻率随光照强度的增大而，原因是：无光照射，载流子，导电性有光照射，载流子，导电性2 作用：光敏电阻能够把转化为三、热敏电阻和金属热电阻1 热电阻：金属的电阻率随温度的升高而，用多金属做成的传感器称为热电阻其特点是、测温范围，但较差2 热敏电阻：半导体材料的导电能力随温度升高而，电阻率随温度升高而，用做成的传感器称为热敏电阻，热敏电阻也可以用制成其特点是灵敏度3 二者的作用：二者都能把转化为四、霍尔元件1 构造（如图所示）：在很小的矩形薄片上，制作四个电极，就成为一个霍尔元件2 霍尔电压：形成过程：_表达式UH=_

3、，式中d为_，k为，其大小与有关3 作用：用霍尔元件能够把转换为4 试推导霍尔电压的表达式UHkIB/d典型例题【例1】如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒精，表针将向（填“左”或“右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填“左”或“右”移动）【例2】如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是A 当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B 当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C 信号处理系统每获得一次低电压就计数一

4、次D 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次巩固检测1、下列说法正确的是A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种磁传感器C.传感器不是电视摇控接收器的主要元件D.传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具2、使用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是A.测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B.测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C.测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D.测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小3、利用半导体材料可制成哪些电子元件A.热敏电阻 B.光敏电阻 C.晶体管 D.标准电阻4、如图，某半导体热

5、敏电阻的IU图线可能是5、下列说法正确的是A.金属导体的电阻率随温度增加而减小B.半导体的电阻率随温度增加而增大C.用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D.用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用拓展提高1（2000年全国理综）如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为UKIB/d式中比例系数K称为霍尔系数霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而

6、形成横向电场横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势下侧面A的电势（填高于、低于或等于）电子所受的洛伦兹力的大小为当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为当静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系统为k=1/ne，其中n代表导体板单位体积中电子的个数课时1传感器及其工作原理【知识梳理】一、1软磁性材料，开关，感知磁场2非电学量，电学量，电路的通断，力传感器二、1半导体材料，半导体材料，减小

7、，极少，不好，增多，变好2光照强弱这个光学量，电阻这个电学量三、1增大，化学稳定性好，大，灵敏度2增强，明显减小，半导体材料，金属氧化物，较高3温度这个热学量四、1半导体2如图题图61在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的截流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。（推导略），薄片的厚度，霍尔系数，薄片的材料3磁场感应强度，电压这个电学量【例1】解析若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流

8、增大，指针向右偏【答案】左右【特别提示】（1）热敏电阻的阻值随温度的变化而变化阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)（2）欧姆表的表盘刻度最右侧为0，最左侧为最大值【例2】解析当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项A、C正确【达标测试】1ABD2AD3ABC4B5CD【扩展提高】1(1)低于 (2)eU/h(evB) (4)电子受到横向静电力横向静电力与洛伦兹力与洛伦兹力的作

9、用，两力平衡，有eU/h=evB由上式，得U=hvB通过导体的电流密度I=neV·d·h，有U=kIB/d, 有hvB=k·neVB·d·h/d得k=I/ne第二节 传感器的应用 （一）学习目标1了解力传感器在电子秤上的应用。2了解声传感器在话筒上的应用。3了解温度传感器在电熨斗上的应用。重点、难点各种传感器的应用原理及结构。知识梳理一、应变式力传感器的应用电子秤1.、应变式力传感器的构造：它是由和组成，应变片是一种敏感元件，多用制成2、应变式力传感器的工作原理如图所示：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个，在梁的自由端施力F，

10、则梁发生弯曲，上表面，下表面，上表面应变片的电阻变，下表面的电阻变F越大，弯曲形变越，应变片的阻值变化就越如果让应变片中通过的电流保持恒定，则上面应变片两端的电压变，下面应变片两端的电压变因此可得，外力越大，输出的电压差值也就越3、应变力传感器的作用：它能够把转换成二、声传感器的应用话筒1话筒的作用：话筒是一种常见的声传感器，它能把转换为2动圈式话筒的构造（如图所示）及工作原理：它主要由、和组成其工作原理可简述为：3电容式话筒的构造（如图所示）及工作原理：它主要是由、和组成的一个电容器4驻极体话筒的工作原理及特点：它的工作原理与电容式话筒，但工作电压不同，它只需的电压，而电容式话筒需的电压它的

11、特点有、三、温度传感器的应用电熨斗1电熨斗的构造（如图624所示）：它主要由、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成2电熨斗的工作原理：常温下上下触点是，设定温度时，通过调节使弹性铜片下降，与弹性铜片相连接的上触点与接通，这样电路接通，电热丝发热产生热量，温度升高，可以熨烫衣物这时双金属片也由于受热而膨胀，但因双金属片上层金属的膨胀系数下层金属，使双金属片向弯曲，上下触点脱离，电路断开由于电路断开，电热丝不再发热，温度降低，双金属片恢复初态，电路又接通加热不难看出，双金属片温度传感器的作用就是典型例题【例1】动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲是话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音

12、原理图，由图可知A 话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感生电流B 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈产生感生电流C 录音机放音线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D 录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场课堂总结、点评本节课主要学习了以下几个问题： 力传感器的应用 传感器的应用声传感器的应用 温度传感器的应用力传感器是把 信号转换成 信号；声传感器是把 信号转换为 信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制。检测巩固1、关于话筒，下列说法正确的是A 无论动圈式话筒、电容式话筒、还是驻极体话筒，作用相同都将声波力学量转换成了电压（或电流）电学量B 电容式话筒和驻极体话筒原理相

13、同，都是声波的变化引起电容变化，进而引起输出电压的变化C 动圈式话筒利用通电线圈在磁场中受安培力振动实现声向电的转化D 因为驻极体话筒价格便宜、灵敏度高，会场大都用驻极体话筒2、下列说法正确的A 电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同B 常温下，上下触点是接触的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C 需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D 电熨斗中的双金属片是一种半导体材料3、传感器是一种采集信息的重要器件，图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力为F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的A 若F向上压膜片电极，电

14、路中有从a和b的电流B 若F向上压膜片电极，电路中有从b和a的电流C 若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流D 若电流表有示数，则说明压力F发生变化4.1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化（冷却剂外泄使管中液面变化）转换为电信号的自动化测量技术如图所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙述中正确的是A电容增大反映h增大 B电容增大反映h减少C将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反

15、映h减小D将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映h增大拓展提高5、用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧连在一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 ms2）（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向

16、（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零课时2传感器的应用【知识梳理】一、1金属梁，应变片，半导体材料2应变片，拉伸，压缩，大，小，大，大，大，小，大3物体形变这个力学量，电压这个电学量二、1声信号，电信号2永久磁体；膜片；线圈；当声波使膜片振动时，在弹性膜片后面粘接的一个轻小的金属线圈随之振动，线圈处于永磁体的磁场中产生与声音变化规律相同的感应电流，这样就将声音信号转化为电信号。3绝缘支架；薄金属膜；固定电极；保真度；当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的感应电流，这样就将声音信号转化为电信号。4类似，36V，250V，体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高。三、1调温旋钮，升降螺丝，绝缘支架，触点，双金属片2接触的，调温旋钮，下触点，大于，下，控制电路的通断。【例1】解析：话筒的工作原理是，声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流A正确录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场，D正确磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确【答案】ABD【检测巩固】1AB2BC 3BD4AC5、分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传