高中物理_61传感器及其工作原理

1、列举生活中的一些自动控制实例 遥控器控制电视开关遥控器控制电视开关 日光控制路灯的开关日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关等声音强弱控制走廊照明灯开关等 自动门等自动门等 安检门安检门盒子里面有什么装置？盒子里面有什么装置？一、什么是传感器一、什么是传感器干簧管干簧管是一种能够感知磁场的传感器是一种能够感知磁场的传感器. .干簧管视频干簧管视频磁感应强度的变化磁感应强度的变化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 电路的通断电路的通断 干簧管干簧管是一种能够感知磁场的传感器是一种能够感知磁场的传感器. . 传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它

2、们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。（1 1）传感器的定义：）传感器的定义：（2 2）传感器的作用是什么？）传感器的作用是什么？传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和测量、传输、处理和控制。控制。 非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 角度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照 传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电路转换电路（3 3）传感器的工作原理）传感器的工作原理 二、常见制作传感器

3、的元件1光敏电阻光敏电阻 实验演示实验演示 ： 光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。光光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。光照越强，电阻越小；反之越弱。照越强，电阻越小；反之越弱。实验结论：实验结论： 光敏电阻能够将光敏电阻能够将光学量光学量转化为电阻这个转化为电阻这个电学量电学量 自动控制电路自动控制电路光电记数光电记数介绍半导体材料介绍半导体材料(科学漫步科学漫步)载流子：载流子： 空穴、自由电子空穴、自由电子导电原理：导电原理： 当半导体材料受到光照或者温度升高时，当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的自由电子和空穴产生，于是导体会有更多的自由电子和空穴产生，于是导体性增强。

4、性增强。2热敏电阻和金属热电阻热敏电阻和金属热电阻 阅读教材，问答问题：阅读教材，问答问题：（1 1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？化关系是否相同？（2 2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？ （3 3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？么量？ 金属导体金属导体的导电性能随温度升高而降低的导电性能随温度升高而降低( (温度升高电温度升高电阻增大）；阻增大）；半导体材料半导体材料的导电性能随温度升高而增强的导电性能随温度升高而增强温度升

5、高电阻减小）。温度升高电阻减小）。热敏电阻热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；小；金属热电阻金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。但灵敏度较差。 热敏电阻或金属热电阻热敏电阻或金属热电阻能够将能够将热学量热学量转化为转化为电学量电学量 热敏电阻视频（4 4）热敏电阻和金属热电阻的温度曲线。）热敏电阻和金属热电阻的温度曲线。 电容式传感器能够把电容式传感器能够把位移位移这个力学这个力学量转化为量转化为电容电容这个电学量。这个电学量。 插入电介质，电容增大插入电介质，电容增大3. 电容式传感器常见

6、的电容式传感器：常见的电容式传感器：（1）测定角度）测定角度： （2）测定液面高度）测定液面高度h： （3）测定压力）测定压力F： （4）测定位移）测定位移x： 定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质4.霍尔元件（1）材料：半导体）材料：半导体 如：砷化铟如：砷化铟（2）工作原理图）工作原理图dkUHIB（3）霍尔电压）霍尔电压: : d薄片厚度薄片厚度K霍尔系数其大小与元件的材料有关。霍尔系数其大小与元件的材料有关。推导霍尔电压的公式 设载流子的电荷量为设载流子的电荷量为q q，沿电流方向定

7、向运动的平均速率为，沿电流方向定向运动的平均速率为v v，单位体积内自由移动的载流子数为单位体积内自由移动的载流子数为n n，垂直电流方向导体板的横向，垂直电流方向导体板的横向宽度为宽度为a a，则电流的微观表达式为，则电流的微观表达式为 载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在磁场中受到的洛伦兹力载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差载流子受到的电场力为载流子受到的电场力为当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq与导体的材料有关，对于确定的导体，与导体的材料有关，

8、对于确定的导体，nqnq是常数。是常数。 令令 则上式可写为则上式可写为 In q a d vHUFqafq v BqvB HUqaHIBUnqd1knqHIBUkd1.传感器的概念：传感器的概念：小结：小结：2.传感器的工作原理：传感器的工作原理：3.敏感元件：敏感元件：（1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器光电传感器）（2）热敏电阻和热电阻热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器温度传感器）（3）电容式传感器电容式传感器 （位移传感器位移传感器）（4）霍尔元件霍尔元件 （磁传感器磁传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量非电学量非电学量 电学量，或转换为电路的通断。电学量

9、，或转换为电路的通断。例例1.1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R R1 1为光敏电阻，为光敏电阻，R R2 2为定值电阻此光电计数器的基本为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是（工作原理是（ ）A A当有光照射当有光照射 R R1 1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压B B当有光照射当有光照射R R1 1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压C C信号处理系统每获得一次低电压就记数一次信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D D信号处理系统每获得一次高电压就记数一次信号处理系统每获得一次高电压就记数一次AC

10、 例例2. 有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（法正确的是（ ）ABA.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑

11、纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻件一定是定值电阻答案答案 AC待测压力待测压力F固定电极固定电极膜片电极膜片电极例例3传感器是一种采集信号的重要器件，如图是传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容

12、器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（么（ ）A当当F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B当当F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F发生变化发生变化D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F不发生变化不发生变化 BC 例例4.4.如图所示，有电流如图所示，有电流I I流过长方体金属块，金流过长方体金属块，金属块宽度为属块宽度为d d，高为，高为b b，有一磁感应强度为，有一磁感应强度为B B的的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内匀强磁场垂直于纸面

13、向里，金属块单位体积内的自由电子数为的自由电子数为n n，试问金属块上、下表面哪，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？面电势高？电势差是多少？ 下表面下表面nedIBU 例例6.如图是一火警报警的一部分电路示如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中意图。其中R2为用半导体热敏材料制成为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器之间接报警器。当传感器R2所在处出现所在处出现火情时，显示器的电流火情时，显示器的电流I、报警器两端的、报警器两端的电压电压U的变化情况是（的变化情况是（ ）A.I 变大，变大，U 变大变大 B.I 变小，变小，U 变小变小 C.I 变小，变小，U 变大变大 D.I 变大，变大，U 变小变小 R1R2R3AabErB解析解析：当：当R2处出现火情时，该处温度升高。处出现火情时，该处温度升高。 R2 为热敏电阻，其