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一【今天的任务】1、传感器作是自动控制系统的重要元件，它的功能是将非电学量转化为电学量，配合电子线路实现自动控制。本节学习传感器的概念，常用传感器及其工作原理。二【知识重温】1什么是传感器？力传感器可以将力信号转化为电信号；温度传感器可以将温度信号转化为电信号；光传感器可以将转化为；声传感器可以将转化为；而化学传感器将转化为。通过以上分析，我们可以将传感器定义为：传感器是将转化为的元件。2、热敏电阻和金属热电阻1、热敏电阻是将转化为的传感器，属于物理传感器。2、金属电阻传感器：当温度升高时，金属中的自由电子在定向迁移过程中受到的阻碍作用，因此金属的电阻率随温度升高而。

2、利用金属丝可以作为温度传感器，称为。3、热敏电阻：热敏电阻专指某些半导体材料做成的电阻，它导电性能随温度升高而明显增强，即随温度的升高其电阻明显，因此作为温度传感器使用。3、电容式传感器平行板电容器的电容C=S/d,式中为反应介质的电学性质的物理量，称为介电常数，S为两极板的，d为极板间的，这三个量中任何一个量的变化，都将导致电容器的电容C发生变化，在电子线路中，电容C的变化必然导致电流或电压的变化，因此电容器可以将上述三个非电学量的变化转变成电信号，因此电容器也可以作为使用。4、光敏电阻1、光敏电阻是将转化为的传感器，属于物理传感器。2、通常的光敏电阻是由化学物质硫化镉、硒化镉、碲化镉等材料

3、制成，其外形结构如图6-1-2。3、用欧姆表测量光敏电阻的阻值，实验表明：光敏电阻不受光照射时电阻值较；受到光照射时电阻值较；光照强度越大时，光敏电阻的阻值越。4、光敏电阻具有上述电阻特性的原因直接归结于半导体的导电特性。半导体中的载流子是指自由电子和。当有光照射半导体时，半导体中有较多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的，于是导电性能明显增强。5、霍尔元件1、霍耳效应：如图6-1-5所示，将一半导体板放在垂直于它的磁场中，当有电流沿x通过它时，在半导体的前后两个面之间（y方向上）会产生一个电势差，这种现象叫做霍耳效应。图6-1-52、霍耳效应原理：霍耳效应的产生，从本质上讲是运动的带

4、电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转，当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场。在半导体中，P型半导体的靠空穴导电的，N型半导体是靠电子导电的，根据磁场对运动电荷的作用力原理，可见图6-1-5所示的半导体是型半导体。三【典型例题】图6-1-7例2、如图6-1-7所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转化

5、为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的（ ）（A）距离变化 （B）正对面积变化 （C）介质变化 （D）电压变化解析：平行板电容器的电容C=S/d，本例中的介质没有变化，正对面积也没有变化，引起电容变化的因素是板间距离d，故正确选项是（A）。拓展：电容传感器可以将非电学量如：介质的变化、距离的变化、正对面积的变化转化为电信号，根据这一原理，利用电容传感器也可以测定距离、面积等物理量，如果板间距离的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容传感器测定力。四【练习】1简单的说，光敏电阻就是一个简单的_传感器，热敏电阻就是一个简单的_传感器。2为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电

6、路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为_传感器，它输入的是_信号，经传感器转换后，输出的是_信号。3如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ ）Ah增大 Bh减小 Ch不变 D无法确定第3题图54如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）第4题R1R2AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱5如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构

7、成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。第5题综合评价：1关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）A光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好D半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好2霍尔元件能转换哪两个量（ ）A把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C把力转换为电压这个电学量D把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量第3题如图所示是测定位移的电容式传感器，其

8、工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）第4题R2R1R3A电介质进入极板的长度B两极板间距C两极板正对面积D极板所带电量如图所示，、为定值电阻，是小灯泡，为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）第5题R3R4R1R2A电压表的示数增大B中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大5如图所示，是光敏电阻，当开关闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻时，则（ ）A的电阻变小，a点电势高于b点电势B的电阻变小，a点电势低于b点电势C的电阻变小，a点电势等于b点电势D的电阻变大，a点电势低于b点电势6有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）A金属导体

9、B绝缘体 C半导体 D超导体7如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（ ）A如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显第7题C如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显D如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显8如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大第8题B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D改