人教新课标高中物理选修3-261传感器及其工作原理63张ppt课件

1、第六章传感器第六章传感器第一节传感器及其任务原理第一节传感器及其任务原理1知道什么是传感器及传感器的任务原理2掌握制造传感器的常用元件的特征(重点)3在了解传感器特征的根底上，掌握各元件的简单运用(难点) 一、什么是传感器 1定义 感受 量，并能把它们按照一定的规律转换为量，或转换为电路的的一类元件 2任务原理非电学非电学电学电学通断通断 二、光敏电阻 1特点 电阻值随光照加强而 2缘由分析 光敏电阻由半导体资料制成，无光照时，载流子 ，导电性能 ；随着光照的加强，载流子 ，导电性 3作用 把这个光学量转换为 这个电学量减小减小极少极少不好不好不好不好变好变好光照强弱光照强弱电阻电阻 三、热敏

2、电阻和金属热电阻热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度升高而_电阻率随温度升高而_制作材料优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将 这个热学量转换为 这个电学量减小减小增大增大半导体半导体金属金属温度温度电阻电阻 利用半导体的导电机理阐明氧化锰热敏电阻的电阻率为什么会随温度的升高而减小？ 提示：温度越高，半导体中载流子数目越多，所以导电性能越强 四、霍尔元件 1组成 在一个很小的矩形半导体薄片上，制造4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件 2原理 E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在 力作用下，向着与 和 都垂直的方向漂移，使M、N间出现 (如图)洛伦兹

3、洛伦兹电流电流磁场磁场电压电压 3霍尔电压 UH ，d为薄片厚度，k为霍尔系数一个霍尔元件的d、k为定值，假设坚持I恒定，那么UH就与B成 4作用 把这个磁学量转换为 这个电学量正比正比磁感应强度磁感应强度电压电压 一、传感器 1传感器的作用：能像人的觉得器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用的输出信息的器件和安装，叫做传感器传感器是各种丈量和自动控制系统的“感受器官 2传感器的特点：它可以感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断 3传感器原理：传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移

4、、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作即： 二、光敏电阻 1特点：阻值随着光照强度的增大而减小 2电阻变化的缘由：硫化镉是一种半导体资料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的加强，载流子也增多，导电性能变好，电阻变小 3作用：光敏电阻可以把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量 4构成资料：光敏电阻普通由半导体资料做成，当半导体资料遭到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自在电子，同时也构成更多的空穴，于是导电性能明显加强。 三、热敏电阻和金属热电阻 1热敏电阻

5、：用半导体资料制成，其电阻值随温度变化明显，如下图为某一热敏电阻的电阻温度特性曲线 2热敏电阻的两种型号及其特性：热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件在其任务温度范围内，电阻值随温度上升而添加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器普通常用的是负温度系数热敏电阻器 3热敏电阻器的分类分类方式类别电阻温度特性正温度系数、负温度系数材料金属、半导体(单晶、多晶、陶瓷)结构珠状、片状、杆状、膜状工作方式直热式、旁热式工作温度常温、高温、低温用途测温、控温、辐射能(功率)测量、稳压(稳辐)等 4金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，

6、这样的电阻可以制成温度传感器，称为热电阻 如图为某金属导线的电阻温度特性曲线 【温馨提示】按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高，电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小 四、霍尔元件的任务原理 霍尔元件就是利用霍尔效应来设计的一个矩形霍尔资料薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如下图，沿PQ方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，那么在MN间会出现电势差U. 五、电容式传感器 1原理 电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间间隔d及极板间电介质这几个要素，假设某一物理量(如角度、位移x、深度h等)的

7、变化能引起上述某一要素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化 2用途 图(1)是用来测定角度的电容式传感器，当动片与定片之间的角度发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道的变化情况 图(2)是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化知道C的变化，就可以知道h的变化情况 图(3)是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，

8、使极板间间隔d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况 图(4)是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况关于干簧管，以下说法正确的选项是 A干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C干簧管接入电路中相当于开关的作用 D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 对传感器的了解 思绪点拨：解答此题时应把握以下两点： (1)干簧管的原理是磁铁的磁效应使两个簧片磁化成相反的磁极 (2)干簧管在电路中起到开关的作用 解析：干簧管能感知磁场，是由于两个簧片由软磁性资料制成，当周围存

9、在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，可当做开关来运用，作为控制元件以实现自动控制 答案：CD 【题后总结】干簧管接入电路，管内的两个簧片在磁场的作用下控制电路的通断，起到自动控制电路的作用，因此在实践的生活、消费中有大量的运用，如光电报警器等 【针对训练】 1.以下说法正确的选项是() A传感器担负着信息采集的义务 B干簧管是一种可以感知磁场的传感器 C传感器不是电视遥控接纳器的主要元件 D传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具 答案：BD如图，R1、R2为定值电阻，L是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时 A电压表的示数增大 BR2中电流强度减小 C小灯泡的功率

10、增大 D电路的路端电压降低 对光敏电阻的了解 解析： 答案：ABCD 【题后总结】此题易错点：不明确光照强度增大后，光敏电阻阻值如何变化，以致于无法判别电路中电流、电压的分配关系如何变化 【针对训练】 2.如下图，R3是光敏电阻，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，那么() AR3的电阻变小，a点电势高于b点电势 BR3的电阻变小，a点电势低于b点电势 CR3的电阻变大，a点电势高于b点电势 DR3的电阻变大，a点电势低于b点电势 解析：R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压降减小，故a点电势将升高，因其他阻值不变，所以a点电势将高于b点电势 答

11、案：A 对热敏电阻特性的了解 在温控电路中，经过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制如下图电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器当环境温度降低时 A电容器C的带电荷量增大 B电压表的读数增大 C电容器C两板间的电场强度减小 DR1耗费的功率增大答案：答案：AB 【题后总结】热敏电阻和金属热电阻的区别及联络 (1)区别：热敏电阻和金属热电阻的导电性能与温度的变化关系不一样，热敏电阻的导电性能普通随温度的升高而加强；金属热电阻的导电性能随温度升高而降低 热敏电阻和金属热电阻的优缺陷：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，丈量范围较小；金属热电阻的化

12、学稳定性较好；丈量范围较大，但灵敏度较差 (2)联络：热敏电阻和金属热电阻都可以将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 【针对训练】 3.如下图为某一热敏电阻(电阻值随温度的改动而改动，且对温度很敏感)的IU关系曲线图 (1)为了经过丈量得到如上图所示IU关系的完好曲线，在以下图所示的a和b两个电路中应选择的是图_ (2)在图c所示的电路中，电源电压恒为9 V，当给热敏电阻加热后，电流表读数将_(选填“增大、“减小或“不变) 解析：由于图中要求丈量多组数据，所测电压调理范围较大，且从零开场变化，所以应选用滑动变阻器的分压式接法，故应选图a；热敏电阻温度升高时，其电阻值减小，故干路中的电流增大 答

13、案：(1)a(2)增大 如下图，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自在电子数为n，试问金属块上、下外表哪面的电势高？电势差是多少？ 霍尔元件的任务原理 思绪点拨：当电子在金属导体中定向挪动时，遭到的洛伦兹力会使其在上外表聚集，下外表将有等量的正电荷，在导体中构成电场，由于上外表带负电，那么电势低，随着正、负电荷不断地向下、上外表积累，电场加强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即qEqvB时，电荷将不再偏移，上、下外表间构成稳定电压答案：答案：(1)evB(2)见解析见解析 如下图为测定压力的电容式传感器，将平行

14、板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开场施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并坚持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱入时指针向右偏) 电容式传感器的运用 A向右偏到某一刻度后回到零刻度 B向左偏到某一刻度后回到零刻度 C向右偏到某一刻度后不动 D向左偏到某一刻度后不动答案：答案：A 【题后总结】电容式传感器是运用了电容器的电容跟板间间隔、正对面积、电介质及引起它们改动的要素(如力、位移、压强、声音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量 【针对训练】 5.如下图，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，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化阐明电容值增大时，那么导电液体的深度h变化为() Ah增大Bh减小 Ch不变 D无法确定 答案：A 误区：不能正确认识生活中的传感器 【典型例题】 在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手接近，机内的传感器