高考一轮专题复习讲义：传感器基本原理与应用

1、高考一轮专题复习讲义：传感器基本原理与应用 一、传感器的概念一、传感器的概念 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、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.把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了 二、常用传感器元器件工作原理二、常用传感器元器件工作原理 1光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变 好. 光敏电阻能够把光照强弱这个非电学量转换为电阻这个电学量 2热敏电阻和金属热电阻：热敏电阻分为负温度系数和正温度系数两种类型，它们的电阻

2、率分别随温度的升高而减小和增大.金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻.与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差 热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 3霍尔元件：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.HIBUkd霍尔电压的表达式是： 4应变式力传感器：应变式力传感器是由金属梁和应变片组成的应变片是一种敏感元件弹簧钢制成的梁形元件一端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加向下的力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小.F越大，弯曲形变越大

3、，应变片的电阻变化就越大如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小.传感器把这两个电压的差值输出力F越大，输出的电压差值也就越大. 应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 5干簧管：普通干簧管有两个簧片，是用有弹性的软磁性材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点管中充入惰性气体来防止触点被氧化当磁体靠近(按一定方位)干簧管时，两个簧片被磁化而接通 干簧管将磁场的变化转换成电路的通断. 6双金属片：双金属片巧妙地利用了不同金属热膨胀的差异把膨胀系数不同的两种金属片黏合在一起，常温下是直的，当加热时，由于两种金属的膨胀程度不同，双

4、金属片就会向膨胀程度小的金属片那一侧弯曲 7感温铁氧体：感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点” 三、传感器的分类三、传感器的分类 传感器可以根据其利用的元器件进行分类，如电容式传感器、电阻式传感器、电感式传感器等也可以按其转换的信号来分类，一般可以分为：力电传感器、热电传感器、声电传感器、光电传感器等 1.声传感器应用话筒 问题：话筒被广泛应用于生活之中，常见的话筒有哪几种？它们的工作原理又是怎样的？ 解答：如图1031

5、所示的是动圈式话筒的构造，是利用电磁感应现象制成的图1031 其工作原理是：当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫音圈)随着一起振动音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声信号转换成电信号，这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大声音 电容式话筒的工作原理如图1032所示Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电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电压图1032 例1：唱卡拉OK用的话筒，内有传感器其中有一种是动圈式

6、的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号下列说法正确的是() A该传感器是根据电流的磁效应工作的 B该传感器是根据电磁感应原理工作的 C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变 D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势 解析：由话筒的工作原理可知话筒的传感器是根据电磁感应原理工作的，故B正确答案：B 点评：点评：听筒与话筒的工作原理是不同的，要注意区分()4()SCkdQCU 对于电容式话筒要注意决定式和定义式的差别，解决问题时要注意变量和不变量之警示：间的关系 2.热传感器的应用电熨斗 问题：简述电熨斗的结

7、构和工作原理 解答：图1033为电熨斗的结构图电熨斗是利用双金属片温度传感器来控制电路的通断的图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的，当温度达到设定温度时，双金属片向下弯曲到一定程度，从而使触点分离，使电热丝停止加热如果需要设定较高的温度，应调节调温旋钮，使升降螺丝下降一些，可使在更高的温度时，触点再分离 例例2：如图1033是电熨斗的结构图，下列说法正确的是()图1033 A双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属 B常温下，上下触点接触；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，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移

8、D双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断 解析：根据电熨斗的工作原理可知，A项错误，B项正确；温度较高时，双金属片是向下移动的，所以需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C项正确；双金属片的作用是通过控制电路的通断来控制温度，D项正确综述BCD项正确 答案：BCD 点评：点评：考纲对传感器为要求，大家复习时以解读应用为主，所以各种传感器的工作原理要熟悉 警示：警示：金属导体的阻值随温度的升高而升高，为此可以用来制成金属温度计热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，常用于温控、报警等，两种情况要正确区分 1.(单选)关于传感器，下列说法正确的是( ) A所有传感器都是

9、由半导体材料做成的 B金属材料也可以制成传感器 C干簧管是一种能够感知电场的传感器 D传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的 解析：有些传感器是利用半导体材料做成的，但有些不是，比如双金属片、电容式传感器等等，A项错误；金属导体的电阻随温度的升高而增加，利用这个特性可以制成温度传感器，B项正确；干簧管是能够感知磁场的传感器，C项错误；传感器是将非电学量转化为电学量的器件，不一定要感知电压，D项错误 答案： B 2.(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图1034所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )图1034 A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 B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C用黑纸包住元件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 D用黑纸包住元件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答案：AC 解析：本题考查了热敏电阻、光敏电阻、定值电阻的特性热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值随温度变化不明显；光敏电阻的阻值随光照变化而