物理选修3-2第六章

1、第六章传感器第六章传感器第六章传感器第六章传感器栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器第一节传感器及其工作原理第一节传感器及其工作原理栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器新知初探自主学习新知初探自主学习一、什么是传感器一、什么是传感器1.定义：感受定义：感受_量，并能把它们按照量，并能把它们按照一定的规律转换为一定的规律转换为_量，或转换为电路量，或转换为电路的的_的一类元件的一类元件2.工作原理工作原理非电学非电学电学电学通断通断栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器二、光敏电阻二、光敏电阻自主探究自主探究实验现象：将一只光敏电阻接到多用电表的两实验现象：将一只光敏电阻接到多用电表的

2、两端，电表置于倍率为端，电表置于倍率为100的欧姆挡，用手掌遮光的欧姆挡，用手掌遮光时电阻值很大；在室内自然光的照射下时电阻值很大；在室内自然光的照射下,电阻值电阻值较小；用阳光直接照射下，电阻值很小较小；用阳光直接照射下，电阻值很小成功发现成功发现1特点：电阻值随光照增强而特点：电阻值随光照增强而_减小减小栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子无光照时，载流子_，导电性能，导电性能_；随着光照的增强，载流子随着光照的增强，载流子_，导电性，导电性_3作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻作用：把光照强弱

3、这个光学量转换为电阻这个电学量这个电学量少少差差增多增多增强增强栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器三、热敏电阻和金属热电阻三、热敏电阻和金属热电阻热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻特点特点电阻率随温度升高而电阻率随温度升高而_电阻率随温度升电阻率随温度升高而高而_制作材料制作材料_金属金属优点优点灵敏度好灵敏度好化学稳定性好，化学稳定性好，测温范围大测温范围大作用作用将将_这个热学量转换为这个热学量转换为_这个这个电学量电学量减小减小增大增大半导体半导体温度温度电阻电阻栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器四、霍尔元件四、霍尔元件图图612栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器栏目

4、栏目导引导引第六章传感器第六章传感器要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1光敏电阻、热敏电阻的特性光敏电阻、热敏电阻的特性1.光敏电阻光敏电阻(1)光敏电阻的特性光敏电阻的特性光敏电阻是利用半导体材料制成的，在被光光敏电阻是利用半导体材料制成的，在被光照射时电阻发生变化，即随照射光强度的增照射时电阻发生变化，即随照射光强度的增加而减小加而减小(2)光敏电阻阻值变化的原因光敏电阻阻值变化的原因半导体材料受到的光照增强时，会有更多的半导体材料受到的光照增强时，会有更多的栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器电子获得能量成为自由电子，同时也形成更电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，

5、即载流子数增多，于是导电性明多的空穴，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小显地增强，电阻减小2.热敏电阻热敏电阻(1)热敏电阻的特性热敏电阻的特性热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负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温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高阻值增大，负温度系数的热敏阻随温度升高阻值增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高阻值减小电阻随温度升高阻值减小栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器(2)热敏电阻阻值变化的原因热敏电阻阻值变化的原因对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多

6、的电子获得能量成为自由电子，同时有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，阻值减小显地增强，阻值减小 图图613栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器热点示例创新拓展热点示例创新拓展电容式传感器电容式传感器 1.原理原理电容器的电容电容器的电容C取决于极板正对面积取决于极板正对面积S，极板，极板间距离间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量一物理量(如角度如角度、位移、位移x、深度、深度h等等)的变化的变化能引起上述某一因素的变化，

7、从而引起电容能引起上述某一因素的变化，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上述物理量的变化栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.常见电容式传感器常见电容式传感器名称名称传感器传感器原理原理测定角测定角度度的电容的电容式传感式传感器器当动片与定片之间的角当动片与定片之间的角度度发生变化时，引起极发生变化时，引起极板正对面积板正对面积S的变化，使的变化，使电容电容C发生变化，知道发生变化，知道C的变化，就可以知道的变化，就可以知道的的变化情况变化情况栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名称名称传感器传感器原理原理测定液测

8、定液面面高度高度h的的电容式电容式传感器传感器在导线芯的外面涂上一层在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度介质，液面高度h发生变发生变化时，引起正对面积发生化时，引起正对面积发生变化，使电容变化，使电容C发生变发生变化知道化知道C的变化，就可的变化，就可以知道以知道h的变化情况的变化情况栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名称名称传感器传感器原理原理测定压测定压力力F的电的电容式传容式传感器感器待测压力待测压力F作用于

9、可动作用于可动膜片电极上的时候，膜膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间片发生形变，使极板间距离距离d发生变化，引起电发生变化，引起电容容C的变化，知道的变化，知道C的变的变化，就可以知道化，就可以知道 F F的变的变化情况化情况栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名称名称传感器传感器原理原理测定测定位移位移x的电的电容式容式传感传感器器随着电介质进入极板间随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容的长度发生变化，电容C发生变化，知道发生变化，知道C的的变化，就可以知道变化，就可以知道x的的变化情况变化情况栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器第二节传感器的应用第二节传感器的应用栏目栏目

10、导引导引第六章传感器第六章传感器新知初探自主学习新知初探自主学习一、力传感器的应用一、力传感器的应用电子秤电子秤1.组成及敏感元件：由组成及敏感元件：由_和和_组成，敏感元件是组成，敏感元件是_2.工作原理工作原理金属梁金属梁应变片应变片应变片应变片电阻电阻电电压压栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器3.作用：应变片将作用：应变片将_这个力学量这个力学量转换为转换为_这个电学量这个电学量二、温度传感器的应用二、温度传感器的应用1.电熨斗电熨斗(1)组成：它主要由调温旋钮、升降螺丝、绝组成：它主要由调温旋钮、升降螺丝、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、

11、电热丝、金属底板等几部分组成丝、金属底板等几部分组成(2)敏感元件：敏感元件：_(3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的层金属与下层金属的_不同，不同，双金属片发生形变从而控制电路的通断双金属片发生形变从而控制电路的通断物体形变物体形变电压电压双金属片双金属片热膨胀系数热膨胀系数栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.电饭锅电饭锅(1)它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧它的主要元件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化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的(2)敏感元件：敏感元件：_(3)工作原理：工作原理：居里温度：感温铁

12、氧体常温居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约下具有铁磁性，温度上升到约_时，时，失去磁性，这一温度称为失去磁性，这一温度称为“居里温度居里温度”自动断电原理：用手按下开关通电加热，自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到约开始煮饭，当锅内加热温度达到约103 时，时，感温铁氧体感温铁氧体103栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开三、光传感器的应用三、光传感器的应用火灾报警器火灾报警器火灾报警器利用了光传

13、感器，主要构造有：带火灾报警器利用了光传感器，主要构造有：带孔的罩子内装有发光二极管孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和、光电三极管和不透明的不透明的_挡板挡板栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1传感器问题分析传感器问题分析1.分析思路分析思路物理传感器是将所感受的物理量物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、如力、热、光等光等)转换为便于测量的电学量的器件我们转换为便于测量的电学量的器件我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集；信息采集；(2)信息加工、放大、传输；信息加工、放大、传输；(

14、3)利用所获得的信息执行某种操作利用所获得的信息执行某种操作栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.分析传感器问题要注意四点分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等光、磁、声等(2)输出信号分析输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律变化规律栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器(3)电路结构分析电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常认真分析传感器所

15、在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律信号与输入信号间的规律(4)执行机构工作分析执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程控制执行机构进行工作的过程栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器要点要点2传感器的应用实例分析传感器的应用实例分析名名称称结构图结构图工作原理工作原理应应变变式式电电子子秤秤在外力作用下，金属梁上在外力作用下，金属梁上下表面的两个应变片发生

16、下表面的两个应变片发生弯曲，上下应变片的阻值弯曲，上下应变片的阻值变化不一样传感器把上变化不一样传感器把上下应变片的电压之差输下应变片的电压之差输出外力越大，输出的电出外力越大，输出的电压差值也就越大压差值也就越大栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名称名称结构图结构图工作原理工作原理电电熨斗熨斗常温下，上、下触点应是接常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，双金属片受热膨胀系数不同，上层金属膨胀大，下层金属上层金属膨胀大，下层金属膨胀小，则双金属片向下弯膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断曲，使触点分离，从而切断电源，

17、停止加热温度降低电源，停止加热温度降低后，双金属片恢复原状，重后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的进行，起到自动控制温度的作用作用栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名名称称结构图结构图工作原理工作原理电电饭饭锅锅开始煮饭时按下开关按钮，由于开始煮饭时按下开关按钮，由于常温下感温铁氧体具有铁磁性，常温下感温铁氧体具有铁磁性，永磁体将吸引感温磁体，因此手永磁体将吸引感温磁体，因此手松开后这个按钮不会恢复到图示松开后这个按钮不会恢复到图示位置，这时电饭锅处于加热状位置，这时电饭锅处于加热状态煮饭水沸腾时，水的温度保态煮饭水沸腾时，水的

18、温度保持沸点不变当饭熟后，水分被持沸点不变当饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度上升，当大米吸收，锅底的温度上升，当温度超过温度超过103 时，感温铁氧体时，感温铁氧体失去铁磁性，由于弹簧的作用，失去铁磁性，由于弹簧的作用，按钮开关将恢复到如图所示的位按钮开关将恢复到如图所示的位置，切断加热电源置，切断加热电源栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器名称名称结构图结构图工作原理工作原理火火灾灾报报警器警器平时，光电三极管收平时，光电三极管收不到不到LED发出的光，发出的光，呈现高电阻状态烟呈现高电阻状态烟雾进入罩内后对光有雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光散射作用，使部分光线照射到光电三极管线

19、照射到光电三极管上，其电阻变小，与上，其电阻变小，与传感器连接的电路检传感器连接的电路检测出这种变化，就会测出这种变化，就会发出警报发出警报.栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器第三节实验：传感器的应用第三节实验：传感器的应用栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器新知初探自主学习新知初探自主学习一、实验目的一、实验目的1.了解光控开关和温度报警器的工作原理了解光控开关和温度报警器的工作原理2.练习用传感器制作自动控制设备练习用传感器制作自动控制设备二、实验器材二、实验器材1.光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡极管、继电器

20、、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻、可变电阻R1(最最大阻值大阻值51 k)、电阻、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸、导线若干、黑纸栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值最大阻值1 k)、集成、集成电路实验板、直流电源电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧、导线若干、烧杯杯(盛有热水盛有热水)三、实验步骤三、实验步骤1.光控开关实验步骤光控开关实验步骤(1)按照电路图将

21、各元件组装到集成电路实验按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上板上(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器(3)接通电源，调节电阻接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮灯泡在普通光照条件下不亮(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态管或灯泡的状态(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态状态2.温度报警器实验步骤温度报警器实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验按照电路图将各元件组装到集成电路实

22、验板上板上栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(3)接通电源、调节电阻接通电源、调节电阻R1，使蜂鸣器常温下，使蜂鸣器常温下不发声不发声(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声器是否发声(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声否发声四、注意事项四、注意事项1.安装前，对器材进行测试，确保各元件性能安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装良好后，再进行安装栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.光控开关实验中，二极管连入电路

23、的极性不能光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作反接，否则继电器不能正常工作3.光控开关实验中要想天更暗时光控开关实验中要想天更暗时“路灯路灯”才会亮，才会亮，应该把应该把R1的阻值调大些的阻值调大些4.温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把时报警，应该把R1的阻值调大些的阻值调大些栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1光控开关光控开关1.电路图电路图如图如图631所示的光控电路，用发光二极管所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，模仿路灯，RG为光敏电阻，为光

24、敏电阻，R1的最大电的最大电阻为阻为51 k，R2为为330 . 图图631栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器2.工作原理工作原理白天，光强度较大，光敏电阻白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，电阻值较小，加在斯密特触发器加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗不导通；当天色暗到一定程度时，到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端触发器的输入端A的电压上升到某个值的电压上升到某个值(1.6 V)，输，输出端出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光导通发光(相当于路灯亮了相当于路灯亮了)，这样就达到了使，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的它是用来路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的它是用来控制路灯自动亮、熄的控制装置控制路灯自动亮、熄的控制装置栏目栏目导引导引第六章传感器第六章传感器3.发光时间调节发光时间调节要想在天更暗时路灯才会亮，应该把要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值电压达到某个值(如如1.6 V)，就需要，就需要RG的阻值的阻