物理选修3-2第六章

第六章传感器第六章传感器第一节传感器及其工作原理新知初探自主学习一、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.工作原理非电学电学通断二、光敏电阻[自主探究]实验现象：将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100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,电阻值较小；用阳光直接照射下，电阻值很小．成功发现1．特点：电阻值随光照增强而________．减小2．原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子_____，导电性能______；随着光照的增强，载流子__________，导电性__________．3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．少差增多增强三、热敏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__________金属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________这个电学量减小增大半导体温度电阻四、霍尔元件图6－1－2要点探究讲练互动要点1光敏电阻、热敏电阻的特性1.光敏电阻(1)光敏电阻的特性光敏电阻是利用半导体材料制成的，在被光照射时电阻发生变化，即随照射光强度的增加而减小．(2)光敏电阻阻值变化的原因半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小．2.热敏电阻(1)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，负温度系数的热敏电阻随温度升高阻值减小．(2)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，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，于是导电性明显地增强，阻值减小．

图6－1－3热点示例创新拓展电容式传感器

1.原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化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上述物理量的变化．2.常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ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θ的变化情况名称传感器原理测定液面高度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的变化情况名称传感器原理测定压力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，使极板间距离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的变化情况名称传感器原理测定位移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的变化情况第二节传感器的应用新知初探自主学习一、力传感器的应用——电子秤1.组成及敏感元件：由_________和________组成，敏感元件是__________．2.工作原理金属梁应变片应变片电阻电压3.作用：应变片将_____________这个力学量转换为_______这个电学量．二、温度传感器的应用1.电熨斗(1)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、电热丝、金属底板等几部分组成．(2)敏感元件：____________．(3)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________________不同，双金属片发生形变从而控制电路的通断．物体形变电压双金属片热膨胀系数2.电饭锅(1)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．(2)敏感元件：_________________．(3)工作原理：①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约_________时，失去磁性，这一温度称为“居里温度”．②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103℃时，感温铁氧体103℃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．三、光传感器的应用——火灾报警器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LED、光电三极管和不透明的__________．挡板要点探究讲练互动要点1传感器问题分析1.分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)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：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、传输；(3)利用所获得的信息执行某种操作．2.分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析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变化规律．(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)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．要点2传感器的应用实例分析名称结构图工作原理应变式电子秤在外力作用下，金属梁上下表面的两个应变片发生弯曲，上下应变片的阻值变化不一样．传感器把上下应变片的电压之差输出．外力越大，输出的电压差值也就越大名称结构图工作原理电熨斗常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上层金属膨胀大，下层金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．名称结构图工作原理电饭锅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，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位置，这时电饭锅处于加热状态．煮饭水沸腾时，水的温度保持沸点不变．当饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度上升，当温度超过103℃时，感温铁氧体失去铁磁性，由于弹簧的作用，按钮开关将恢复到如图所示的位置，切断加热电源．名称结构图工作原理火灾报警器平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报.第三节实验：传感器的应用新知初探自主学习一、实验目的1.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．二、实验器材1.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(6V，0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸．2.温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．三、实验步骤1.光控开关实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．(2)检查各元件的连接，确保无误．(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或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状态．2.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板上．(2)检查各元件的连接，确保无误．(3)接通电源、调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声．(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．四、注意事项1.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．2.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．3.光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1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时报警，应该把R1的阻值调大些．要点探究讲练互动要点1光控开关1.电路图如图6－3－1所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω.

图6－3－12.工作原理白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的．它是用来控制路灯自动亮、熄的控制装置．3.发光时间调节要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6V)，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗．

图6－3－2要点2温度报警器1.电路图(如图6－3－3所示)图6－3－32.工作原理常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时,热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报