【教学】常见传感器的工作原理及应用

2常见传感器的工作原理及应用第五章传感器新课引入

我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？一、光敏电阻1、构成：有一些物质，例如硫化镉，电阻率与所受光照的强度有关。把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻。2、原理：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。3、作用：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。一、光敏电阻实验：观察光敏电阻特性将一只光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置于倍率为“×1k”的电阻挡。在室内自然光的照射下，电阻约有多大？用手掌遮光时电阻又是多少？用阳光直接照射呢？换用一只普通的电阻，小心地把它表面的漆层除去一些，使里面的导电膜露出来接受光照。重做上述实验，结果相同吗？一、光敏电阻4、应用：光电自动计数器二、金属热电阻1、原理：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。ORT3、作用：把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量2、特点：温度越高，电阻越大。4、应用：温度传感器三、热敏电阻1、原理：半导体的性能，如氧化锰。3、作用：把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量2、特点：温度越高，电阻越小。4、应用：温度传感器、检测油箱的警戒液位ORT热敏电阻与金属热电阻的区别四、电阻应变片1、原理：（1）金属电阻应变片：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化，即金属的电阻应变效应。

（2）半导体电阻应变片：半导体材料的压阻效应。2、作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。四、电阻应变片3、应变式力传感器应用——电子秤弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片。在梁的自由端施力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，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，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，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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。四、电阻应变片力传感器除了测量重力外（如图所示），应变式力传感器也用来测量其他各种力，如汽车和卷扬机的牵引力等。4、力传感器其他应用五、电容式传感器2、应用——测位移如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。3、电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。1、原理：电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间的距离d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器。六、霍尔元件1、原理：霍尔元件也是一种重要的磁敏元件，它根据霍尔效应原理制成。3、作用：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。2、特点：一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。4、应用：检测磁场及其变化、测量微小位移。典题剖析例1．传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是(

)A．火警报警器使用了压力传感器B．冰箱控温系统使用了温度传感器C．商场里的自动门使用了光传感器D．夜间自动打开的路灯使用了温度传感器解析：火警报警器使用了温度传感器，故A错误；冰箱控温系统使用了温度传感器，故B正确；一般人体都有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器，从而能感知红外线，导致门被打开，故C错误；灯要求夜晚亮、白天熄，而白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性，即为光电传感器，故D错误。答案：B典题剖析例2.如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、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，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(

)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解析：压力F作用时，极板间距d变小，由C的