1传感器及其工作原理

江宁高级中学08届高三物理一轮复习传感器教学案江宁高级中学08届高三物理一轮复习传感器教学案主备人：马小弟高三物理备课组101传感器及其工作原理【复习目标】12【学问整理】一、传感器：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＿＿＿＿＿量，并能把它们依据确定的规律转换为电压、电流等＿＿＿＿量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很便利地进展测量、传输、处理和把握了。传感器一般由敏感元件和输出局部组成，通过敏感元件猎取外界信息并转换＿＿＿＿信号，通过输出局部输出，然后经把握器分析处理。常见的传感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。二、常见传感器元件：1、光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增加，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。２、金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的上升而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的上升而＿＿＿＿或＿＿＿＿。与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。３、电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。４、霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量【典型例题】t 例一、如以下图，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻RR上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿〔填“左”或“右”〕移动；假设用吹风机将热风吹向t 电阻，表针将向＿＿＿＿〔填“左”或“右”〕移动。例二传感器是一种采集信息的重要器件如以下图是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么〔 〕AF向上压膜片电极时，电容将减小BF向上压膜片电极时，电容将增大C、假设电流计有示数，则压力F发生变化DF不发生变化例三、如以下图，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对里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下外表哪面电势高？电势差是多少？〔此题描述的是著名的霍尔效应现象〕【针对训练】1、简洁的说，光敏电阻就是一个简洁的＿＿＿＿＿传感器，热敏电阻就是一个简洁的＿＿＿＿＿传感器。２、为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯把握电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。3、如以下图，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，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为〔 〕A、h增大 B、减小C、h不变 D、无法确定1 4、如以下图，R为定值电阻，R为热敏电阻，L为1 AR1两端的电压增大B、电流表的示数增大C、小灯泡的亮度变强D、小灯泡的亮度变弱5、如以下图，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。【力气训练】1、关于光敏电阻，以下说法正确的选项是〔 〕A、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B、硫化镉是一种半导体材料，无光照耀时，载流子极少，导电性能不好C、硫化镉是一种半导体材料，无光照耀时，载流子较少，导电性能良好D、半导体材料的硫化镉，随着光照的增加，载流子增多，导电性能变好2、霍尔元件能转换哪两个量〔 〕A、把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B、把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C、把力转换为电压这个电学量D、把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量３、如以下图是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化〔 〕Ａ、电介质进入极板的长度Ｂ、两极板间距Ｃ、两极板正对面积Ｄ、极板所带电量４、如以下图，Ｒ、Ｒ为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ１ ２为光敏电阻，当照耀光强度增大时〔 〕３Ａ、电压表的示数增大Ｂ、Ｒ２中电流减小Ｃ、小灯泡的功率增大Ｄ、电路的路端电压增大5、如以下图，Ｒ是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照３射时，a、b两点等电势，当用光照耀电阻Ｒ时，则〔 〕３Ａ、Ｒ的电阻变小，a点电势高于b点电势３Ｂ、Ｒ的电阻变小，a点电势低于b点电势３Ｃ、Ｒ的电阻变小，a点电势等于b点电势３Ｄ、Ｒ的电阻变大，a点电势低于b点电势３6、有一电学元件，温度上升时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是〔 〕A、金属导体 B、绝缘体 C、半导体 D、超导体7、如图是观看电阻值随温度变化状况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化状况正确的选项是〔 〕A、假设R为金属热电阻，读数变大，且变化格外明显B、假设R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C、假设R为热敏电阻〔用半导体材料制作，读数变化格外明显D、假设R为热敏电阻〔用半导体材料制作，读数变化不明显H8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔d、k为定值，假设保持I恒定，则可以验证UB的变化状况。以下说法中正确的选项是〔〕HAUH将变大B保持水平C应保持水平DUH将发生变化9、如以下图宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，假设金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿2、传感器的应用实例(一)１、知道传感器应用的一般模式.２、理解电子秤的原理 力传感器的应用.３、理解话筒的原理 声传感器的应用.４、理解电熨斗的原理 温度传感器的应用.5、会设计简洁的有关传感器应用的把握电路.一、力传感器的应用 电子秤电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在适宜的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用.6-2-1在梁的上下外表各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上外表拉伸,下外表压缩,上外表应变片的电阻＿＿＿,下外表应变片的电阻变小.F越大,弯曲形变＿＿＿,应变片的阻值变化就越大.假设让应变片中通过的电流保持恒定,那末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.外力越大,输出的电压差值也就,＿＿＿二、声传感器的应用 话筒1、话筒是一种常用的＿＿＿＿,其作用是把＿＿＿＿转换成＿＿＿＿.话筒分为＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿等几种.2、电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,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声音变化规律一样的电压.3.驻极体话筒:它的特点是＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是＿＿＿＿.三、温度传感器的应用 电熨斗在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是＿＿＿＿,当温度发生变化时,双金属片的＿＿＿＿不同,从而能把握电路的通断电熨斗的自动控温原理:常温下,上、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀＿＿＿＿,下部金属膨胀＿＿＿,则双金属片向下弯曲,使触点分别,从而切断电源,停顿加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重接通电源,从而保持温度不变.四．温度传感器的应用——电饭锅电饭锅中的温度传感器主要元件是＿＿＿，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，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“居里点感温铁氧体是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合烧制而成的。五．温度传感器的应用——测温仪温度传感器可以把＿＿＿转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。测温仪中的测温元件可以是＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿等，还可以是＿＿＿＿＿等。六．光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器1．机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外放射管和红外承受管，两个红外承受管就是两个＿＿＿＿＿。2．有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮的挡板。寻常间电三极管收不到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，使局部光线照耀到光电三极管上，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。典型例题：1用如图6-2-2装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有力敏电阻组成的压力传感器.用两根一样的2.0㎏的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感a、b汽车上,传感器b,aa、b10N〔g=10m／s2〕假设传感器a14N，b6.0N,求此时汽车的加速度和方向?(2)当汽车一怎样的加速度运动时,传感器a26-2-3乙所式是录音机的录音、放音原理图,由图可知:① 话筒工作时录音磁铁不动,线圈振动而产生感应电流.②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流③录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 甲④ 录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场其中正确的选项是:A②③④ B①②③ C①②④ D①③④例3设计制作一个温度自动把握装置(温控报警器):自己设计一个有热敏电阻作为传感器6-2-4例4．如以下图为一试验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电承受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，DC同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号B承受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。假设试验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必需测量的物理数据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿V＝＿＿＿＿＿＿S＝＿＿＿＿＿。针对训练：1、电子秤使用的是A.超声波传感器BCD2、关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的选项是ABCD3、以下器件不是应用温度传感器的是电熨斗 B话筒 C电饭锅 D测温仪4.6-2-5所示,Q是绝缘支架,M薄金属膜和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生过程中有ABC导线ABD导线AB5、测温仪使用的是 〔 〕A、光传感器 B、红外线传感器 C、温度传感器 D、超声波传感器6.以下器件是应用光传感器的是 〔 〕A、鼠标器 B、火灾报警器 C、测温仪 D、电子称7.鼠标器使用的是 〔 〕A、压力传感器B、温度传感器 C、光传感器D、红外线传感器关于电饭锅的说法正确的选项是 〔 〕A、电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B、铁氧体在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性C、用电饭锅烧水,水开时能自动断电D、用电饭锅煮饭时,假设温控开关自动断电后,它不能自动复位应用温度传感器可以远距离读取温度的数值,这是把＿＿＿＿转变为＿＿＿的一大优点力气训练：唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,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.以下说法正确的选项是()A.该传感器是依据电流的磁效应工作的该传感器是依据电磁感应原理工作的膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动如图6-2-7所示为一种测定角度的传感器,当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度θ它的这种变化转化为电学量的。图6-2-8b与能在声波驱动a构成一个电容器，a、bs做位移X=Asin(200πt)的振动，则有〔〕a振动过程中a、b板之间的电场强度不变a振动过程中话筒会产生电磁波Ｃ．导线ac1000HzＤ．a向右位移最大时a、b板形成的电流最大4．如图６－２－９是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面渡有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化导致话筒所在的电路中的其他量发生变化使声音信号被话筒转化电信号，其中导致电容变化的缘由可能是电容两极板间的〔 〕A．距离变化 B．正对面积变化C．介质变化 D.电压变化5.磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度,其值为B2∕2µ.Bµ是磁导率,在空气中µ为一常数,为了近似测得条形磁铁磁极端面四周的磁感应强度B,一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一一样面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离ΔL,并测出拉力F,如图6-2-10F量,所以由此可得此感应强度BF、A之间的关系为B=＿＿＿＿.如图6-2-12是电熨斗温度自动把握装置.1、常温时,上、下触点应是分别,还是接触?23800C现在要求600C时断开电源,应怎样调整调温旋钮?有一电学元件，温度上升时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是Ａ．金属导体Ｂ．绝缘体 Ｃ．半导体 Ｄ．超导体9L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管〔电流越大，发出的光越强，且R与LED相距不变，以下说法正确的选项是〔 〕当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变10、如以下图，R、R31、 23

敏电阻，当照耀光强度增大时〔 〕A、电压表的示数增大B、R2中的电流强度减小C、小灯泡的功率增大D、电路的路端电压降低11、下面元件不属于温度传感器的是〔〕A、电熨斗 B、电饭锅 C、测温仪 D、鼠标器12、用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，以下属于这类传感器的是〔 〕A、红外报警装置B、走廊照明灯的声控装置C、自动洗衣机中的压力传感装置D、电饭煲中把握加热和保温的温控器13、火灾报警器使用的是〔 〕A、光传感器B、温度传感器 C、红外线传感器 D、超声波传感器14、.如以下图为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的根本工作原理是〔 当有光照耀R1时，信号处理系统获得高电压R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次15、将万用表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻R 的两端相g连，这时表针恰好指在刻度盘的中心，假设用不透光的黑纸将R 包裹起来，表针将向＿＿g＿〔填 “左”或“右〕转动，假设用手电筒光照耀R，表针将向＿＿＿〔填“左”或g〕转动。16、如以下图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图，箱内电阻R＝20k1Ω，R＝10kΩ，R＝40kΩ，R为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当2 3 1a、bU﹤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温abU﹥0S＿＿＿℃。ab甲乙3、传感器的应用实例１、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.２、知道晶体三极管的放大特性.３、把握规律电路的根本学问和根本应用.４、综合试验培育动手力气，体会物理学问实际中的应用.１、一般二极管和发光二极管〔１〕二极管具有＿＿＿＿＿＿导电性。〔２〕发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能＿＿＿＿。一般的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能。该类发光二极管的正1.8v.２、晶体三极管〔１〕晶体三极管能够把微弱的信号＿＿＿＿＿e.bc.〔２传感器输出的电流或电压很＿＿＿三极管的放大作用表现为基极bc３、规律电路08届高三物理一轮复习传感器教学案08届高三物理一轮复习传感器教学案主