第1课 传感器及其敏感元件（课件）(共29张PPT)高二物理（沪科版2023上海选择性必修第二册）

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§9.1传感器及其敏感元件

盒子里面有什么装置？

原理：

当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用！

新课引入

一、传感器

传感器作用：代替、补充、延伸人的感觉器官

人体与传感器

光传感器

湿度、气体传感器

声音传感器

味传感器

压力、温度传感器

视觉

嗅觉

听觉

味觉

触觉、温觉

1.概念：

2.工作原理：

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，或转换为电路的通断。

非电学量

敏感元件

转换器件

转换电路

（或电路的通断）

电学量

一、传感器

传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。

非电学量→传感器→电学量

角度

位移

速度

压力

温度

湿度

声强

光照

传感器

电压

电流

电阻

电容

二、非电学量转化为电学量的意义

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栅状电极。

1.光敏电阻的制作

硫化镉

光强——电阻率小

光弱——电阻率大

光敏电阻

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

2.光敏电阻的特性与原理

实验

观察光敏电阻特性

【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。

【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

【实验步骤】

（1)将光敏电阻、多用电表、按图甲的方式连接好，其中多用电表置于“×100”挡；

（2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；

（3)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。

（4）用强光照射（如太阳光直接照射或拿亮度较大的手电筒、小灯泡等）观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。

【数据处理】根据记录数据分析光敏电阻的特性。

环境1234567

阻值（）

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

光敏电阻实物图

光照情况受光表面暴露受光表面遮住

电阻阻值

电阻小

电阻大

光学量

→

电阻

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

光敏电阻

特性：

光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

空穴

自由电子

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

温度提高，一些电子挣脱原子核的束缚变为自由电子。

为什么半导体材料对温度更敏感？

而电子原来的位置就变为空穴，这些空穴相当于带正电荷的粒子

一旦半导体接进电路，形成电场，自由电子沿着空穴前进，相当于正负电荷都在移动形成电流

温度越高，挣脱的自由电子就越多，导电能力越强。

E

光敏电阻工作原理：

光照增强半导体材料中的载流子（自由电

子和空穴）浓度增加材料的电阻率减小

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

你挡住电梯门时，为什么门就自动打开，松手后又自动关闭？

3.光敏电阻的应用

——计数器

A是发光仪器

B是接收光信号的仪器

无物品、有光照、电阻小、电压低

有物品、挡光、电阻大、电压高

这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。

三、传感器的敏感元件

（一）光敏电阻

金属热电阻

铂电阻

电阻—温度特性曲线

R

T

o

规律：

电阻随温度的升高而增大。

优缺点：

热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。

常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。

三、传感器的敏感元件

（二）金属热电阻

三、传感器的敏感元件

（二）金属热电阻

金属热电阻的应用：

如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。

当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮

（图甲）。

当液体减少、热敏电阻露出液面时，

发热导致它的温度上升、阻值较小，指

示灯亮（图乙）。

通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。

三、传感器的敏感元件

（二）金属热电阻

观察热敏电阻特性

将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻

的温度，观察电阻的变

化情况。

三、传感器的敏感元件

（三）热敏电阻

实验现象

热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，

温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。

实验结论

三、传感器的敏感元件

（三）热敏电阻

1.热敏电阻

特性：

热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____，具有负温度系数

减小

R

T

o

电阻—温度特性曲线

三、传感器的敏感元件

（三）热敏电阻

2、金属热电阻和热敏电阻

（1）金属热电阻：

规律：电阻随温度的升高而增大。

（2）热敏电阻：

规律：电阻随温度的升高而减小。

温度

→

电阻

电阻随温度的变化关系

三、传感器的敏感元件

（三）热敏电阻

3.应用实例——低油位报警装置

当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。

给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。

当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。

通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。

液位报警示意图

油位高→电阻大→灯不亮

油位低→电阻小→灯亮

三、传感器的敏感元件

（三）热敏电阻

1、传感器的概念：

2、传感器的工作原理：

3、敏感元件：

（1）光敏电阻（光电传感器）

（2）热敏电阻和热电阻（温度传感器）

（3）电容式传感器（位移传感器）

（4）霍尔元件（磁传感器）

非电学量

敏感元件

转换器件

转换电路

电学量

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，或转换为电路的通断。

课堂小结

1.如图所示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．此光电计数器的工作原理是（）

A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压

B．当有光照射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计数一次

D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

AC

牛刀小试

2.(多选)图示是观察阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,下列关于欧姆表示数的变化情况正确的是()

BC

A.如果R为金属热电阻，示数变大，且变化非常明显

B.如果R为金属热电阻，示数变大，但变化不明显

C.如果R为热敏电阻，示数变小，且变化非常明显

D.如果R为热敏电阻，示数变小，且变化不明显

牛刀小试

3.如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是()

A．I变大，U变大

B．I变小，U变小

C．I变小，U变大

D．I变大，U变小

B

报

警

器

热

敏

电

阻

牛刀小试

4.传感器是一种采集信号的重要器件