5.1认识传感器5.2常见传感器的工作原理及应用（原卷版）

5.1认识传感器5.2常见传感器的工作原理及应用基础导学要点一、认识传感器传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。工作原理eq\x(非电学量)→eq\x(\a\al(传感器,敏感元件、转换器件、转换电路))→eq\x(电学量)要点二、传感器的组成与应用模式1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。要点三、光敏电阻1．特点：光照越强，电阻越小。2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。要点四、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。甲乙2．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。3．热敏电阻与金属热电阻的区别热敏电阻金属热电阻特点电阻随温度的变化而变化且非常明显电阻率随温度的升高而增大制作材料半导体金属导体优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量4.注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。要点五、力传感器的应用——电子秤1．组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。2．工作原理：3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。要点六、霍尔元件1.如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件．2．霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压．3．霍尔电压UH＝keq\f(IB,d)(1)其中k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关．(2)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，因此霍尔元件又称磁敏元件．要点突破突破一：传感器的工作原理及种类1．传感器的构造传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成．(1)敏感元件的作用：利用各种物理、化学、生物效应等原理制成，感受被测量，并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量．(2)转换元件的作用：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出．(3)转换电路的作用：将转换元件输出的微弱电学量转换成易于测量的电学量．2．传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作．传感器工作原理如下所示：eq\x(非电学量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(转换器件)→eq\x(转换电路)→eq\x(电学量)3．传感器是如何分类的？传感器可按下列三种不同的方法进行分类：(1)按被测量分类：加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器；(2)按工作原理分类：电阻应变式、压变式、电容式、涡流式、动圈式、磁电式、差动变压器式等；(3)按能量传递方式分类：有源传感器和无源传感器两大类．突破二：干簧管和干簧继电器的特点是什么？普通干簧管内有两个簧片，是用有弹性的软磁合金材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点．管中充入惰性气体(如氮气)来防止触点被氧化．小型干簧管价格约为1元．条形永磁体必须按照图甲所示的方位靠近干簧管，才能使簧片得到最好的磁化，导致两个簧片相对的部分形成相反的磁极而吸合．图中虚线为磁感线．如图乙所示，如果将干簧管H放入一个螺线管L中，两者就组合成为干簧继电器．当螺线管中通入电流时，电流产生的磁场就使干簧管中簧片被磁化而吸合．干簧继电器的优点是：体积小、重量轻、灵敏(螺线管匝数很多时，通入几毫安的电流就能使簧片吸合)、簧片能够快速动作、触点的寿命长．典例精析题型一：热敏电阻的特征例一．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱变式迁移1：如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往Rt上擦一些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________(填“左”或“右”)移动．题型二：光敏电阻的特征例二．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．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变式迁移2：如右图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RG的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将RG包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用手电筒照射RG，表针将向________(填“左”或“右”)转动．强化训练选择题1．现代生活离不开智能，有很多功能需要传感器来实现。例如当人将靠近耳朵接听时，会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（）A．光传感器和位移传感器B．磁传感器和温度传感器C．磁传感器和声传感器D．压力传感器和加速度传感器2．交通警察检测驾驶员是否酒后驾驶时，会让驾驶员朝检测器吹一口气。这种检测器使用的传感器是（）A．声音传感器 B．电化学传感器C．压力传感器 D．温度传感器3．磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器.如图所示，将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向.探头可能是（）A．感应线圈 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干簧管4、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示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（）①当F向上压膜片电极时，电容将减小②当F向上压膜片电极时，电容将增大③若电流计有示数，则压力F发生变化④若电流计有示数，则压力F不发生变化。A．①③ B．①④ C．②③ D．②④5、传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的稳定后，会自动停止工作，其中空调机内使用了下列哪种传感器（）A．生物传感器 B．红外传感器C．温度传感器 D．光传感器6、为了更加安全、快捷地测量体温，医疗机构大量采用了非接触式体温计，这种体温计采用了（）A．压力传感器 B．声音传感器C．红外传感器 D．生物传感器7、如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是（）A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报D．以上说法均不正确8、随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则（）A．电容器储存的电能减少B．电容器的电容减小，带电荷量减小C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势9、如图所示，水平的传送带上放一物体，物体下表面及传送带上表面均粗糙，导电性能良好的弹簧的右端与物体及滑动变阻器滑片相连，弹簧左端固定在墙壁上，不计滑片与滑动变阻器线圈间摩擦。当传送带如箭头方向运动且速度为v时，物体与传送带发生相对滑动，当传送带逐渐加速到时，物体受到