常见传感器的工作原理及应用课件高二下学期物理人教版选择性2

第五章传感器

人教版（2019）选修第二册5.2

常见传感器的工作原理及应用1.认识传感器是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件为敏感元件。2.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。3.利用电容的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。学习目标导入新课

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？1.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。一般随着光照强度的增大电阻值减小。

2.作用一、光敏电阻光照强弱光敏电阻电阻3.光敏电阻的应用——计数器A为发光仪器B为接收光信号的仪器（光敏电阻为主）无物品——电压低有物品——电压高高低交替变化的信号经过处理，实现自动计数的功能。AR1R2信号处理系统B思考：传送带上没有物品遮挡光信号时，供给信号处理系统的电压是高还是低？2.作用材料特性金属热电阻金属热敏电阻半导体1金属热电阻2热敏电阻1.特性温度t↑，电阻R↑（有些）温度t↑，电阻R↓二、金属热电阻和热敏电阻温度金属热电阻热敏电阻电阻例1温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用金属热电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E=3.0V，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为金属热电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1=2.0mA；当电流表的示数I2=1.0mA时，金属热电阻的温度是

（）

A．40℃ B．60℃ C．80℃ D．100℃C3.应用例2

已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系，部分电路如图所示。⑴实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为

kΩ（保留2位有效数字）。

1.8实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示；⑵将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ，由图（a）求得，此时室温为

℃（保留3位有效数字）；25.5⑶利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中E为直流电源（电动势为10V，内阻可忽略）；

当温度升高时热敏电阻的电压将

（填升高或降低），当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警，则图中

（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，若要求开始报警时环境温度为50℃，另一固定电阻的阻值应为

kΩ（保留2位有效数字）。1.2降低

R1

1.特性（工作原理）材料特性(工作原理)金属电阻应变片金属

半导体电阻应变片半导体2.作用压阻效应电阻应变效应三、电阻应变片形变电阻应变片电阻3.金属电阻应变片应用电子秤卷扬机牵引力测量实例：应变式力传感器——测量力

组成：

探究：应变片测力原理金属梁、电阻应变片

原理F↑弯曲形变↑拉伸R↑压缩R↓电压差值↑电流恒定某个力引起金属电阻应变片形变量的变化，从而引起两个应变片电压差值的变化，那么通过测定这个电压差，就能确定这个力的大小。1.原理定片动片θ⑴目标：测量角度θ、液面高度h等电介质金属芯线导电液体思考：下面实例分别改变电容的哪个决定因素？改变极板正对面积S四、电容式传感器改变板间距d⑵目标：测量压力F待测压力F固定电极可动电极⑶目标：测量位移x改变εr2.作用角度、深度、位移、压力、声音……电容传感器电容待测压力F固定电极膜片电极针对练

(多选)传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么

（）A.当F向上压膜片电极时，电容将减小B.当F向上压膜片电极时，电容将增大C.若电流计有示数，则压力F发生变化D.若电流计有示数，则压力F不发生变化BC如果某个物理量的变化能引起电容C决定式中任何一个量变化，从而引起电容变化，那么通过测定电容器的电容，就能确定这个物理量的变化。3.应用1.原理：霍尔效应

霍尔电压UH与磁感应强度B的关系2.作用五、霍尔元件（拓展）磁感应强度霍尔元件电压D针对练霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，其中元件中的载流子是带负电的电荷，下列说法中正确的是(

)A.该元件能把电学量转化为磁学量B.该元件C面的电势高于D面的C.如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，

应保持工作面水平D.如果流过霍尔元件的电流大小不变，

则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比实例：

将光敏、金属热电阻、热敏电阻视为滑动变阻器。

明确被测量与敏感元件阻值之间的关系如测量温度，R—t关系信息图像给出文字给出注意：R—t之间正系数还是负系数

作为闭合电路的动态分析处理思路题型1：测量物理量以光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻等为传感器，测量光照强度或温度等物理量。关键题型已知控制装置，分析信息已知信息，设计控制装置（局部电路设计为主）

明确敏感元件的特性（工作原理）

明确控制装置实现的目标

明确输入量与目标间得关系输入量：如光照强度、磁感应强度、温度等非电学量实例：课本P102T3电饭煲温度控制系统实例：课本P109T2照明控制系统题型2：控制系统的分析与设计

某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2（U1、U2为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是

（）A.U1<U2B.R2为压力传感器C.若定值电阻的阻值越大，开启高水