常见传感器的工作原理及应用

§5.2常见传感器的工作原理及应用

你见过自动门吗？讨论一下它的原理自动干手机自动水龙头观察光敏电阻特性

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×100的电阻挡（图）。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。一、光敏电阻光敏电阻的工作原理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。

硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极

少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好。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？一般随着光照强度的增大电阻值_______。减小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。光照强弱电阻2.材料：制作光敏电阻的材料一般为_______。如：硫化镉半导体3.半导体的导电原理：半导体靠其中的________（自由电子和空穴）来导电。载流子4.光敏电阻能够把_________这个光学量转换为____这个电学量。巩固练习

在产品生产的流水线上，常需要对产品计数。

图中是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。

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。光敏电阻的应用：

观看视频，神奇的机器工人如图所示，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R3阻值减小，R1两端电压因干路电流增大而增大(电压表的示数增大)，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误

由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大1光敏电阻光照放大器MNN被控电路光控继电器的工作原理是:当照射光敏电阻时,(1)光敏电阻的阻值

(变大或变小)；(2)被控电路

(填“接通”或“断开”)。光控设备电源变小接通课堂练习金属热电阻铂电阻电阻—温度特性曲线RTo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。二、金属热电阻二、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。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。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RTo电阻—温度特性曲线三、热敏电阻二、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→电阻三、热敏电阻电阻随温度的变化关系

有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（）ABA.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻2（1）热敏电阻与金属热电阻的阻值与温度的变化关系是否相同？不相同金属热电阻的阻值随温度升高而_____。热敏电阻的阻值随温度升高而_____。减小增加热敏电阻和金属热电阻（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？热敏电阻灵敏度高,但化学稳定性较差,测量________；金属热电阻的化学稳定性较好，测量_________，但灵敏度较差。范围较小范围较大（3）热敏电阻和金属热电阻都能将_______这个热学量转化为________这个电学量。温度电阻巩固练习四、电阻应变片——电子秤四、电阻应变片——电子秤

电阻应变片（图）是一种使用非常广泛的力敏元件。我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。①当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；②当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。

金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。

力（形变）电压

金属梁U1U2

两个应变片的形变引起电阻变化,致使两个应变片的电压差变化

四、电阻应变片--测力原理1.电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的?3.应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？2.简述力传感器的工作原理.装置:力传感器组成:金属梁和应变片

形变电压

两个应变片的形变引起电阻变化

致使两个应变片的电压差变化

四、电阻应变片——电子秤②用来测量其他各种力，如汽车和卷扬机的牵引力等。应变式力传感器的应用：

①测量重力外（图）；

关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是(

)A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大应变片多用半导体材料制成

传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差且随外力增大，输出电压差值增大3五、电容式传感器（2）测定液面高度h：

（3）测定压力F：

（4）测定位移x：

定片动片θ电介质金属芯线导电液体待测压力F固定电极可动电极x极板极板电介质（1）控制电流：

电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量五、电容式传感器待测压力F固定电极膜片电极

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4NMFBEIUH霍尔元件六、霍尔元件霍尔效应

定向移动的电荷受到方向平行于侧面向里的洛伦兹力的作用。在这个力的作用下，薄片两个侧面上会累积起正负电荷。

随着电荷积累，在内外侧面间会形成一个逐渐增强的电场

定向移动的电荷同时受到洛伦兹力和电场力的作用六、霍尔元件霍尔效应

当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍尔电压。六、霍尔元件

设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为:I=nqadv，载流子在磁场中受到的洛伦兹力：f=qvB，载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为六、霍尔元件

当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即：得，

式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数.令得NMFBEIUH六、霍尔元件霍尔电压：

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。磁感应强度→电压六、霍尔元件如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则(

)A．电势φa＞φbB．电势φb＞φaC．电流增大时，|φa－φb|增大D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样自由电荷是电子，由左手定则可判断出φa＞φb，A对，B错,因|φa－φb|＝kIB/D，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C对；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D选项错误．4光————传感器———电流温度————传感器———电流力———

传感器———电流非电学量———传感器———电学量好处：容易测量位移————传感器———电流磁感应强度————传感器———电流观看视频：垃圾分捡机器人都用了什么传感器呢？1.下列说法中不正确的是(

)A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片C．电子秤所使用的测力装置是力传感器D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量话筒是声传感器，能将声音信号转换成电信号，故A错

2．在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播．关于红外线热像仪，下列说法正确的是(

)A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子能量小，可以节约能量B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用D．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的3.如图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在______℃．354.下列关于光传感器应用的说法中正确的是(

)A．火灾报