第9.1节 传感器及其敏感元件（原卷版）

第九章·传感器第1节传感器及其敏感元件◎目标导航学问要点难易度1．传感器是指检测元件，将非电信号转化为电信号并输出2．基本工作原理，核心是敏感元件3．光敏电阻：光强增大，R减小热敏电阻：温度增大，R可能增大也可能减小金属热电阻：温度增大，R增大4．传感器的分类★★★★★★★★★◎学问精讲1.传感器(sensor)一种检测装置（元件），能感受到被测量的信息，并将其转化为电信号进行输出。具体的说，它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们依据肯定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。2．传感器的结构传感器的结构如下图所示。① 非电学量：如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等。② 敏感元件：光敏电阻，热敏电阻，压力传感器的应变片等。③ 转化器件：将非电信号转化为电信号，如应变片受力后弯曲，一侧伸长，一侧缩短，需将长度信息转化为电阻信息，但一般电信号还比较微弱。如敏感元件输出的是电信号，则敏感元件和转化元件合二为一。④ 转换电路：对电信号进行调整和放大。⑤ 电学量：如电压值、电流值、电荷量等。3.敏感元件(1).光敏电阻主要特性：光照强度增大，电阻值减小。材料：由半导体材料制成，如硫化镉。机制：在无光时，自由电荷（载流子）极少，导电性能不好，即电阻R大；随着光照的增加，载流子增多，导电性能变好，即R明显减小。(2).热敏电阻材料：热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。主要性质：正温度系数（PTC）热敏电阻器：电阻值随温度上升而增加；负温度系数（NTC）热敏电阻器：电阻值随温度上升而减小，一般非线性，临界温度电阻（CTR）：某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数。电阻率随温度变化图像，如下图：斜率表示随温度变化的敏感程度，即变化率。应用：测量温度、把握温度和元件、器件、电路的温度补偿。(3).金属热电阻金属的电阻率随温度的上升而增大，这样的金属也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。(4).热敏电阻和金属热电阻的区分温度上升，金属热电阻电阻增大，而不同热敏的电阻可能增大也可能减小；相比较而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较高。4．传感器的分类(1)常用传感器依据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。①物理传感器：包括力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器；②化学传感器：包括离子传感器、气体传感器等化学传感器；③生物传感器：包括酶传感器、微生物传感器，细胞传感器等生物传感器。(2)物理型传感器的分类①按测量的物理量分类，可分为位移、力、温度、磁场传感器等;②按工作原理分类，可分为热电偶、霍尔器件、光电传感器等;③按感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等;④按输出信号的性质则可分为输出数字信号(1和0)、模拟信号。◎例题精讲例1．（多选）传感器担负着信息采集的任务，它可以（）A．将力学量（如形变量）转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将电学量转变成光学量D．将电学量转变成力学量例2．（单选）如图所示是一自动把握电路示意图，R1为光敏电阻，当照射到R1处的光消逝时，电流表A中的电流I及ab间的电压U的变化状况是()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变小例3.传感器担负着信息采集的任务，在自动把握中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简洁自动报警器原理图。则：(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________(填“a”或“b”)。(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(填“左”或“右”)移动。例4.（单选）人类放射的绕地球运转的全部航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位()A．力传感器 B．光传感器C．温度传感器 D．生物传感器◎巩固练习1．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该水位自动感应装置接受的传感器是（）A．温度传感器 B．压力传感器C．生物传感器 D．红外线传感器2．关于光敏电阻，下列说法正确的是（）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，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较多，导电性良好D．半导体材料硫化镉，随着光照的增加，载流子增多，导电性变好3．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（）A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关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4.烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮     的挡板。平常光电三极管收不到LED发出的光，呈现________电阻状态。当有烟雾时因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变________。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。5.(1)如图是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中是，中的主要元件是。(2)自动计数原理是：。6．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，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7.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是元件，元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度的变化关系如图所示，由于这种特性，元件具有发热、保温双重功能。对此，以下推断正确的是（）①通电后，其电功领先增大，后减小②通电后，其电功领先减小，后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在和之间的某一值不变A．①③B．②③C．②④D．①④如图所示为一试验小车利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，曰为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与c同轴相连的齿轮。车轮转动