高中物理6.1传感器及其工作原理

第1页第2页1．知道什么是传感器，了解非电学量转化为电学量意义。2．经过试验了解常见敏感元件工作原理。3．了解传感器在生活中应用。第3页第4页1．传感器(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等

量，并能把它们按照一定规律转换为便于传送和处理另一个物理量(通常是电压、电流等

量)，或转换为电路通断元件。(2)非电学量转换为电学量意义：把非电学量转换为电学量，能够方便地进行

、传输、处理和

。［读教材·填关键点］物理电学测量控制第5页2．光敏电阻(1)特点：在被光照时

发生改变。(2)原因：无光照时，载流子少，导电性能不好；伴随光照增强，载流子

，导电性变好。(3)作用：把

这个光学量转换为

这个电学量。电阻增多光照强弱电阻第6页3．热敏电阻和金属热电阻氧化锰热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度升高而电阻率随温度升高而制作材料半导体优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将

这个热学量转换为

这个电学量减小增大金属温度电阻第7页[关键一点]热敏电阻和金属热电阻制作材料不一样，其电阻值随温度改变规律也不相同。第8页4．霍尔元件(1)结构：如图6－1－1所表示，在一个很小矩形半导体(比如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件。图6－1－1第9页(2)工作原理：在E、F间通入恒定电流I,同时外加与薄片垂直磁场B，则薄片中载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都

方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。垂直第10页薄片霍尔磁感应强度电压第11页［试身手·夯基础］1．(·江苏高考)美国科学家WillardS·Boyle与GeorgeE·Smith因电荷耦合器件(CCD)主要创造荣获年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量传感器。以下器件可作为传感器有()A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件 D．干电池第12页解析：传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量，并把它们按照一定规律转换为电压、电流等电学量元件。发光二极管是电学元件，是电能转换成光能元件，不是传感器，A错误；干电池是一个电源，不是传感器，D错误；热敏电阻受热时，其电阻会发生改变，能把热学量转换成电学量，是传感器，B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，是传感器，C正确。答案：BC第13页2．以下说法不正确是()A．传感器担负着信息采集任务B．干簧管是一个能够感知磁场传感器C．传感器不是电视遥控接收器主要元件D．传感器是把力、温度、光、声、化学成份转换为电信号主要工具.第14页解析：传感器任务就是采集信息，A对；干簧管主要结构是由平行不接触两个极易被磁化软铁片组成，它靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，B对；由传感器定义知D对。答案：C第15页3．关于光敏电阻，以下说法不正确是()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．硫化镉是一个半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C．硫化镉是一个半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好D．半导体材料硫化镉，伴随光照增强，载流子增多，导电性能变好.第16页解析：对光敏电阻，光照强度改变时，电阻值随之改变，A对；对半导体材料硫化镉，无光照射时载流子极少，导电性能差，光照增强时，载流子显著增多，导电性能变好，B、D对，C错。答案：C第17页4．关于霍尔元件，以下说法正确是()A．把温度这个热学量转化为电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量C．把力这个力学量转化为电压这个电学量D．把光照这个光学量转化为电阻这个电学量第18页解析：霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转化为其两表面电压这个电学量，故B正确。答案：B第19页第20页1．传感器工作原理

敏感元件：相当于人感觉器官，是传感器关键部分，是利用材料某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成。→→→非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量→第21页转换元件：是传感器中能将敏感元件输出，与被测物理量成一定关系非电信号转换成电信号电子元件。转换电路：是将转换元件输出不易测量电学量转换成易于测量电学量，如电压、电流、电阻等。第22页2．传感器分类(1)光电传感器——光敏电阻光敏电阻普通为半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多电子取得能量成为自由电子，同时也形成更多空穴，于是导电性能显著增强。光敏电阻把光照强弱转换为电阻大小。第23页(2)温度传感器：热敏电阻和金属热电阻。①热敏电阻：指用半导体材料制成，其电阻值随温度改变非常显著。如图6－1－2所图6－1－2示为某热敏电阻电阻——温度特征曲线。第24页②金属热电阻：有些金属电阻率随温度升高而增大，这么电阻也能够制作温度传感器，称为金属热电阻。如铂电阻温度计。③二者区分与联络：热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差，而热敏电阻灵敏度很好。第25页[名师点睛]按热敏电阻随温度改变规律，热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数热敏电阻随温度升高电阻减小。第26页1.如图6－1－3所表示，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．电压表示数增大图6－1－3B.R2中电流减小C．小灯泡功率增大D．电路路端电压增大第27页[思绪点拨]处理这类题首先要判断光敏电阻阻值改变，然后再依据闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律，从局部→整体→局部观点分析各物理量改变即可。第28页[解析]当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表示数增大，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电流必增大，则小灯泡功率增大，C项正确。故选A、B、C。[答案]ABC第29页先依据敏感元件特征确定电阻阻值大小改变规律，再应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析各物理量改变。第30页1．原理：电容器电容C决定于极板正对面积S、板间距离d以及极板间电介质这几个原因，假如某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)改变能引发上述某个原因改变，从而引发电容改变，那么，经过测定电容器电容就能够确定上述物理量改变，有这种用途电容器称为电容式传感器。第31页2．用途：如图6－1－4(1)所表示是用来测定角度θ电容式传感器。图6－1－4第32页如图6－1－4(2)所表示是测定液面高度h电容式传感器。液面高度h发生改变时，引发正对面积发生改变。如图6－1－4(3)所表示是测定压力F电容式传感器。压力改变，d发生改变，引发电容改变。如图6－1－4(4)所表示是测定位移x电容式传感器。由图能够看出伴随电介质进入极板间长度改变电容C也改变，从而推知x改变情况。第33页2.如图6－1－5所表示电容式话筒就是一个电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极组成了一个电容器，当振动膜片在声压作用下振动时，两个电极之间电容发生图6－1－5改变，电路中电流随之改变，这么声音信号就变成了电信号。则当振动膜片向右振动时()第34页A．电容器电容值增大B．电容器所带电荷量减小C．电容器两极板间场强增大D．电阻R上电流方向自左向右第35页[思绪点拨]解答本题时应注意以下两点：(1)膜片与固定电极间距和电容器电容大小关系。(2)电容器充放电电流方向确实定。第36页[答案]AC第37页分析这类问题，关键是明确影响电容器电容是哪几个原因。假如某一物理量(如角度θ、位移x、深度h、压力F等)改变能引发电容改变，那么经过测定电容器电容就能够确定该物理量改变。第38页第39页第40页(1)设半导体薄片宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH关系式；若半导体材料是电子导电，请判断图中c、f哪端电势高。(2)已知半导体薄片内单位体积中导电电子数为n，电子电荷量为e，请导出霍尔系数RH表示式。(经过横截面积S电流I＝nevS，其中v是导电电子定向移动平均速率)图6－1－6第41页[思绪点拨]解答本题时应注意以下两点：(1)电子所受洛伦兹力使电子发生偏转。(2)当电压稳定时，电子所受洛伦兹力与电场力平衡。第42页第43页霍尔元件前、后两