高二物理傳感器及其工作原理

1、高二物理傳感器及其工作原理列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例 遙控器控制電視開(kāi)關(guān)遙控器控制電視開(kāi)關(guān) 日光控制路燈的開(kāi)關(guān)日光控制路燈的開(kāi)關(guān) 聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開(kāi)關(guān)等聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開(kāi)關(guān)等 自動(dòng)門等自動(dòng)門等 安檢門安檢門 6.1 6.1 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理一、什么是傳感器一、什么是傳感器（1 1）什么是傳感器？）什么是傳感器？磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 電路的通斷電路的通斷 演示：演示：干簧管和音樂(lè)茶杯能夠感受非電學(xué)量并將它按照干簧管和音樂(lè)茶杯能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的一類元件或組件。

2、一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的一類元件或組件。能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的一類元件或組件。成電學(xué)量的一類元件或組件。傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。傳感器的定義：傳感器的定義：（2 2）傳感器的作用是什么？）傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電傳感器的作用是把非電

3、學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。處理和控制。 非電學(xué)量非電學(xué)量傳感器傳感器電學(xué)量電學(xué)量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強(qiáng)聲強(qiáng)光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路（3 3）傳感器的工作原理）傳感器的工作原理 二、常見(jiàn)制作傳感器的元件二、常見(jiàn)制作傳感器的元件 1 1、干簧管：是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器、干簧管：是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器 根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材P P5757的內(nèi)容，思考問(wèn)題：的內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1 1

4、）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2 2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？釋？（3 3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？（4 4）如下圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的）如下圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？指針將如何偏轉(zhuǎn)？2、光敏電阻、光敏電阻演示實(shí)驗(yàn)：將光敏電阻和多用表的歐姆檔相連，隨著光照不同，表有何變化？（1）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。（2）光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變小。硫化）光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變小。硫

5、化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。流子增多，導(dǎo)電性能變好。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。電學(xué)量。（4）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。角逐漸變大。光敏電阻工作原理：三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材5858頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考問(wèn)題：頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考問(wèn)題：（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化）金

6、屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？關(guān)系是否相同？（2 2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？量？（4 4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？演示實(shí)驗(yàn)：將熱敏電阻和多用表的歐姆檔相連，把熱敏電阻放到剩水的杯中，向杯里倒入熱水，（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化 關(guān)系不相同。關(guān)系不相同。 金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低金屬導(dǎo)體的

7、導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低 半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好（2 2）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差， 測(cè)量范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W(xué)穩(wěn)定性 較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。（3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn) 化電阻量這個(gè)電學(xué)量?；娮枇窟@個(gè)電學(xué)量。（4 4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。熱敏電阻和金屬熱

8、電阻的溫度曲線。 電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。 插入電介質(zhì)，電容增大插入電介質(zhì)，電容增大四霍爾元件四霍爾元件 一個(gè)確定的霍爾元件一個(gè)確定的霍爾元件的的d d、k k、為定值，再保、為定值，再保持持I I不變，則不變，則U UH H的變化的變化就與就與B B成正比。這樣，霍成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。壓這個(gè)電學(xué)量。推導(dǎo)霍爾電壓的公式推導(dǎo)霍爾電壓的公式 設(shè)載流子的電荷量為設(shè)載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為，沿電流方向

9、定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)為單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)為n n，垂直電流方向?qū)w板的橫向，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閷挾葹閍 a，則電流的微觀表達(dá)式為，則電流的微觀表達(dá)式為 載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差載流子受到的電場(chǎng)力為載流子受到的電場(chǎng)力為當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即 由式得由式得 式中的式中的nqnq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nqnq是常數(shù)

10、。是常數(shù)。 令令 則上式可寫為則上式可寫為 In q a d vHUFqafq v BqvB HUqaHIBUnqd1knqHIBUkd小小 結(jié)結(jié)1 1制作傳感器需要的敏感元件有光敏電制作傳感器需要的敏感元件有光敏電 阻、阻、 熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。2 2光敏電阻的阻值隨光的強(qiáng)度增大而減小。光敏電阻的阻值隨光的強(qiáng)度增大而減小。 光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。3 3熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減??；金熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減??；金 屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大

11、。熱 敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn) 化為電阻這個(gè)電學(xué)量?；癁殡娮柽@個(gè)電學(xué)量。4 4霍爾元件的霍爾電壓公式為：霍爾元件的霍爾電壓公式為： 霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為 電壓這個(gè)電學(xué)量。電壓這個(gè)電學(xué)量。5 5電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化 為電容這個(gè)電學(xué)量為電容這個(gè)電學(xué)量 HIBUnqd例例2 2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的這三只元件分別接入如圖所示電路中的A A、B B兩點(diǎn)后

12、，兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是（表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化 較大，這只元件一定是熱敏電阻較大，這只元件一定是熱敏電阻B B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變 化，這只元件一定是定值電阻化，這只元件一定是定值電阻C C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件 相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元 件一定是光敏電阻件一定是光敏電阻D D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件 相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一 定是定值電阻定是定值電阻ACAC 例例3 3、如圖所示，有電流、