物理選修3-2第六章

1、第六章傳感器第六章傳感器第六章傳感器第六章傳感器欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理第一節(jié)傳感器及其工作原理欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器新知初探自主學習新知初探自主學習一、什么是傳感器一、什么是傳感器1.定義：感受定義：感受_量，并能把它們按照量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為_量，或轉(zhuǎn)換為電路量，或轉(zhuǎn)換為電路的的_的一類元件的一類元件2.工作原理工作原理非電學非電學電學電學通斷通斷欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器二、光敏電阻二、光敏電阻自主探究自主探究實驗現(xiàn)象：將一只光敏電阻接到多用電表的兩實驗現(xiàn)象：將一只光敏電阻接到多用電表的

2、兩端，電表置于倍率為端，電表置于倍率為100的歐姆擋，用手掌遮光的歐姆擋，用手掌遮光時電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射下時電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射下,電阻值電阻值較?。挥藐柟庵苯诱丈湎?，電阻值很小較?。挥藐柟庵苯诱丈湎?，電阻值很小成功發(fā)現(xiàn)成功發(fā)現(xiàn)1特點：電阻值隨光照增強而特點：電阻值隨光照增強而_減小減小欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2原因分析：光敏電阻由半導體材料制成，原因分析：光敏電阻由半導體材料制成，無光照時，載流子無光照時，載流子_，導電性能，導電性能_；隨著光照的增強，載流子隨著光照的增強，載流子_，導電性，導電性_3作用：把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻作用：把光照強弱

3、這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量這個電學量少少差差增多增多增強增強欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器三、熱敏電阻和金屬熱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻熱敏電阻金屬熱電阻金屬熱電阻特點特點電阻率隨溫度升高而電阻率隨溫度升高而_電阻率隨溫度升電阻率隨溫度升高而高而_制作材料制作材料_金屬金屬優(yōu)點優(yōu)點靈敏度好靈敏度好化學穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大測溫范圍大作用作用將將_這個熱學量轉(zhuǎn)換為這個熱學量轉(zhuǎn)換為_這個這個電學量電學量減小減小增大增大半導體半導體溫度溫度電阻電阻欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器四、霍爾元件四、霍爾元件圖圖612欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器欄目

4、欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器要點探究講練互動要點探究講練互動要點要點1光敏電阻、熱敏電阻的特性光敏電阻、熱敏電阻的特性1.光敏電阻光敏電阻(1)光敏電阻的特性光敏電阻的特性光敏電阻是利用半導體材料制成的，在被光光敏電阻是利用半導體材料制成的，在被光照射時電阻發(fā)生變化，即隨照射光強度的增照射時電阻發(fā)生變化，即隨照射光強度的增加而減小加而減小(2)光敏電阻阻值變化的原因光敏電阻阻值變化的原因半導體材料受到的光照增強時，會有更多的半導體材料受到的光照增強時，會有更多的欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，

5、即載流子數(shù)增多，于是導電性明多的空穴，即載流子數(shù)增多，于是導電性明顯地增強，電阻減小顯地增強，電阻減小2.熱敏電阻熱敏電阻(1)熱敏電阻的特性熱敏電阻的特性熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負溫度系數(shù)的熱敏阻隨溫度升高阻值增大，負溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值減小電阻隨溫度升高阻值減小欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器(2)熱敏電阻阻值變化的原因熱敏電阻阻值變化的原因?qū)τ谪摐囟认禂?shù)的熱敏電阻，溫度升高時，對于負溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時，有更多

6、的電子獲得能量成為自由電子，同時有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導電性明空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導電性明顯地增強，阻值減小顯地增強，阻值減小 圖圖613欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器熱點示例創(chuàng)新拓展熱點示例創(chuàng)新拓展電容式傳感器電容式傳感器 1.原理原理電容器的電容電容器的電容C取決于極板正對面積取決于極板正對面積S，極板，極板間距離間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個因素，如果某及極板間電介質(zhì)這幾個因素，如果某一物理量一物理量(如角度如角度、位移、位移x、深度、深度h等等)的變化的變化能引起上述某一因素的變化，

7、從而引起電容能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化上述物理量的變化欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.常見電容式傳感器常見電容式傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測定角測定角度度的電容的電容式傳感式傳感器器當動片與定片之間的角當動片與定片之間的角度度發(fā)生變化時，引起極發(fā)生變化時，引起極板正對面積板正對面積S的變化，使的變化，使電容電容C發(fā)生變化，知道發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道的變化，就可以知道的的變化情況變化情況欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測定液測

8、定液面面高度高度h的的電容式電容式傳感器傳感器在導線芯的外面涂上一層在導線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導電液體絕緣物質(zhì)，放入導電液體中，導線芯和導電液體構(gòu)中，導線芯和導電液體構(gòu)成電容器的兩個極，導線成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變發(fā)生變化時，引起正對面積發(fā)生化時，引起正對面積發(fā)生變化，使電容變化，使電容C發(fā)生變發(fā)生變化知道化知道C的變化，就可的變化，就可以知道以知道h的變化情況的變化情況欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測定壓測定壓力力F的電的電容式傳容式傳感器感器待測壓力待測壓力F作用于

9、可動作用于可動膜片電極上的時候，膜膜片電極上的時候，膜片發(fā)生形變，使極板間片發(fā)生形變，使極板間距離距離d發(fā)生變化，引起電發(fā)生變化，引起電容容C的變化，知道的變化，知道C的變的變化，就可以知道化，就可以知道 F F的變的變化情況化情況欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測定測定位移位移x的電的電容式容式傳感傳感器器隨著電介質(zhì)進入極板間隨著電介質(zhì)進入極板間的長度發(fā)生變化，電容的長度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道發(fā)生變化，知道C的的變化，就可以知道變化，就可以知道x的的變化情況變化情況欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器第二節(jié)傳感器的應用第二節(jié)傳感器的應用欄目欄目

10、導引導引第六章傳感器第六章傳感器新知初探自主學習新知初探自主學習一、力傳感器的應用一、力傳感器的應用電子秤電子秤1.組成及敏感元件：由組成及敏感元件：由_和和_組成，敏感元件是組成，敏感元件是_2.工作原理工作原理金屬梁金屬梁應變片應變片應變片應變片電阻電阻電電壓壓欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器3.作用：應變片將作用：應變片將_這個力學量這個力學量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為_這個電學量這個電學量二、溫度傳感器的應用二、溫度傳感器的應用1.電熨斗電熨斗(1)組成：它主要由調(diào)溫旋鈕、升降螺絲、絕組成：它主要由調(diào)溫旋鈕、升降螺絲、絕緣支架、觸點、雙金屬片、彈性銅片、電熱緣支架、觸點、雙金屬片、彈性銅片、

11、電熱絲、金屬底板等幾部分組成絲、金屬底板等幾部分組成(2)敏感元件：敏感元件：_(3)工作原理：溫度變化時，由于雙金屬片上工作原理：溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的層金屬與下層金屬的_不同，不同，雙金屬片發(fā)生形變從而控制電路的通斷雙金屬片發(fā)生形變從而控制電路的通斷物體形變物體形變電壓電壓雙金屬片雙金屬片熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.電飯鍋電飯鍋(1)它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的(2)敏感元件：敏感元件：_(3)工作原理：工作原理：居里溫度：感溫鐵

12、氧體常溫居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約下具有鐵磁性，溫度上升到約_時，時，失去磁性，這一溫度稱為失去磁性，這一溫度稱為“居里溫度居里溫度”自動斷電原理：用手按下開關通電加熱，自動斷電原理：用手按下開關通電加熱，開始煮飯，當鍋內(nèi)加熱溫度達到約開始煮飯，當鍋內(nèi)加熱溫度達到約103 時，時，感溫鐵氧體感溫鐵氧體103欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器鐵氧體失去磁性，與永磁體失去吸引力，被鐵氧體失去磁性，與永磁體失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開三、光傳感器的應用三、光傳感器的應用火災報警器火災報警器火災報警器利用了光傳

13、感器，主要構(gòu)造有：帶火災報警器利用了光傳感器，主要構(gòu)造有：帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和、光電三極管和不透明的不透明的_擋板擋板欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器要點探究講練互動要點探究講練互動要點要點1傳感器問題分析傳感器問題分析1.分析思路分析思路物理傳感器是將所感受的物理量物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、如力、熱、光等光等)轉(zhuǎn)換為便于測量的電學量的器件我們轉(zhuǎn)換為便于測量的電學量的器件我們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟：可以把傳感器的應用過程分為三個步驟：(1)信息采集；信息采集；(2)信息加工、放大、傳輸；信息加工、放大、傳輸；(

14、3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.分析傳感器問題要注意四點分析傳感器問題要注意四點(1)感受量分析感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等光、磁、聲等(2)輸出信號分析輸出信號分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律變化規(guī)律欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器(3)電路結(jié)構(gòu)分析電路結(jié)構(gòu)分析認真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常認真分析傳感器所

15、在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律信號與輸入信號間的規(guī)律(4)執(zhí)行機構(gòu)工作分析執(zhí)行機構(gòu)工作分析傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息學量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構(gòu)進行工作的過程控制執(zhí)行機構(gòu)進行工作的過程欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器要點要點2傳感器的應用實例分析傳感器的應用實例分析名名稱稱結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖工作原理工作原理應應變變式式電電子子秤秤在外力作用下，金屬梁上在外力作用下，金屬梁上下表面的兩個應變片發(fā)生

16、下表面的兩個應變片發(fā)生彎曲，上下應變片的阻值彎曲，上下應變片的阻值變化不一樣傳感器把上變化不一樣傳感器把上下應變片的電壓之差輸下應變片的電壓之差輸出外力越大，輸出的電出外力越大，輸出的電壓差值也就越大壓差值也就越大欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名稱名稱結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖工作原理工作原理電電熨斗熨斗常溫下，上、下觸點應是接常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上層金屬膨脹大，下層金屬上層金屬膨脹大，下層金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷曲，使觸點分離，從而切斷電源，

17、停止加熱溫度降低電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的進行，起到自動控制溫度的作用作用欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名名稱稱結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖工作原理工作原理電電飯飯鍋鍋開始煮飯時按下開關按鈕，由于開始煮飯時按下開關按鈕，由于常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，永磁體將吸引感溫磁體，因此手永磁體將吸引感溫磁體，因此手松開后這個按鈕不會恢復到圖示松開后這個按鈕不會恢復到圖示位置，這時電飯鍋處于加熱狀位置，這時電飯鍋處于加熱狀態(tài)煮飯水沸騰時，水的溫度保態(tài)煮飯水沸騰時，水的

18、溫度保持沸點不變當飯熟后，水分被持沸點不變當飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度上升，當大米吸收，鍋底的溫度上升，當溫度超過溫度超過103 時，感溫鐵氧體時，感溫鐵氧體失去鐵磁性，由于彈簧的作用，失去鐵磁性，由于彈簧的作用，按鈕開關將恢復到如圖所示的位按鈕開關將恢復到如圖所示的位置，切斷加熱電源置，切斷加熱電源欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器名稱名稱結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖工作原理工作原理火火災災報報警器警器平時，光電三極管收平時，光電三極管收不到不到LED發(fā)出的光，發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙霧進入罩內(nèi)后對光有霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光散射作用，使部分光線照射到光電三極管線

19、照射到光電三極管上，其電阻變小，與上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會測出這種變化，就會發(fā)出警報發(fā)出警報.欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器第三節(jié)實驗：傳感器的應用第三節(jié)實驗：傳感器的應用欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器新知初探自主學習新知初探自主學習一、實驗目的一、實驗目的1.了解光控開關和溫度報警器的工作原理了解光控開關和溫度報警器的工作原理2.練習用傳感器制作自動控制設備練習用傳感器制作自動控制設備二、實驗器材二、實驗器材1.光控開關實驗：斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二光控開關實驗：斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡極管、繼電器

20、、燈泡(6 V，0.3 A)、可變電阻、可變電阻R1(最最大阻值大阻值51 k)、電阻、電阻R2(330 )、光敏電阻、集成、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、黑紙、導線若干、黑紙欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.溫度報警器實驗：斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、溫度報警器實驗：斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值最大阻值1 k)、集成、集成電路實驗板、直流電源電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、燒、導線若干、燒杯杯(盛有熱水盛有熱水)三、實驗步驟三、實驗步驟1.光控開關實驗步驟光控開關實驗步驟(1)按照電路圖將

21、各元件組裝到集成電路實驗按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上板上(2)檢查各元件的連接，確保無誤檢查各元件的連接，確保無誤欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器(3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管或，使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮燈泡在普通光照條件下不亮(4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻，觀察發(fā)光二極用黑紙逐漸遮住光敏電阻，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)管或燈泡的狀態(tài)(5)逐漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的逐漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)狀態(tài)2.溫度報警器實驗步驟溫度報警器實驗步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗按照電路圖將各元件組裝到集成電路實

22、驗板上板上欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器(2)檢查各元件的連接，確保無誤檢查各元件的連接，確保無誤(3)接通電源、調(diào)節(jié)電阻接通電源、調(diào)節(jié)電阻R1，使蜂鳴器常溫下，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲不發(fā)聲(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲器是否發(fā)聲(5)將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲否發(fā)聲四、注意事項四、注意事項1.安裝前，對器材進行測試，確保各元件性能安裝前，對器材進行測試，確保各元件性能良好后，再進行安裝良好后，再進行安裝欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.光控開關實驗中，二極管連入電路

23、的極性不能光控開關實驗中，二極管連入電路的極性不能反接，否則繼電器不能正常工作反接，否則繼電器不能正常工作3.光控開關實驗中要想天更暗時光控開關實驗中要想天更暗時“路燈路燈”才會亮，才會亮，應該把應該把R1的阻值調(diào)大些的阻值調(diào)大些4.溫度報警器實驗中，要使蜂鳴器在更低的溫度溫度報警器實驗中，要使蜂鳴器在更低的溫度時報警，應該把時報警，應該把R1的阻值調(diào)大些的阻值調(diào)大些欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器要點探究講練互動要點探究講練互動要點要點1光控開關光控開關1.電路圖電路圖如圖如圖631所示的光控電路，用發(fā)光二極管所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，模仿路燈，RG為光敏電阻，為光

24、敏電阻，R1的最大電的最大電阻為阻為51 k，R2為為330 . 圖圖631欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器2.工作原理工作原理白天，光強度較大，光敏電阻白天，光強度較大，光敏電阻RG電阻值較小，電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導通；當天色暗不導通；當天色暗到一定程度時，到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值的電壓上升到某個值(1.6 V)，輸，輸出端出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導通發(fā)光導通發(fā)光(相當于路燈亮了相當于路燈亮了)，這樣就達到了使，這樣就達到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的它是用來路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的它是用來控制路燈自動亮、熄的控制裝置控制路燈自動亮、熄的控制裝置欄目欄目導引導引第六章傳感器第六章傳感器3.發(fā)光時間調(diào)節(jié)發(fā)光時間調(diào)節(jié)要想在天更暗時路燈才會亮，應該把要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達到某個值電壓達到某個值(如如1.6 V)，就需要，就需要RG的阻值的阻