高中物理傳感器及其工作原理課件新人教版選修

第六章傳感器列舉生活中的一些自動控制實例

遙控器控制電視開關日光控制路燈的開關聲音強弱控制走廊照明燈開關等自動門等安檢門6.1傳感器及其應用盒子里面有什么裝置？一、什么是傳感器干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器.干簧管視頻磁感應強度的變化簧片的磁化和去磁電路的通斷干簧繼電器的應用事例：實驗電源的過載保護(無需保險絲)干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器.

傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路的通斷。（1）傳感器的定義：（2）傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學量轉化為電學量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。

非電學量→傳感器→電學量

角度位移速度壓力溫度濕度聲強光照

傳感器電壓電流電阻電容非電學量敏感元件轉換器件轉換電路電學量（3）傳感器的工作原理

二、常見制作傳感器的元件1．光敏電阻[實驗演示]：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。光照越強，電阻越小；反之越弱。實驗結論：光敏電阻能夠將光學量轉化為電阻這個電學量

自動控制電路光電記數(shù)介紹半導體材料(科學漫步)載流子：空穴、自由電子導電原理：

當半導體材料受到光照或者溫度升高時，會有更多的自由電子和空穴產生，于是導體性增強。2．熱敏電阻和金屬熱電阻閱讀教材，問答問題：（1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關系是否相同？（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？

（3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將什么量轉化為什么量？金屬導體的導電性能隨溫度升高而降低(溫度升高電阻增大）；半導體材料的導電性能隨溫度升高而增強溫度升高電阻減?。?。熱敏電阻靈敏度高，但化學穩(wěn)定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。熱敏電阻或金屬熱電阻能夠將熱學量轉化為電學量

熱敏電阻視頻（4）熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。

電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉化為電容這個電學量。

插入電介質，電容增大3.

電容式傳感器常見的電容式傳感器：（1）測定角度θ：

（2）測定液面高度h：

（3）測定壓力F：

（4）測定位移x：

定片動片θ電介質金屬芯線導電液體待測壓力F固定電極可動電極x極板極板電介質4.霍爾元件（1）材料：半導體如：砷化銦（2）工作原理圖（3）霍爾電壓:d－－薄片厚度K－－霍爾系數(shù)其大小與元件的材料有關。霍爾元件能夠把___________這個磁學量轉換為____這個電學量磁感應強度電壓推導霍爾電壓的公式

設載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運動的平均速率為v，單位體積內自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向導體板的橫向寬度為a，則電流的微觀表達式為①載流子在磁場中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側移，兩個側面出現(xiàn)電勢差載流子受到的電場力為當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即②由①②式得③式中的nq與導體的材料有關，對于確定的導體，nq是常數(shù)。

令

則上式可寫為④

1.傳感器的概念：小結：2.傳感器的工作原理：3.敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學量敏感元件轉換電路電學量非電學量電學量，或轉換為電路的通斷。例1.如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是（）A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次AC例2.有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（）ABA.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B.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C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻答案[]AC待測壓力F固定電極膜片電極例3．傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片產生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（）A．當F向上壓膜片電極時，電容將減小B．當F向上壓膜片電極時，電容將增大C．若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化

BC

例4.如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？下表面例6.如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是（

）A.

I

變大，U變大B.

I變小，U變小C.

I變小，U變大D.

I變大，U變小R1R2R3AabErB解析：當R2處