人教物理選修3-2第六章61傳感器及其工作原理

6.1傳感器及其工作原理盒子里面有什么裝置?演示實(shí)驗(yàn)：小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵放到盒子上面，燈泡就發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅。原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！磁信號(hào)

電路的通斷一、傳感器1、定義：

傳感器是把非電學(xué)量(如位移、速度、力、磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度、光、聲等)按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電壓、電流、電阻、電容等)的元器件.

非電學(xué)量電學(xué)量

傳感器2、工作原理：非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量傳感器3、特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：易感知、易測(cè)量、易控制各種傳感器溫度傳感器火災(zāi)報(bào)警器酒精測(cè)試儀閱讀教材52頁的內(nèi)容，思考問題：（1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？（3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？二、敏感元件1、光敏電阻光敏傳感器部件光照情況受光表面暴露受光表面遮住電阻阻值電阻小電阻大光學(xué)量→電阻生活中哪些地方用到光敏電阻光敏電阻的工作原理

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子—空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增大。

光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。例1.如圖所示，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，（）

A．電壓表的示數(shù)增大

B．R2中電流減小

C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大返回ABC例2.如圖6－1－3所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作原理是（）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次AR1R2信號(hào)處理系統(tǒng)

BD2、熱敏電阻<1>金屬熱電阻：規(guī)律：電阻隨溫度的升高而增大。<2>熱敏電阻：規(guī)律：電阻隨溫度的升高而減小。溫度→電阻生活中哪些地方用到熱敏電阻?例3、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(diǎn)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AC例4：如圖是一火警報(bào)警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)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(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)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(dāng)R2處出現(xiàn)火情時(shí)，該處溫度升高。R2

為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，由全電路的歐姆定律可知，路端電壓減小，該電阻兩端電壓減小，故R3兩端電壓減小，所以電流表示數(shù)減小。即U減小，I減小。提示：掌握各種元件的特性和閉合電路的動(dòng)態(tài)分析是解題的關(guān)鍵R1R2R3AabEr3、電容式傳感器（1）測(cè)定角度θ：

（2）測(cè)定液面高度h：

（3）測(cè)定壓力F：

（4）測(cè)定位移x：

定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極x極板極板電介質(zhì)4、霍爾元件NMFBEIUH霍爾電壓：一個(gè)霍爾元件的d、k為定值，再保持I恒定，則UH的變化就與B成正比。磁感應(yīng)強(qiáng)度→電壓待測(cè)壓力F固定電極膜片電極例5．傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（）A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化

BC1、傳感器：2）原理：2、敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻（溫度傳感器）（3）霍爾元件（磁傳感器）（4）電容器（位移傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量非電學(xué)量電學(xué)量1）概念：轉(zhuǎn)換為光學(xué)量電阻溫度電阻磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓力學(xué)量電容6.1傳感器及其工作原理小結(jié)設(shè)計(jì)題：用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)由光敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路。要求是：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅。可供選擇的器材如下：光敏電阻、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線。（如有需要可以自行添加所需器材）ecab220V

如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)光照射到R3上的光強(qiáng)度增大時(shí)(

)例1A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大【思路點(diǎn)撥】光敏電阻有隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而阻值減小的特征，由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)的分壓、分流原理對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析．【自主解答】當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，光敏電阻R3的阻值變小，R3與L串聯(lián)后再與R2并聯(lián)的總電阻值變小、干路中總電流變大，R1兩端電壓變大，A正確；R2兩端電壓減小，通過R2的電流減小，B正確；總電流變大，通過R2的減小，所以通過小燈泡L的電流變大，燈泡變亮，功率增大，C正確．因?yàn)楦陕分须娏髯兇?，?nèi)電壓變大，路端電壓變小，D錯(cuò)誤．故選ABC.【答案】

ABC變式訓(xùn)練1如圖所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合后在沒有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則(

)A．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)解析：選A.光照射R3時(shí)，由光敏電阻特性，R3的電阻變小，所以UR3減小，a點(diǎn)電勢(shì)升高，即a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)，A正確．

在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制．如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(

)例2A．電容器C的帶電量增大B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D．R1消耗的功率增大變式訓(xùn)練2如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)．解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏．答案：左右

如圖所示，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為U＝k.式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v、電量為e，例3變式訓(xùn)練3如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片