常見傳感器的工作原理及應用課件高二下學期物理人教版選擇性2

第五章傳感器

人教版（2019）選修第二冊5.2

常見傳感器的工作原理及應用1.認識傳感器是把非電學量轉換為電學量的裝置，其主要元件為敏感元件。2.了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳感器的敏感元件。3.利用電容的結構改變影響電容的性質，設計電容式位移傳感器。學習目標導入新課

傳感器可以感受光強、溫度、力、磁等非電學量，并把它們轉換為與之有確定對應關系的電學量輸出。

那么，常見的傳感器是怎樣感知非電學量，并將其轉換為電學量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應用呢？1.特性

光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變。一般隨著光照強度的增大電阻值減小。

2.作用一、光敏電阻光照強弱光敏電阻電阻3.光敏電阻的應用——計數(shù)器A為發(fā)光儀器B為接收光信號的儀器（光敏電阻為主）無物品——電壓低有物品——電壓高高低交替變化的信號經過處理，實現(xiàn)自動計數(shù)的功能。AR1R2信號處理系統(tǒng)B思考：傳送帶上沒有物品遮擋光信號時，供給信號處理系統(tǒng)的電壓是高還是低？2.作用材料特性金屬熱電阻金屬熱敏電阻半導體1金屬熱電阻2熱敏電阻1.特性溫度t↑，電阻R↑（有些）溫度t↑，電阻R↓二、金屬熱電阻和熱敏電阻溫度金屬熱電阻熱敏電阻電阻例1溫度傳感器廣泛應用于家用電器中，它是利用金屬熱電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的。圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動勢E=3.0V，內電阻不計，G為靈敏電流表，其內阻Rg保持不變；R為金屬熱電阻，其阻值隨溫度的變化關系如圖乙所示。閉合開關S，當R的溫度等于20℃時，電流表示數(shù)I1=2.0mA；當電流表的示數(shù)I2=1.0mA時，金屬熱電阻的溫度是

（）

A．40℃ B．60℃ C．80℃ D．100℃C3.應用例2

已知一熱敏電阻當溫度從10℃升至60℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關系，部分電路如圖所示。⑴實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計算出相應的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA，則此時熱敏電阻的阻值為

kΩ（保留2位有效數(shù)字）。

1.8實驗中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖（a）所示；⑵將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ，由圖（a）求得，此時室溫為

℃（保留3位有效數(shù)字）；25.5⑶利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖（b）所示。圖中E為直流電源（電動勢為10V，內阻可忽略）；

當溫度升高時熱敏電阻的電壓將

（填升高或降低），當圖中的輸出電壓達到或超過6.0V時，便觸發(fā)報警器（圖中未畫出）報警，則圖中

（填“R1”或“R2”）應使用熱敏電阻，若要求開始報警時環(huán)境溫度為50℃，另一固定電阻的阻值應為

kΩ（保留2位有效數(shù)字）。1.2降低

R1

1.特性（工作原理）材料特性(工作原理)金屬電阻應變片金屬

半導體電阻應變片半導體2.作用壓阻效應電阻應變效應三、電阻應變片形變電阻應變片電阻3.金屬電阻應變片應用電子秤卷揚機牽引力測量實例：應變式力傳感器——測量力

組成：

探究：應變片測力原理金屬梁、電阻應變片

原理F↑彎曲形變↑拉伸R↑壓縮R↓電壓差值↑電流恒定某個力引起金屬電阻應變片形變量的變化，從而引起兩個應變片電壓差值的變化，那么通過測定這個電壓差，就能確定這個力的大小。1.原理定片動片θ⑴目標：測量角度θ、液面高度h等電介質金屬芯線導電液體思考：下面實例分別改變電容的哪個決定因素？改變極板正對面積S四、電容式傳感器改變板間距d⑵目標：測量壓力F待測壓力F固定電極可動電極⑶目標：測量位移x改變εr2.作用角度、深度、位移、壓力、聲音……電容傳感器電容待測壓力F固定電極膜片電極針對練

(多選)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如果某個物理量的變化能引起電容C決定式中任何一個量變化，從而引起電容變化，那么通過測定電容器的電容，就能確定這個物理量的變化。3.應用1.原理：霍爾效應

霍爾電壓UH與磁感應強度B的關系2.作用五、霍爾元件（拓展）磁感應強度霍爾元件電壓D針對練霍爾元件是實際生活中的重要元件之一，廣泛應用于測量和自動控制等領域。如圖所示為一長度一定的霍爾元件，磁感應強度為B的勻強磁場垂直于霍爾元件的工作面向下，在元件中通入圖示從E到F方向的電流I，其中元件中的載流子是帶負電的電荷，下列說法中正確的是(

)A.該元件能把電學量轉化為磁學量B.該元件C面的電勢高于D面的C.如果用該元件測赤道處地磁場的磁感應強度，

應保持工作面水平D.如果流過霍爾元件的電流大小不變，

則元件C、D面的電勢差與磁場的磁感應強度成正比實例：

將光敏、金屬熱電阻、熱敏電阻視為滑動變阻器。

明確被測量與敏感元件阻值之間的關系如測量溫度，R—t關系信息圖像給出文字給出注意：R—t之間正系數(shù)還是負系數(shù)

作為閉合電路的動態(tài)分析處理思路題型1：測量物理量以光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻等為傳感器，測量光照強度或溫度等物理量。關鍵題型已知控制裝置，分析信息已知信息，設計控制裝置（局部電路設計為主）

明確敏感元件的特性（工作原理）

明確控制裝置實現(xiàn)的目標

明確輸入量與目標間得關系輸入量：如光照強度、磁感應強度、溫度等非電學量實例：課本P102T3電飯煲溫度控制系統(tǒng)實例：課本P109T2照明控制系統(tǒng)題型2：控制系統(tǒng)的分析與設計

某同學利用壓力傳感器設計水庫水位預警系統(tǒng)。如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個是定值電阻，另一個是壓力傳感器（可等效為可變電阻）。水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。當a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關自動開啟低水位預警；當a、b兩端的電壓小于U2（U1、U2為定值）時，控制開關自動開啟高水位預警。下列說法正確的是

（）A.U1<U2B.R2為壓力傳感器C.若定值電阻的阻值越大，開啟高水