第9.1節(jié) 傳感器及其敏感元件（原卷版）

第九章·傳感器第1節(jié)傳感器及其敏感元件◎目標導航學問要點難易度1．傳感器是指檢測元件，將非電信號轉化為電信號并輸出2．基本工作原理，核心是敏感元件3．光敏電阻：光強增大，R減小熱敏電阻：溫度增大，R可能增大也可能減小金屬熱電阻：溫度增大，R增大4．傳感器的分類★★★★★★★★★◎學問精講1.傳感器(sensor)一種檢測裝置（元件），能感受到被測量的信息，并將其轉化為電信號進行輸出。具體的說，它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們依據(jù)肯定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉化為電路的通斷。2．傳感器的結構傳感器的結構如下圖所示。① 非電學量：如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等。② 敏感元件：光敏電阻，熱敏電阻，壓力傳感器的應變片等。③ 轉化器件：將非電信號轉化為電信號，如應變片受力后彎曲，一側伸長，一側縮短，需將長度信息轉化為電阻信息，但一般電信號還比較微弱。如敏感元件輸出的是電信號，則敏感元件和轉化元件合二為一。④ 轉換電路：對電信號進行調整和放大。⑤ 電學量：如電壓值、電流值、電荷量等。3.敏感元件(1).光敏電阻主要特性：光照強度增大，電阻值減小。材料：由半導體材料制成，如硫化鎘。機制：在無光時，自由電荷（載流子）極少，導電性能不好，即電阻R大；隨著光照的增加，載流子增多，導電性能變好，即R明顯減小。(2).熱敏電阻材料：熱敏電阻用半導體材料制成，其電阻值隨溫度變化明顯。主要性質：正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器：電阻值隨溫度上升而增加；負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻器：電阻值隨溫度上升而減小，一般非線性，臨界溫度電阻（CTR）：某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數(shù)。電阻率隨溫度變化圖像，如下圖：斜率表示隨溫度變化的敏感程度，即變化率。應用：測量溫度、把握溫度和元件、器件、電路的溫度補償。(3).金屬熱電阻金屬的電阻率隨溫度的上升而增大，這樣的金屬也可以制作溫度傳感器，稱為金屬熱電阻。(4).熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)分溫度上升，金屬熱電阻電阻增大，而不同熱敏的電阻可能增大也可能減?。幌啾容^而言，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較高。4．傳感器的分類(1)常用傳感器依據(jù)測量目的不同，可將傳感器分為物理型、化學型和生物型三類。①物理傳感器：包括力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器；②化學傳感器：包括離子傳感器、氣體傳感器等化學傳感器；③生物傳感器：包括酶傳感器、微生物傳感器，細胞傳感器等生物傳感器。(2)物理型傳感器的分類①按測量的物理量分類，可分為位移、力、溫度、磁場傳感器等;②按工作原理分類，可分為熱電偶、霍爾器件、光電傳感器等;③按感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等;④按輸出信號的性質則可分為輸出數(shù)字信號(1和0)、模擬信號?！蚶}精講例1．（多選）傳感器擔負著信息采集的任務，它可以（）A．將力學量（如形變量）轉變成電學量B．將熱學量轉變成電學量C．將電學量轉變成光學量D．將電學量轉變成力學量例2．（單選）如圖所示是一自動把握電路示意圖，R1為光敏電阻，當照射到R1處的光消逝時，電流表A中的電流I及ab間的電壓U的變化狀況是()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變小例3.傳感器擔負著信息采集的任務，在自動把握中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量)，例如熱傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是用熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡潔自動報警器原理圖。則：(1)為了使溫度過高時報警器鈴響，開關應接在________(填“a”或“b”)。(2)若使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向________(填“左”或“右”)移動。例4.（單選）人類放射的繞地球運轉的全部航天器，在軌道上工作時都需要電能，所需要的電能都是由太陽能電池把太陽能轉化為電能得到的，要求太陽能電池板總是對準太陽，為達到這一要求應利用下列哪種傳感器來感知太陽方位()A．力傳感器 B．光傳感器C．溫度傳感器 D．生物傳感器◎鞏固練習1．全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該水位自動感應裝置接受的傳感器是（）A．溫度傳感器 B．壓力傳感器C．生物傳感器 D．紅外線傳感器2．關于光敏電阻，下列說法正確的是（）A．光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量B．硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能不好C．硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子較多，導電性良好D．半導體材料硫化鎘，隨著光照的增加，載流子增多，導電性變好3．用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的過程。下列屬于這類傳感器的是（）A．紅外報警裝置B．走廊照明燈的聲控開關C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置D．電飯煲中把握加熱和保溫的溫控器4.煙霧散射式火災報警器內裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透亮?????的擋板。平常光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)________電阻狀態(tài)。當有煙霧時因其對光的散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變________。與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。5.(1)如圖是利用光敏電阻自動計數(shù)的示意圖，其中是，中的主要元件是。(2)自動計數(shù)原理是：。6．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時（）A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強D．小燈泡的亮度變弱7.在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是元件，元件是由鈦酸鋇等半導體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度的變化關系如圖所示，由于這種特性，元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能。對此，以下推斷正確的是（）①通電后，其電功領先增大，后減?、谕姾?，其電功領先減小，后增大③當其產生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在不變④當其產生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在和之間的某一值不變A．①③B．②③C．②④D．①④如圖所示為一試驗小車利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖，A為光源，曰為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與c同軸相連的齒輪。車輪轉動