人教版高中物理选修必修3-2 传感器及其工作原理

第六章 传感器第一节 传感器及其工作原理

一 、传感器简介1、什么是传感器传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如 力、温度、光、声、化学成分等非电学量 ________, 并能把它们按照一定的规律转换为电压、电 电学量 ，或转换为电路的通断。 流等_______

2、分类 它一般可分为光敏、热敏、声音 (话筒)、力学、电磁、生物等 类元件。

二、制作传感器的常用元器件1、光敏电阻

光敏电阻实物图

(1)特性：

光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大 小也随着改变。一般随着光照强度的增大电阻值 减小 。 ______ (2)材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如： 硫化镉 载流子 (3)半导体的导电原理：半导体靠其中的________ (自由电子和空穴)来导电

光学量 转换为电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个___________ 这个电学量请同学们思考,光敏电阻可以用在哪些地方?

2、热敏电阻(1)材料：半导体

(2)特性：

减小，具有负温度 热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____ 系数 R热敏电 阻R-T 关系示 意图

o

T

请同学们思考,热敏电阻可以用在哪些地方?

3、金属热电阻(1)材料：金属热电阻是用金属做成的 (2)特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升高而______, 增大 具有正温度系数 R 金属热 电阻R-T 关系示 意图 T O

温度 这个热学 热敏电阻和金属热电阻能够把 _____ 量转换成为电阻这个电学量

4、电容式位移传感器

电容器极板

x电介质板 被测物体

电容式位移传感器示意图

位移 这个力学量转 电容式位移传感器能够把物体_____ 电容 这个电学量 换为_____

5、霍尔元件(1)材料：半导体 如：砷化铟 (2)工作原理图 (3)霍尔电压:

I N EUH

F MB

IB UH k d

霍尔元件工作原理图

K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。

一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH 的变 化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。

磁感应强度 这个磁学量转换为____ 电压 霍尔元件能够把___________ 这个电学量

三、例题例1、 有定值电阻、热敏电阻、光敏 电阻三只元件分别接入如图所示电路 中A、B两点后，用黑纸包住元件置入 热水中，观察欧姆表的示数，下列说 法正确的是( AC )

A

B

A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元 件一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件 一定是定值电阻 C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这 只元件一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元 件一

定是定值电阻

例2:如图是一火警报警的一部分电路示意图。 其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器， 电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警 器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器 的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 ( B ) A. I 变大，U 变大 B.C. I 变小，U 变大 D.a E r b A R1

I 变小，U 变小I 变大，U 变小R2

R3

四、练习：非电学 量，并把它们按一定的规律转 1、传感器能感受一些_______ 电学 量，就可以方便的测量、传输、处理、控制。 化为______ 光敏电阻 2、常见的将光学信号转化为电信号的传感元件是_________, 增加 。 当光照射它时，它的导电性能______ 3、霍尔元件能转换哪两个量 ( B) A.把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 B.把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

C.把力换为电压这个电学量D.把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

4、火灾报警器使用的是( B)A.光传感器 B.温度传感器 C.红外线传感器 D.超声波 传感器

5、如图所示是测定位移X 的电容式传感器，其工作原理 是哪个量的变化造成其电容的变化( A )A.电介质进入极板的长度 B.两极板间距离 C.两极板正对面积 D.极板所带电量电介质 极板

五、小结：1、传感器的概念：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、 声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换 为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 2、传感器的工作原理： 非电学量 敏感元件 转换器件 转换电 路 电学量

3、敏感元件： (1)光敏电阻 (光电传感器)

(2)热敏电阻和热电阻 ( 温度传感器) (3)电容式传感器 (位移传感器) (4)霍尔元件 (磁传感器)