5.2常见传感器的工作原理及应用 课件(共25张）
文档属性
| 名称 | 5.2常见传感器的工作原理及应用 课件(共25张） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 23.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-02 11:11:28 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。
1.光敏电阻的制作
硫化镉
光强——电阻率小
光弱——电阻率大
一、光敏电阻
2. 观察光敏电阻特性
(1) 光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
实验结论：
(2) 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
一、光敏电阻
3.光敏电阻的应用
——计数器
A是发光仪器
B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、电压低
有物品、挡光、电阻大、电压高
这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
【例题1】如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
A. 电压表的示数增大
B. R2中电流减小
C. 小灯泡的功率增大
D. 电路的路端电压增大
ABC
解析：
当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，干路电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确。
二、金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻和热敏电阻性
温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。
用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。
金属的电阻率随温度的升高而增大
有些半导体在温度上升时导电能力增强
用半导体材料制作热敏电阻
2. 观察热敏电阻特性
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，
温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。
实验结论
二、金属热电阻和热敏电阻
3.应用实例——低油位报警装置
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
【例题2】关于传感器，下列说法正确的是( )
A. 金属材料不可以制成传感器
B. 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
C. 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的
D. 以上说法都不正确
传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A错误；光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的，故B正确，D错误；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不一定是通过感知电阻的变化来传递信号的，故C错误。
B
解析：
①金属电阻应变片
②半导体电阻应变片
1.原理与特性
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
金属的电阻应变效应
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
三、电阻应变片
电子秤使用的测力装置：力传感器
常见的一种力传感器：
应变式力传感器
应变片
金属梁
三、电阻应变片
2. 应用实例——电子秤
三、电阻应变片
2. 应用实例——电子秤
金属梁
应变片
应变片
F
在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
【例题3】(多选）关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( )
A. 应变片是由导体材料制成
B. 当应变片的上表面拉伸时，其电阻变大，反之变小
C. 传感器输出的是应变片上的电压
D. 外力越大，输出的电压差值也越大
应变片多用半导体材料制成，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小，B项正确；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差且随外力增大，输出电压差值增大 ，原理如右图所示，D项正确
解析：
BD
如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？
电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
四、电容式传感器
五、霍尔元件
洛伦兹力等于电场力：
电流微观表达式：
联立得：
令
1.传感器是指这样一类元件：
非电学量转化电学量，或转化为电路的通断。
2.传感器的作用：
方便进行测量、传输、处理和控制
4.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.传感器的分类：
三大类物理、化学、生物传感器
课堂小结
1. (多选)干簧管与灯泡、电源串联，如图所示，当磁铁靠近干簧管时，我们看到，灯泡亮。在这个过程中( )
A. 干簧管就是一个由磁场控制的开关
B. 干簧管的簧片磁化为同名磁极相对的磁铁
C. 磁场信息转化为电信息
D. 电信息转化为磁场信息
AC
2. 下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是（ ）
A. 用遥控器控制电视机的开关
B. 走廊照明灯的声控开关
C. 自动洗衣机中的压力传感装置
D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析：电视机遥控器是光传感器，将光信号变成电信号，故A正确；声控开关是声音传感器，将声音信号变成电信号，故B错误；压力传感装置将压力信号转化为电信号，故C错误；温控器是将温度信号转化为电路的通断，故D错误；
A
3. 关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A. 金属材料不可以制成传感器
B. 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
C. 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的
D. 以上说法都不正确
解析：
传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A错误；光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的，故B正确，D错误；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不一定是通过感知电阻的变化来传递信号的，故C错误。
B
1.光敏电阻（光传感器）
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2.热敏电阻和金属热电阻（ 温度传感器）
热敏电阻或金属热电阻：把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
4.电容式传感器 （位移传感器）
3.电阻应变片（力传感器）
应变片发生形变时其电阻随之发生变化，把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
课堂小结
1. 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A. R1两端的电压增大
B. 电流表的示数增大
C. 小灯泡的亮度变强
D. 小灯泡的亮度变弱
热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小,R2与灯并联部分电阻增大，电压增大，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强.
解析：
C
2. 下列说法不正确的是( )
A. 电熨斗中的双金属片是温度传感器
B. 金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C. 霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器
D. 热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
D
利用双金属片温度传感器，可以控制电熨斗的温度，故A与题意不符；金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，故B与题意不符；霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器，故C与题意不符；热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D与题意相符。
解析：
3. 目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于传感器的应用，下列说法中正确的是（ ）
A. 自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器
B. 走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器
C. 发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号
D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
A
自动洗衣机中压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器，故A正确；在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中既有声音传感器，又有光传感器；但红外报警装置是应用了红外线传感器，故B错误。发光二极管不是光传感器，故C错误；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D错误。
解析：
我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。
1.光敏电阻的制作
硫化镉
光强——电阻率小
光弱——电阻率大
一、光敏电阻
2. 观察光敏电阻特性
(1) 光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
实验结论：
(2) 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
一、光敏电阻
3.光敏电阻的应用
——计数器
A是发光仪器
B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、电压低
有物品、挡光、电阻大、电压高
这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
【例题1】如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
A. 电压表的示数增大
B. R2中电流减小
C. 小灯泡的功率增大
D. 电路的路端电压增大
ABC
解析：
当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，干路电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确。
二、金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻和热敏电阻性
温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。
用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。
金属的电阻率随温度的升高而增大
有些半导体在温度上升时导电能力增强
用半导体材料制作热敏电阻
2. 观察热敏电阻特性
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，
温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。
实验结论
二、金属热电阻和热敏电阻
3.应用实例——低油位报警装置
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
【例题2】关于传感器，下列说法正确的是( )
A. 金属材料不可以制成传感器
B. 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
C. 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的
D. 以上说法都不正确
传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A错误；光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的，故B正确，D错误；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不一定是通过感知电阻的变化来传递信号的，故C错误。
B
解析：
①金属电阻应变片
②半导体电阻应变片
1.原理与特性
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
金属的电阻应变效应
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
三、电阻应变片
电子秤使用的测力装置：力传感器
常见的一种力传感器：
应变式力传感器
应变片
金属梁
三、电阻应变片
2. 应用实例——电子秤
三、电阻应变片
2. 应用实例——电子秤
金属梁
应变片
应变片
F
在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
【例题3】(多选）关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( )
A. 应变片是由导体材料制成
B. 当应变片的上表面拉伸时，其电阻变大，反之变小
C. 传感器输出的是应变片上的电压
D. 外力越大，输出的电压差值也越大
应变片多用半导体材料制成，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小，B项正确；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差且随外力增大，输出电压差值增大 ，原理如右图所示，D项正确
解析：
BD
如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？
电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
四、电容式传感器
五、霍尔元件
洛伦兹力等于电场力：
电流微观表达式：
联立得：
令
1.传感器是指这样一类元件：
非电学量转化电学量，或转化为电路的通断。
2.传感器的作用：
方便进行测量、传输、处理和控制
4.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.传感器的分类：
三大类物理、化学、生物传感器
课堂小结
1. (多选)干簧管与灯泡、电源串联，如图所示，当磁铁靠近干簧管时，我们看到，灯泡亮。在这个过程中( )
A. 干簧管就是一个由磁场控制的开关
B. 干簧管的簧片磁化为同名磁极相对的磁铁
C. 磁场信息转化为电信息
D. 电信息转化为磁场信息
AC
2. 下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是（ ）
A. 用遥控器控制电视机的开关
B. 走廊照明灯的声控开关
C. 自动洗衣机中的压力传感装置
D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析：电视机遥控器是光传感器，将光信号变成电信号，故A正确；声控开关是声音传感器，将声音信号变成电信号，故B错误；压力传感装置将压力信号转化为电信号，故C错误；温控器是将温度信号转化为电路的通断，故D错误；
A
3. 关于传感器，下列说法正确的是（ ）
A. 金属材料不可以制成传感器
B. 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
C. 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的
D. 以上说法都不正确
解析：
传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A错误；光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的，故B正确，D错误；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不一定是通过感知电阻的变化来传递信号的，故C错误。
B
1.光敏电阻（光传感器）
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2.热敏电阻和金属热电阻（ 温度传感器）
热敏电阻或金属热电阻：把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。
4.电容式传感器 （位移传感器）
3.电阻应变片（力传感器）
应变片发生形变时其电阻随之发生变化，把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
课堂小结
1. 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A. R1两端的电压增大
B. 电流表的示数增大
C. 小灯泡的亮度变强
D. 小灯泡的亮度变弱
热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小,R2与灯并联部分电阻增大，电压增大，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强.
解析：
C
2. 下列说法不正确的是( )
A. 电熨斗中的双金属片是温度传感器
B. 金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C. 霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器
D. 热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
D
利用双金属片温度传感器，可以控制电熨斗的温度，故A与题意不符；金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，故B与题意不符；霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器，故C与题意不符；热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D与题意相符。
解析：
3. 目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于传感器的应用，下列说法中正确的是（ ）
A. 自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器
B. 走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器
C. 发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号
D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
A
自动洗衣机中压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器，故A正确；在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中既有声音传感器，又有光传感器；但红外报警装置是应用了红外线传感器，故B错误。发光二极管不是光传感器，故C错误；霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D错误。
解析：