5.1 5.2 传感器应用(共29张PPT)
文档属性
| 名称 | 5.1 5.2 传感器应用(共29张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-06-11 07:02:08 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
5.1+5.2
常见传感器及应用
人教物理选择性必修2
课堂引入
小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒
外没有开关。如果把磁体 B 放到盒子上面，
灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
盒子里有什么样的装置，才能出现这
样的现象？
问题：
？
原来，小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件（图甲），它的结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时（图乙），两个簧
片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。那么，到底什么是传感器？
课堂引入
想一想：
一、神奇的传感器
1.声光控开关
2.红外线传感器
3.乙醇传感器
一、神奇的传感器
1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，
并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。
2．传感器的作用：获得外界输入信息，并将非电量信息转成电信号输出。
二、传感器的种类
智能手机中的部分传感器
三、传感器的组成与应用模式
传感器的一般结构
如何应用从传感器获得的信号呢？
可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。
三、传感器的组成与应用
传感器的一般模式
三、传感器的组成与应用
热电偶温度计
敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分；转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。
并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。如左图的热电偶温度计。
传感器的分类(按工作原理)及特点
原理 举例 特点
物理传 感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 电容传感器、电感传感器，光电、压电传感器等 品种多、应用广、发展快
化学传 感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器 广泛应用于环保、火灾报警、医疗卫生
生物传 感器 利用生物化学反应识别和检测信息 组织传感器、细胞传感器、酶传感器 含有生命物质，专一性好，易操作、快速、准确
三、传感器的组成与应用模式
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？
问题：
？
课堂引入
比如说：光强、温度、力、位移、速度、磁场等
那么什么是非电学量呢？
什么又是电学量呢？
比如说：电阻、电流、电压。
什么是光敏电阻：随着光照强度的变化，电阻率在发生相应变化的物质。
1、光敏电阻—光学传感器
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梳状电极，就形成一个简单的光敏电阻。
硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
光敏电阻
其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。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.
1、光敏电阻—光学传感器
光敏电阻在生产中的应用—光电计数器
金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，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。
2、金属热电阻和热敏电阻—温度传感器
金属热电阻与热敏电阻的区别
电阻随温度的变化关系
2、金属热电阻和热敏电阻—温度传感器
金属热电阻与热敏电阻的区别
电阻随温度的变化关系
热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。
说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
3、电阻应变片—力传感器
电阻应变片
电阻应变片的功能：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
4、电容式传感器
电容式传感器的工作原理
电容器的电容 C 决定于极板的正对面积 S、极板间的距离 d 以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器。
思考与讨论
四、电容式传感器
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。图 乙是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？
电容式话筒
5、拓展学习
霍尔元件
霍尔元件的应用及原理1—测量磁场的大小
霍尔效应
霍尔原件的工作原理
半导体的霍尔效应要强于导体。在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件（右图下）。在E、F 间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N 间可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系，因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
11.(2020·重庆市育才中学期中)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一.如图8所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强
磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为
负电荷.则下列说法正确的是
A.该元件能把电学量转换为磁学量
B.左表面的电势高于右表面
C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁
感应强度成正比
图8
√
例2 许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
√
解析 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确.
例3 (多选)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时
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
√
√
√
图3
例4 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图6所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时
A.电容器C的带电荷量增大
B.理想电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
√
√
图6
5.1+5.2
常见传感器及应用
人教物理选择性必修2
课堂引入
小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒
外没有开关。如果把磁体 B 放到盒子上面，
灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
盒子里有什么样的装置，才能出现这
样的现象？
问题：
？
原来，小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件（图甲），它的结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时（图乙），两个簧
片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。那么，到底什么是传感器？
课堂引入
想一想：
一、神奇的传感器
1.声光控开关
2.红外线传感器
3.乙醇传感器
一、神奇的传感器
1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，
并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。
2．传感器的作用：获得外界输入信息，并将非电量信息转成电信号输出。
二、传感器的种类
智能手机中的部分传感器
三、传感器的组成与应用模式
传感器的一般结构
如何应用从传感器获得的信号呢？
可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。
三、传感器的组成与应用
传感器的一般模式
三、传感器的组成与应用
热电偶温度计
敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分；转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。
并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。如左图的热电偶温度计。
传感器的分类(按工作原理)及特点
原理 举例 特点
物理传 感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 电容传感器、电感传感器，光电、压电传感器等 品种多、应用广、发展快
化学传 感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器 广泛应用于环保、火灾报警、医疗卫生
生物传 感器 利用生物化学反应识别和检测信息 组织传感器、细胞传感器、酶传感器 含有生命物质，专一性好，易操作、快速、准确
三、传感器的组成与应用模式
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？
问题：
？
课堂引入
比如说：光强、温度、力、位移、速度、磁场等
那么什么是非电学量呢？
什么又是电学量呢？
比如说：电阻、电流、电压。
什么是光敏电阻：随着光照强度的变化，电阻率在发生相应变化的物质。
1、光敏电阻—光学传感器
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梳状电极，就形成一个简单的光敏电阻。
硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
光敏电阻
其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。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.
1、光敏电阻—光学传感器
光敏电阻在生产中的应用—光电计数器
金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，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。
2、金属热电阻和热敏电阻—温度传感器
金属热电阻与热敏电阻的区别
电阻随温度的变化关系
2、金属热电阻和热敏电阻—温度传感器
金属热电阻与热敏电阻的区别
电阻随温度的变化关系
热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。
说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
3、电阻应变片—力传感器
电阻应变片
电阻应变片的功能：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
4、电容式传感器
电容式传感器的工作原理
电容器的电容 C 决定于极板的正对面积 S、极板间的距离 d 以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器。
思考与讨论
四、电容式传感器
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。图 乙是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？
电容式话筒
5、拓展学习
霍尔元件
霍尔元件的应用及原理1—测量磁场的大小
霍尔效应
霍尔原件的工作原理
半导体的霍尔效应要强于导体。在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件（右图下）。在E、F 间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N 间可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系，因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
11.(2020·重庆市育才中学期中)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一.如图8所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强
磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为
负电荷.则下列说法正确的是
A.该元件能把电学量转换为磁学量
B.左表面的电势高于右表面
C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁
感应强度成正比
图8
√
例2 许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
√
解析 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮与光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确.
例3 (多选)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时
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
√
√
√
图3
例4 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图6所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时
A.电容器C的带电荷量增大
B.理想电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
√
√
图6