第六章 传感器 学案1 传感器及其工作原理 自动门(视频)自动干手机演示实验： 小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面灯泡就发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。 盒子里有什么装置？ 1、干簧管一、什么是传感器原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。一、什么是传感器一、什么是传感器传感器的定义：传感器是指这样一类元件： 它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。一、什么是传感器传感器的作用 传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。 非电学量→传感器→电学量 一、什么是传感器有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( ) A．改变湿度 B．改变温度 C．改变磁场 D．改变电容1人是一种导体，可以与其他导体构成电容器． 手靠近时改变了电容大小特性：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。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。二、制作传感器常用的敏感元件光敏电阻的工作原理 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。 硫化镉是一种半导体材料， 无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子也增多，导电性变好 二、制作传感器常用的敏感元件如图所示，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R3阻值减小，R1两端电压因干路电流增大而增大(电压表的示数增大)，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误2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特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____，具有负温度系数减小二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件铂电阻二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件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二、制作传感器常用的敏感元件如图所示，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 R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确3如右图，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。物体位移的变化，就转换成了电容量的变化。3、电容式传感器 电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量二、制作传感器常用的敏感元件传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（ ） A．当F向上压膜片电极时，电容将减小 B．当F向上压膜片电极时，电容将增大 C．若电流计有示数，则压力F发生变化 D．若电流计有示数，则压力F不发生变化 4霍尔元件 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就成为一个霍尔元件。二、制作传感器常用的敏感元件霍尔效应 定向移动的电荷受到方向 平行于侧面向里的洛伦兹力的 作用。在这个力的作用下，薄 片两个侧面上会累积起正负电 荷。 随着电荷积累，在内外侧 面间会形成一个逐渐增强的电 场 定向移动的电荷同时受到 洛伦兹力和电场力的作用二、制作传感器常用的敏感元件霍尔效应 当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面 间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定 的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍 尔电压二、制作传感器常用的敏感元件霍尔效应可以证明，霍尔电压UH：d——薄片的厚度 k——霍尔系数霍尔元件——把磁感应强度这个磁学量转换为电压 这个电学量二、制作传感器常用的敏感元件如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则( ) A．电势φa＞φb B．电势φb＞φa C．电流增大时，|φa－φb|增大 D．其他条件不变，将铜板改为NaCl 水溶液时，电势结果仍然一样5自由电荷是电子，由左手定则可判断出φa＞φb，A对，B错 因|φa－φb|＝kIB/D，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C对 若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转 |φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D选项错误．1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( ) A．红外报警装置 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遥控器是利用红外线传输信号的 2.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( ) A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显 D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显温度升高后，电阻将明显变化温度升高后，电阻变大，但不明显3．电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图所示是四个电容式 传感器的示意图，关于这四个传感器的作用， 下列说法正确的是( ) A．甲图的传感器可以用来测量角度 B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度 C．丙图的传感器可以用来测量压力 D．丁图的传感器只能用来测量速度4.如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？由左手定则知上表面聚集负电荷 下表面聚集正电荷 故下表面电势高 1、传感器的概念2、传感器的工作原理：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）非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量
