5.1 认识传感器　常见传感器的工作原理及应用(共32张PPT)

(共32张PPT)
认识传感器
常见传感器的工作原理及应用
第五章 传感器
2
知道传感器的组成与应用模式。
1
知道什么是传感器，了解传感器的种类。
重点
3
知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片、电容式传感器的工作原理及应用。
难点
传感器及其工作原理
酒店自动门
酒精浓度检测
光传感器
声音传感器
味传感器
温度传感器
压力传感器
湿度传感器
气体传感器
视觉
嗅觉
味觉
触觉、温觉
听觉
1.传感器
(1)定义：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__________(通常是_____、电流等电学量)输出，或转换为电路的_____的器件或装置。
(2)功能：把_______量转换为____量，可以方便地进行测量、传输、处理和____。
可用信号
电压
通断
非电学
电学
控制
2.传感器的种类、组成与应用模式
(1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为_______传感器、_______传感器和_______传感器。
(2)组成：传感器主要由_________ 、转换元件组成。
①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
②转换元件：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
物理
化学
生物
敏感元件
(3)应用模式：
1.(2023·辽宁锦州渤海大学附属高中校考)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.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
√
2.(2023·陕西西北农林科技大学附中期中)太空中绕地球运行的某卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有
A.味觉传感器 B.气体传感器
C.听觉传感器 D.视觉传感器
√
光敏电阻
1.特点：在被光照射时_______发生变化，阻值随光照强度的增强而明显_______ 。
2.阻值发生变化的原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子_______，导电性能_______；随着光照的增强，载流子_______ ，导电性_______ 。
3.作用：把_________这个光学量转换为_______这个电学量。
电阻
减小
极少
差
增多
变好
光照强弱
电阻
在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。当光被产品挡住时，R1电阻 (填“增大”“减小”或“不变”)，电路中电流减小，R2两端电压 (填“增大”“减小”或“不变”)，信号处理系统得到 (填“高”或“低”)电压，每通过一个产品就获得一次 (填“高”或“低”)电压，并计数一次。
增大
减小
低
低
3.(多选)(2023·四川雅安市高二期末)某小区为积极响应市政府提出的“迎峰度冬”节约用电工作，拟将小区路灯电路进行改造，实现路灯亮度自控。如图所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，RL为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻阻值减小)。现减小光照强度，下列判断正确的是
A.电源的效率变大
B.A灯和B灯都变亮
C.R0两端电压变大
D.电源内部发热功率不变
√
√
金属热电阻和热敏电阻
热敏电阻
1.金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而_______，如图中图线1所示。
2.热敏电阻
(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图中图线2所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
增大
(2)热敏电阻分正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数热敏电阻；电阻值随温度升高而_______的是负温度系数热敏电阻。常用的是负温度系数热敏电阻。
3.作用：金属热电阻和热敏电阻把_______这个热学量转换成_______这个电学量。
减小
温度
电阻
将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？
由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。
4.(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是
A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
√
√
5.(2023·江苏宿迁市高二期末)某同学设计了如图所示的控制温度的报警装置。理想变压器原线圈一侧接在输出电压有效值恒定的正弦交流电源上，当原线圈回路中的理想灵敏电流计示数超过某一值时，就会触发警报。RT为阻值随温度的升高而减小的热敏电阻，R为滑动变阻器，则下列说法正确的是
A.如果仅将RT处温度升高，灵敏电流计示数将减小
B.如果仅将RT处温度升高，电源的输出功率将减小
C.如果仅将滑动变阻器的阻值调大，灵敏电流计的示数将增大
D.如果希望提高报警温度，可以将滑动变阻器的阻值调大
√
电阻应变片
1.电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时(伸长或缩短)时，其电阻也随之变化的现象。
2.电阻应变片：常用的电阻应变片除了有金属电阻应变片，还有__________________，它的工作原理是基于半导体材料的_________ 。
3.电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为_______这个电学量。
半导体电阻应变片
压阻效应
电阻
如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成
的梁形元件右端固定，在梁的上、下表面各贴
一个应变片。在梁的自由端施加力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 (填“大”或“小”)，下表面应变片的电阻变 (填“大”或“小”)。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变 (填“大”或“小”)，下表面应变片两端的电压变 (填“大”或“小”)。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越 (填“大”或“小”)。
大
小
大
小
大
6.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是
A.0到t1时间内，升降机一定静止
B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速
直线运动
C.t1到t2时间内，升降机运动时的加速
度在变化
D.t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
√
电容式传感器
电容式传感器：电容器的电容C取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，那么这种电容器就被称为电容式传感器。
如图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片，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关系来工作，试分析它的工作原理。
电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化。在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化。将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号。
7.(多选)(2023·浙江台州市高二期末)图甲是由导电的多晶硅制成的电容式加速度传感器，图乙是其原理图。传感器可以看成由两个电容C1、C2组成，当传感器沿着箭头方向变速运动时，多晶硅悬臂梁的右侧可发生弯曲形变，形变程度只与加速度大小相关，且加速度向上时，悬臂梁的右侧向下弯曲。下列说法正确的是
A.传感器静止时，用外力下压悬臂梁
右侧，C1增大，C2减小
B.传感器保持匀速向上运动，C1与C2
均不变
C.传感器由静止突然加速向上运动，C1减小，C2增大
D.传感器向下做匀减速运动，C1不断减小，C2不断增大
√
√