第一节 认识传感器
第二节 传感器的原理
[学习目标] 1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转化成电学量的技术意义.2.知道常见敏感元件的工作原理.3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性．
一、传感器及传感器的分类
[导学探究] (1)当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？
(2)你知道小轿车上都有哪些传感器吗？
答案 (1)人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门．
(2)有速度、转速传感器、温度传感器、加速度传感器等．
[知识梳理] (1)传感器是把非电学量变化转换为电学量变化的一种元件．认识传感器就是明确传感器如何“感受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等．
(2)传感器的组成：一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．(如图1所示，以话筒为例)
图1
(3)传感器的分类
①按被测量进行划分，可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等．
②按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等．
③按能量传递方式进行划分，可分为有源传感器和无源传感器两大类．
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)所有传感器都是由半导体材料制成的．( )
(2)传感器不能感知气味．( )
(3)传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．( )
(4)金属材料也可以制成传感器．( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
二、温度传感器的原理
[导学探究] 如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，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，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？
图2
答案 由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，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，指针将向右偏．
[知识梳理] (1)温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置．
(2)热敏电阻：用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．
①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．
②负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)热敏电阻是将温度的高低这一热学量转化为电阻这一电学量．( )
(2)利用温度传感器可测较低或较高的温度．( )
(3)利用温度传感器可以实现温度自动控制．( )
(4)电饭煲蒸米饭，是根据蒸米饭的经验时间，来设计固定的蒸饭时间．( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)×
三、光电传感器的原理
[导学探究] 如图3所示
图3
(1)有光照射和无光照射时，光敏电阻ROS的阻值有何不同？
(2)改变光的照射强度，光敏电阻ROS的阻值有何变化？
答案 (1)无光照射时，光敏电阻ROS电阻较大，电流表读数较小；有光照射时，光敏电阻ROS电阻较小，电流表读数较大．
(2)ROS电阻随光照的增强而减小．
[知识梳理]
1．光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器．
2．光敏电阻一般由半导体材料制成，其特点为光照越强，电阻越小．
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小．( )
(2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动．( )
(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化．( )
答案 (1)√ (2)× (3)×
一、传感器的理解
1．传感器的原理：
→→
2．在分析传感器时要明确：
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量；
(3)是如何显示或控制开关的．
例1 如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况．若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？
图4
答案 见解析
解析 把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大．把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．
二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用
例2 (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5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( )
图5
A．电容器C的带电荷量增大
B．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
答案 AB
解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误．
例3 (多选)如图6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( )
图6
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
答案 ABC
解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故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，故小灯泡的功率增大，C项正确．
含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤
(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小．
(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减．
(3)分析部分电路的电压、电流如何变化.
1．关于传感器，下列说法正确的是 ( )
A．所有传感器都是由半导体材料制成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．水银温度计是一种传感器
答案 B
解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错．
2．如图7所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是( )
图7
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变
答案 A
解析 滑动触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．
选择题(1～5题为单选题，6～9题为多选题)
1．霍尔元件能( )
A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C．把力这个力学量转换成电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
答案 B
解析 根据霍尔元件的工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，所以，它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确．
2.如图1所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势．当用光照射电阻R3时，则( )
图1
A．a点电势高于b点电势
B．a点电势低于b点电势
C．a点电势等于b点电势
D．a点电势和b点电势的大小无法比较
答案 A
解析 R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确．
3.如图2所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ( )
图2
A．距离变化 B．正对面积变化
C．电介质变化 D．电压变化
答案 A
解析 振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．
4．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图3甲所示，电源的电动势E＝9V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表的示数I1＝2mA；当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻的温度是( )
图3
A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃
答案 D
解析 在20℃时，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500Ω，在温度为t时，E＝(Rg＋R2)I2，代入数据得R2＝2000Ω，从题图乙中可以看出t＝120℃，故选D.
5.在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图4所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端的电压U增大，装置发出警报，此时( )
图4
A．RM变大，且R越大，U增大越明显
B．RM变大，且R越小，U增大越明显
C．RM变小，且R越大，U增大越明显
D．RM变小，且R越小，U增大越明显
答案 C
解析 当RM变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝，得干路中的电流减小，S两端的电压U＝I总RS减小，故选项A、B错误；当RM变小时，回路的总电阻R总变小，根据I总＝，得干路中的电流增大，S两端的电压U＝I总RS增大，而且R越大，RM变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，即U增大越明显，故选项C正确，选项D错误．
6.如图5所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1T的匀强磁场中，C、O间距离为10cm.当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为( )
图5
A．电流方向C→O B．电流方向O→C
C．电流大小为2A D．电流大小为1A
答案 BC
解析 只有当OC受到向左的安培力时，闸刀才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，CO所受安培力大小为F安＝BIL＝1×I×0.1N＝0.2N，从而解得I＝2A.
7.如图6所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ( )
图6
A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大
C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小
D．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，电压表读数变大
答案 AD
解析 光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，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，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．
8．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7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( )
图7
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
答案 ABC
9.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图8所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图9甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是( )
图8
图9
A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动
B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动
C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动
D．丁图表示电梯可能做匀减速下降运动
答案 AB
解析 甲图中电流表示数和静止时相等，故可能做匀速直线运动，A正确．乙图中电流表示数为2I0，且保持不变，故压敏电阻所受压力增大，电阻变小，物体超重，电梯可能匀加速上升，B正确．丙、丁图中电流表的示数随时间变化，故电梯的加速度是变化的，不可能是匀加速或匀减速，C、D错误．
课件27张PPT。第三章
传感器第一节 认识传感器
第二节 传感器的原理学习目标
1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转化成电学量的技术意义.
2.知道常见敏感元件的工作原理.
3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性．内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究1一、传感器及传感器的分类(1)当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门． 答案(2)你知道小轿车上都有哪些传感器吗？有速度、转速传感器、温度传感器、加速度传感器等． 答案(1)传感器是把 变化转换为 量变化的一种元件．认识传感器就是明确传感器如何“感受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等．
(2)传感器的组成：一般由 元件、转换元件和 电路三部分组成．(如图1所示，以话筒为例)图1非电学量电学敏感转换(3)传感器的分类
①按被测量进行划分，可分为 传感器、 传感器、位移传感器、压力传感器、 传感器、负荷传感器、扭矩传感器等．
②按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、 传感器、 传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等．
③按能量传递方式进行划分，可分为_______传感器和________传感器两大类．加速度速度温度压电式电容式有源无源判断下列说法的正误．
(1)所有传感器都是由半导体材料制成的．( )
(2)传感器不能感知气味．( )
(3)传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．( )
(4)金属材料也可以制成传感器．( )×××√二、温度传感器的原理如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，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，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 答案由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，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，指针将向右偏．图2(1)温度传感器是一种将 变化转换为 变化的装置．
(2)热敏电阻：用 材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．
①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻 ．
②负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻 ． 温度电学量半导体增大减小判断下列说法的正误．
(1)热敏电阻是将温度的高低这一热学量转化为电阻这一电学量．( )
(2)利用温度传感器可测较低或较高的温度．( )
(3)利用温度传感器可以实现温度自动控制．( )
(4)电饭煲蒸米饭，是根据蒸米饭的经验时间，来设计固定的蒸饭时间．
( )√ √ √ ×ROS电阻随光照的增强而减小．三、光电传感器的原理如图3所示
(1)有光照射和无光照射时，光敏电阻ROS的阻值有何不同？ 答案无光照射时，光敏电阻ROS电阻较大，电流表读数较小；有光照射时，光敏电阻ROS电阻较小，电流表读数较大．图3(2)改变光的照射强度，光敏电阻ROS的阻值有何变化？ 答案1.光电传感器是一种将 变化转换为 变化的传感器.
2.光敏电阻一般由 材料制成，其特点为光照越强，电阻越 .光学量电学量半导体小判断下列说法的正误.
(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小.( )
(2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动.( )
(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化.( )×√×
2题型探究一、传感器的理解1.传感器的原理：2.在分析传感器时要明确：
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量；
(3)是如何显示或控制开关的.例1 如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况.若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？图4答案解析见解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大.把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小.二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例2 (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5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.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5答案解析√√又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；例3 (多选)如图6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6答案解析√√√当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误.
因路端电压减小，而R1两端电压增大，故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，故小灯泡的功率增大，C项正确.含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤
(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小.
(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减.
(3)分析部分电路的电压、电流如何变化.
达标检测31.关于传感器，下列说法正确的是
A.所有传感器都是由半导体材料制成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D.水银温度计是一种传感器答案解析√1212大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；
传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；
水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错.2.如图7所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是
A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变滑动触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果.√答案解析图712
