第1节 揭开传感器的“面纱”
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道什么是传感器．
2.知道传感器的作用和意义．(重点)
3.知道传感器的种类．(重点)
4.理解传感器的工作原理．(难点)
传 感 器
[先填空]
1．什么是传感器
(1)定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置．
(2)功能：传感器通常用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量．
2．种类繁多的传感器
(1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器．
(2)传感器的一般结构
非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
[再判断]
1．传感器就是传递某种信息的电学元件．(×)
2．所有传感器的工作原理都一样．(×)
3．传感器内部一定有某种转换元件．(√)
[后思考]
在家庭生活中，人们不必直接接触就可以控制一些机器，试举一些生活中的例子，看哪些生活用品是通过传感器来完成的．
【提示】 电视机及空调机的遥控器、电冰箱、自动干手机、自动水龙头、楼道内的声控灯等．
[合作探讨]
有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息．如图5－1－1所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图．试结合图中信息，分析讨论：
图5－1－1
探讨1：在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器？
【提示】 需要五种传感器：光传感器、湿度传感器、温度传感器、气敏传感器、温敏传感器．
探讨2：这些传感器的作用是什么？
【提示】 光传感器测光照强度，湿度传感器测空气湿度，温度传感器测空气温度，气敏传感器测二氧化碳浓度，温敏传感器测土壤温度．
[核心点击]
1．传感器的构成
传感器主要由敏感元件、转换元件及转换电路组成，各部分作用如下：
(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的．
(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．
(3)转换电路的作用是将电信号转换成易于传输或测量的电学量输出．
2．传感器的工作原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等．这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作．
3.传感器的分类及特点
按工作原理分类
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
1．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
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．以上说法都不正确
【解析】 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错误．
【答案】 B
2．关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是
( )
A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求
【解析】 不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错．物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错．生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错，D对．
【答案】 D
3. 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图5－1－2所示，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．小阳同学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，你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(填“增大”或“减小”).
图5－1－2
【解析】 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′?R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大．
【答案】 b、c 增大
对传感器的进一步理解
1．不同的传感器的原理不同，但都是通过敏感元件把非电学量的变化转变为电学量的变化．
2．传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等，不一定是电压．
3．敏感元件只是传感器的一个关键部分并不一定就是一个完整的传感器．
第1讲 揭开传感器的“面纱”
[目标定位] 1.知道什么是传感器，了解传感器的基本构成及各部分作用.2.知道非电学量转化成电学量的技术意义.3.通过动手操作体会传感器的工作原理．
一、什么是传感器
1．定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置．
2．作用：传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量．
二、种类繁多的传感器
1．常见传感器及特点
常见传感器
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、光电传感器、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
2.传感器的一般结构
一、对传感器的正确理解
1．传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．
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的．
(3)是如何显示的或如何控制开关的．
例1 下列关于传感器的说法中正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
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．以上说法都不正确
答案 B
解析 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，C错误．
二、常见的传感器
1．与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．
2．红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．
3．照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等．
4．农业生产中的传感器
(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．
(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．
5．工业生产中的传感器
(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．
(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．
例2 下列仪器或装置不是利用传感器的是( )
A．汽车防盗报警器
B．宾馆房间内的火灾报警器
C．工兵用的地雷探测仪
D．用钥匙打开房门
答案 D
解析 A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器．用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用的传感器．
例3 如图1所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是( )
图1
A．电吉他是光电传感器
B．电吉他是温度传感器
C．电吉他是声音传感器
D．弦改用尼龙材料，原理不变
答案 C
解析 由电吉他发声原理可知是将声音的变化转变为电流的变化，C对，A、B、D错．
对传感器的理解
1．关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．通常传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
C．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
D．以上说法均不正确
答案 B
解析 传感器主要是用来采集信息，并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量．
2．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品中，下述关于常用的几种家用电器所采用传感器的说法中，不正确的是( )
A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B．电子体温计中主要是采用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D．电子秤中主要是采用了力电传感器
答案 C
解析 电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以C错误．
常见传感器的应用
3．关于“制作简易电话机”的实验，下列说法中正确的是( )
A．火柴盒没底也可以制成“话筒”
B．话筒感知的声音信号转化成了电压信号
C．“话筒”中的敏感元件是铅笔芯
D．声音使铅笔芯自身电阻发生变化
答案 C
解析 若火柴盒没底，声音信号不能引起铅笔芯的振动，故选项A错误；“话筒”感知声音信号转化成电流信号，故选项B错误；声音使横放的铅笔芯与下面两根铅笔芯接触的紧密程度发生变化，引起接触处电阻变化，并未导致铅笔芯自身电阻变化，故选项C正确，选项D错误．
4．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比，现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图2所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发现电压表示数增大，下列说法正确的是( )
图2
A．电梯一定加速上升
B．电梯一定减速下降
C．电梯加速度一定向上
D．电梯加速度一定向下
答案 C
解析 由题意知，电压表示数增大说明电梯地板对压电片压力增大，故电梯处于超重状态，加速度一定向上，C对，D错；电梯可能加速上升也可能减速下降，A、B错.
课件24张PPT。第5章——传感器及其应用第1讲 揭开传感器的“面纱”目标定位
1.知道什么是传感器，了解传感器的基本构成及各部分作用.
2.知道非电学量转化成电学量的技术意义.
3.通过动手操作体会传感器的工作原理.一、什么是传感器
1.定义：能够感受 ，并将其按照一定的规律转换成
的器件或装置.
2.作用：传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息 和 任务，把 转化为 .外界信息电信号采集转化非电学电学二、种类繁多的传感器
1.常见传感器及特点物理性质物理效应续表化学反应生物化学反应2.传感器的一般结构一、对传感器的正确理解1.传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作.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的.
(3)是如何显示的或如何控制开关的.例1 下列关于传感器的说法中正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
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．以上说法都不正确解析 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，C错误．
答案 B二、常见的传感器
1.与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器.
2.红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.
3.照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等.4.农业生产中的传感器
(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水.
(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测.由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象.5.工业生产中的传感器
(1)生产的自动化和半自动化.用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作.各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等.
(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工.例2 下列仪器或装置不是利用传感器的是( )
A．汽车防盗报警器
B．宾馆房间内的火灾报警器
C．工兵用的地雷探测仪
D．用钥匙打开房门
解析 A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器．用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用的传感器．D例3 如图1所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦
振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到
放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确
的是( )
A.电吉他是光电传感器 B.电吉他是温度传感器
C.电吉他是声音传感器 D.弦改用尼龙材料，原理不变
解析 由电吉他发声原理可知是将声音的变化转变为电流的变化，C对，A、B、D错.图1C对传感器的理解
1．关于传感器的作用，下列说法正确的是( )
A．通常传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
C．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
D．以上说法均不正确
解析 传感器主要是用来采集信息，并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量．B 2.当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品中，下述关于常用的几种家用电器所采用传感器的说法中，不正确的是( )
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B.电子体温计中主要是采用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.电子秤中主要是采用了力电传感器
解析 电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以C错误.C常见传感器的应用
3．关于“制作简易电话机”的实验，下列说法中正确的是( )
A．火柴盒没底也可以制成“话筒”
B．话筒感知的声音信号转化成了电压信号
C．“话筒”中的敏感元件是铅笔芯
D．声音使铅笔芯自身电阻发生变化解析 若火柴盒没底，声音信号不能引起铅笔芯的振动，故选项A错误；“话筒”感知声音信号转化成电流信号，故选项B错误；声音使横放的铅笔芯与下面两根铅笔芯接触的紧密程度发生变化，引起接触处电阻变化，并未导致铅笔芯自身电阻变化，故选项C正确，选项D错误．
答案 C 4.电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比，现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图2所示.压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发现电压表示数增大，下列说法正确的是( )
A.电梯一定加速上升
B.电梯一定减速下降
C.电梯加速度一定向上
D.电梯加速度一定向下图2解析 由题意知，电压表示数增大说明电梯地板对压电片压力增大，故电梯处于超重状态，加速度一定向上，C对，D错；
电梯可能加速上升也可能减速下降，A、B错.
答案 C
