3.2 传感器的原理 学案（粤教版选修3-2）
1．传感器具有人类感觉器官上所具有的，甚至人类感觉器官所不具备的________功能，能帮助我们从外界获取监控各种________和________的量，有助于我们认识____________和科学技术中的各种现象及其相关的变化规律．
2．热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而________，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而________．
3．光敏电阻是________传感器的敏感元件，一般由半导体材料制成，其阻值随光照的增强而________，光敏电阻可以把________________转化为电阻大小这一电学量．
4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
5．某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用了
6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的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．电饭锅中控制加热和保温的温控器
【概念规律练】
知识点一 热敏电阻的特性
1．如图1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( )
图1
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
2．(双选)如图2所示为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是( )
图2
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的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
知识点二 光敏电阻的特性
3．如图3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分别与光敏电阻RG的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将RG包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用手电筒的光照射RG，表针将向________(填“左”或“右”)转动．
图3
4．如图4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．此光电计数器的基本工作原理是什么？
图4
知识点三 光传感器的应用
5．在如图5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之间的距离不变，下列说法正确的是( )
图5
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
6．如图6为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．
图6
【方法技巧练】
传感器电路的分析技巧
7．(双选)如图7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( )
图7
A．电压表的示数减小
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
8．如图8所示是一火警报警装置的部分电路示意图，其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端两压U与出现火情前相比( )
图8
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
答案
课前预习练
1．检测 静态 动态 自然界
2．增大 减小
3．光电 减小 光照强弱
4．C [空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．]
5．B [题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以是利用了半导体的光敏性，故B正确．]
6．A [遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确．]
课堂探究练
1．C [R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，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，其余各项均错．]
2．BD [热敏电阻由半导体材料制成，电阻随温度升高而减小，且灵敏度高，金属热电阻随温度升高电阻增大，灵敏度不高，但测温范围大，化学性质稳定．故B、D正确．]
点评 (1)热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度的变化方向是相反的．热敏电阻温度升高，电阻减小，金属热电阻温度升高，电阻增大．
(2)热敏电阻随温度变化明显．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大．
3．左 右
解析 光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将RG用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒的光照射RG，电阻减小，指针右偏．
4．见解析
解析 当光被元件挡住时，光敏电阻的阻值R1增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个元件就获得一次低电压，计数一次．
点评 当光照增强时，光敏电阻的阻值减小，光照减弱时，光敏电阻的阻值增大．即光照强弱的变化引起电路中电流和电压的一系列变化．
5．A [滑动触头P左移，使其电阻减小，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．]
6．见解析
解析 使用时发光二极管处于发光状态，平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
点评 发光二极管具有单向导电性，导电时还能发光．普通二极管只具有单向导电性．
7．BC [当光强度增大时，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，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A、D项错误；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，C项正确．]
8．D [当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2阻值减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压Uab＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大，D对．]
方法总结 电路中涉及热敏电阻、光敏电阻或金属热电阻等元件时，熟记各种元件的特性，然后依据动态电路问题的分析思路，按照由部分到整体再到部分的顺序进行分析．
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课件23张PPT。
第三章传感器目标定位1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转换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．学案2 传感器的原理知识探究自我检测一、什么是传感器及传感器的分类 要点提炼知识探究1．传感器是把_________变化转换为________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．非电学量电学量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2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要点提炼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_____．二、传感器的原理温度电学量半导体增大(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_____．
3．光电传感器是一种将_______变化转换为_______变化的传感器．
4．光敏电阻一般由_______材料制成．
特点：光照越强，电阻越___．减小光学量电学量半导体小典例精析一、对传感器的认识例1 如图2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．将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？图2解析 ①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．
②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．
答案 见解析例2 一热敏电阻在温度为 80 ℃时阻值很大，当温度达到100 ℃时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配一热敏电阻以保持水温在80 ℃到100 ℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图3所示，图中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．二、对热敏电阻的认识及应用图3解析 开始水温较低时，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热，当水温达到100 ℃左右时，R1阻值变得很小，R2被短路，将停止加热；当温度降低到80 ℃时，R1阻值又变得很大，R2又开始加热．这样就可达到保温的效果．
答案 见解析例3 如图4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．电压表的示数减小
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三、对光敏电阻的认识及应用图4解析 当光强度增大时，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、D项均错误．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，故小灯泡的功率增大，C项正确．
答案 BC课堂要点小结1．(对电容式传感器的认识)电容式传感器是用来将各种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，从而又可推出另一物理量的值．如图5所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是( )123自我检测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高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度123图5123解析 甲图角度变化能导致极板正对面积变化；
乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化；
丙图F变化能导致极板间距变化；
丁图中位置变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的的元件．故选D.
答案 D2．(对热敏电阻的认识及应用)如图6所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )
A．变大
B．变小
C．先变大后变小再不变
D．先变小后变大再不变123图6解析 往RT上擦酒精后，酒精挥发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精挥发完毕后，RT的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变，所以选项D正确．
答案 D1233．(对光敏电阻的认识及应用)如图7所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )123A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响图7解析 严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；
LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错；
白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．
答案 AD123
