4.传感器及其应用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1．知道什么是传感器．
2．知道常用传感器及其原理．(难点)
3．掌握传感器的应用．(重点)
一、传感元件与传感器
1．传感元件：能感受外界作用，并对这些作用作出反应或把外界作用的信息传输到处理装置的元件．
2．传感器：以传感元件为核心，加上相应装置，使之能把被测的非电信号按一定规律转换成对应的电信号的器件或装置．
二、传感器类型
1．敏感元件特点：对自然作用反应灵敏．
2．变换元件特点：能把不同形式的作用，特别是力、热、声、光、化学等作用量转化成电学量．
3．随温度变化阻值发生显著变化的电阻，称为热敏电阻，它主要用在自动控制电路中．
1．思考判断
(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是一样的．( )
(3)人的视觉起到光敏传感器的作用．( )
(4)空调感知气温利用了温度传感器．( )
[提示] (1)× (2)× (3)√ (4)√
2．能把温度这个物理量转化为电阻这个物理量的元器件是( )
A．热敏电阻 B．光敏电阻
C．电容器 D．电源
A [能把温度这个物理量转化为电阻这个物理量的元器件是热敏电阻，选项A正确，B、C、D错误，故选A．]
3．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．传感器的材料可以是由半导体材料制成的，也可以是由金属材料制成的
B．传感器主要通过感知电压的变化来传递信号
C．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
D．传感器可以将所有信号转换成电学量
A [半导体材料可以制成传感器，金属材料也可以制成传感器，如金属氧化物可以制成温度计，A正确；传感器不但能感知电压变化，还能感知力、温度等的变化，B错误；由于输出信号比较微弱，一般不能直接带动执行机构实现控制，C错误；传感器只能将能感受的信号转换为电信号，D错误．故选A．]
传感器的原理
1．传感器
能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求把这些信息转换成可输出信息的器件或装置，就叫传感器．
2．人是通过下面五种感觉(如图所示)接收外界信息的，因此人本身就是高级传感器．
3．组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．
→→→→
(1)敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料对某一物理量敏感的特性制成的．常用的敏感元件有：双金属片、光敏电阻、热敏电阻等．
(2)转换元件的作用是把敏感元件输出的与被测物理量满足一定关系的非电信号转换为电信号的电子元件．
(3)转换电路的作用是将转换元件转换的电信号转换成易于传播或测量的电学量输出．
4．作用：传感器的作用是将感受到的非电学量如力、热、光、声、化学、生物等量转换成便于测量的电学量或信号．
【例1】 (多选)关于传感器的下列说法正确的是( )
A．电视机遥控器就是一个传感器
B．传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的检测装置
C．传感器是实现信息自动检测和自动控制的首要器件
D．无人管理的自动灌溉系统是温度传感器在农业生产中的应用
思路点拨：①抓住传感器的定义分析．传感器是将非电学量转换成电学量的装置．
②关键词是：非电学量→电学量．
BC [电视机的遥控器是一种发射和接收红外线的装置，不是传感器，故A错；自动灌溉系统是一种利用湿度传感器判断农田水分蒸发情况、自动决定供水和停水的装置，故D错．故选B、C．]
传感器是一种感受外部信息，并将其按照一定规律转换成电信号的器件或装置，是实现信息自动检测和自动控制的首要环节．
1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
C [传感器工作的一般流程为：非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量，因此A、B、D错，C对．]
传感器的类型
1．双金属片温度传感器
利用两片金属的热膨胀系数不同，在温度变化时因两片金属伸长或缩短量不同而弯曲，从而控制电路的通断．
应用：电熨斗、恒温箱等．
2．热敏电阻温度传感器
利用热敏电阻器的电阻值随温度变化而改变的特点，在温度变化时，热敏电阻器的电阻值发生变化，从而引起电路中电流和电压的变化．
应用：空调、电冰箱、微波炉、消毒柜等．
3．光敏电阻传感器
利用光敏电阻器的电阻值随光照的强度变化而改变的特点．无光照时，光敏电阻器的电阻值很大，有光照时，光敏电阻器的电阻值变小，从而引起电路中电流和电压的变化．
应用：工业自动化控制、光电计数器等．
4．红外线传感器
接收携带信息的红外线，转换成电信号，从而获得红外线辐射源的相关信息．
应用：航空摄影、卫星遥感遥测、自动门、红外线测温仪、防盗防火警报器、家用电器遥控器等．
5．另外还有压力传感器、生物传感器、气味传感器等．
6．一般情况温度的高低与阻值的大小的关系
铂、铜等金属其电阻随温度升高而增大，某些半导体材料，其阻值会随温度的升高而明显减小，阻值随温度升高而减小的电阻我们称为负温度系数的电阻，阻值随温度升高而增大的电阻我们称为正温度系数的电阻．
【例2】 在地震救援行动中，救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．振动传感器 D．电容传感器
A [伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，故应选A．]
2．对于温度传感器的说法，正确的是( )
A．温度传感器的核心部件是热敏电阻
B．温度传感器的核心部件是热胀冷缩金属片
C．热敏电阻的电压随温度变化而变化
D．温度传感器属于生物传感器
A [热敏电阻是将热量转化为电流这个电学量，温度传感器的核心部件是热敏电阻，故A正确，B错误；热敏电阻的电阻随温度变化而变化，将热量转化为电流这个电学量，故C错误；温度传感器有半导体材料制作，不属于生物传感器，故D错误．]
1．(多选)关于传感器，下列说法正确的是( )
A．传感器是将非电学量转化为电学量的装置
B．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置
C．光敏电阻在有光照射时，电阻会变大
D．传感器广泛应用于信息采集系统
ABD [传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以A正确；压力传感器是将力学量转化为电学量的装置，所以B正确；光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，所以C错误；传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，传感器广泛应用于信息采集系统，所以D正确．]
2．电梯门不会夹伤人的手，是因为电梯门安装了什么传感器( )
A．温度传感器 B．红外线传感器
C．压力传感器 D．生物传感器
C [只有在电梯门上安装压力传感器时，才能使电梯门关闭时遇到障碍后再自动打开，不会夹伤人的手．]
3．下列说法不正确的是( )
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
A [话筒的作用是将声音信号转换成电信号，所以A错，其余都正确．]
课件31张PPT。第四章 电磁波与电信息技术4.传感器及其应用234外界作用 处理装置 传感元件 非电信号 电信号 5灵敏 电学 热敏 自动控制 67891011传感器的原理 1213141516171819传感器的类型 2021222324252627282930点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十三) 传感器及其应用
[基础达标练]
(15分钟 48分)
1．(6分)下列物理量中是电学量的是( )
A．压力 B．声音
C．温度 D．电流强度
D [压力、声音、温度等都是非电学量，而电流强度是电学量．故选D．]
2．(6分)空调实际利用了下面哪种传感器( )
A．压力传感器 B．温度传感器
C．光传感器 D．磁传感器
B [空调器中利用温度和湿度传感器分别“感觉”室内的温度和湿度的变化，故选B．]
3．(6分)火灾报警器使用的是( )
A．光传感器 B．温度传感器
C．红外线传感器 D．超声波传感器
A [火灾时烟雾会使光线发生变化，引起传感器报警．]
4．(6分)交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是( )
A．温度传感器 B．压力传感器
C．湿度传感器 D．气体传感器
D [交通警察用检酒器检测驾驶员呼气中酒精含量，使用了气体传感器．]
5．(6分)传感器担负着信息采集的任务，通常是把被测的非电信息，按照一定的规律转化成与之对应的电信息的器件或装置．下列不属于传感器任务的是
( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
D [传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故选D．]
6．(6分)传感器可作为人类感官的补充，随着家电的普及，传感器开始进入千家万户．电冰箱中用于控制温度的是( )
A．压力传感器 B．红外线传感器
C．光传感器 D．温度传感器
D [温度传感器是通过温度的变化转变成电学量，电冰箱的温度控制是使用温度感器，故A、B、C错误，D正确．]
7．(6分)很多汽车的车窗有防夹手功能．车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，实现该功能可能使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．气体传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
D [汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，这是因为使用压力传感器．故D正确，A、B、C错误；故选D．]
8．(6分)电子秤使用的是( )
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．压力传感器 D．红外线传感器
C [电子秤的使用压力传感器将被称物体对受压面的压力信息转换成电信号进行处理，故C项正确．]
[能力提升练]
(25分钟 48分)
9．(6分)唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是
( )
A．该传感器是根据电流的磁效应进行工作的
B．该传感器是根据电磁感应的原理进行工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电流
B [当声波使膜片前后振动时，膜片后的线圈就跟着振动，从而使处于永磁体磁场的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．从而将声音信号转化为电信号．可见这是利用了电磁感应原理，故只有B正确．]
10．(6分)(多选)下列说法正确的是( )
A．热敏电阻和热电阻都是温度敏感元件，二者具有相同的电阻—温度特性
B．传感器是由敏感元件、处理电路及辅助电源组成的装置
C．温度传感器是一种将外部温度信号转换为电信号的电子装置
D．向空调传递室内温度信息的设备是一种湿度传感器
BC [热敏电阻和热电阻具有不同的电阻—温度特性．热敏电阻的特性是电阻值随温度升高而减小，而热电阻的特性是电阻值随温度升高而增大，故A错误，向空调传递室内温度信息的是一种温度传感器，故D错，B、C选项正确．]
11．(6分)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换为电信号的过程．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
A [红外线报警器是当有人或物通过时，将红外线遮住，从而使得光信号被遮住，光信号无法转换为电信号，红外线报警器则通过另外的装置联系采取一定的动作进行报警．]
12．(6分)(多选)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，此光电计数器的基本工作原理是( )
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
AC [R1为光敏电阻，当有光照射时，R1的阻值变小，R2上的电压变大，信号处理系统获得高电压．由题意知，当传送带上的物体挡住光时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低交替变化的信号转化为相应的电信号，再经过信号处理系统转变为相应的数字，实现自动计数的功能，达到自动计数的目的．]
13．(6分)演示位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆P，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x，假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( )
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
B [电阻完全接入电路，所以电流不受M位移的影响，而电压表与一部分电阻并联，当M向右运动时，电表示数增大；当M向左运动时，电表示数减小，当M不动时，在电阻中间位置仍会有电压值．]
14．(6分)如图所示，R1是一个金属电阻，下列说法正确的是( )
A．当R1处温度升高时，电压表电压升高
B．当R1处温度升高时，电压表电压降低
C．当R1处温度降低时，电压表电压没有明显变化
D．当R1处温度降低时，电压表电压降低
B [金属电阻的阻值随温度升高而增大，所以R1处温度升高时总电流减小，R2两端的电压降低，电压表电压降低，反之电压表电压升高，故B正确．]
15．(8分)如图所示是一火灾报警器的部分电路示意图，其中R2为用负温度系数热敏电阻做成的传感器，电表为值班室的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
D [敏感元件是半导体负温度系数热敏电阻，当该电阻所在处出现火警时，温度急剧升高，电阻R2变小，使得电路总电阻减小，干路总电流增大，路端电压减小，即U变小，因干路电流的增大而带来R1上的电压增大，所以并联部分的两端电压是减小的，使得电流表的示数减小．选项D正确．]
16．(8分)(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( )
A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零
B．家庭电路中使用的用电器增多时，L2中的磁通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
ABD [由于零线、火线中电流方向相反，产生磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．]
