第三节 传感器及其应用
[学习目标] 1.知道传感器具有将非电学量转化为电学量的特性．对常见的传感器的种类有所了解．(重点)2.了解温度传感器的基本原理．知道温度传感器具有将温度信号转变为电信号的功能．(重点、难点)3.了解常见传感器在林业、农业、生活和航空航天中的应用，体会传感器的应用给人们带来的方便．
一、什么是传感器
1．传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”，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用输出信息的器件或装置．
2．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；而它的输出大多是电学量，如电压、电流、电荷等．
二、常用传感器
1．常用的传感器有温度传感器、红外线传感器、生物传感器等．
2．温度传感器能把温度的高低转换成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的，如利用半导体材料制成的电阻器，其电阻会随温度的变化而变化，用它可制作温度传感器．
3．红外线传感器的原理是：接收携带信息的红外线，转化为电信号，从而得到辐射源的相关参数或信息，利用红外线传感器可实现无接触测量．
4．生物传感器是利用各种生物或生物物质特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器．
日常生活中，有很多不必直接接触就可以控制的机器，例如用红外线控制电视的开关、声控照明灯等．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)传感器是一种联络传递感情的设备．
(×)
(2)传感器是一种感知、探测物理量的工具．
(×)
(3)传感器能将被测量的非电学量转换成电学量．
(√)
(4)光敏电阻受到的光照越强，电阻越小．
(√)
(5)非接触式测温仪不用直接接触就能感知人的体温，是应用了光敏电阻作为敏感元件．
(×)
(6)热敏电阻一定是随温度的升高其阻值增大．
(×)
[提示] (1)传感器是能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用输出信息的装置．
(2)传感器是能将外界信息转化为可用输出信息的设备．
(5)非接触式测温仪应用了红外线传感器．
(6)负温度系统热敏电阻随温度升高阻值减小．
2．关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学量转换为电学量，所以电磁感应也是传感器
C [传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．故只有C正确．]
3．(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
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.]
对传感器及工作原理的理解
1．传感器的定义
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用输出信息的器件或装置，就叫传感器．
2．应用传感器的流程
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．
(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．
【例1】 关于传感器的作用，下列说法中正确的有( )
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为力学量
D．传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量
B [通常的传感器输出的电学信号非常微弱，要经过放大，再送给控制系统产生各种控制动作，A错误．传感器通过采集力、温度、光、声、磁场、化学成分等信息，按一定规律转换为电压、电流、电阻等电学量或电路的通断，传感器并不能将所有非电学信号都转换为电学量，故B正确，C、D错误．]
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．
［跟进训练］
1．(多选)传感器的作用是采集信息，它能够将( )
A．力学量转化为电学量
B．热学量转化为电学量
C．光学量转化为电学量
D．电学量转化为力学量
ABC [传感器的作用就是将非电学量转换为便于测量的电学量或电信号．]
常用传感器
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．
【例2】 (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温度传感器
BCD [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B、C、D正确．]
传感器问题的分析思路
不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化．因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化．
［跟进训练］
2．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器装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
A [用遥控器调换电视机频道的过程，实际就是传感器把光信号转换为电信号的过程．红外报警装置是将红外线转换成电学量，从而引起报警，而遥控器调换电视机的频道的过程也是发出红外线，故A对；走廊照明灯的声控开关，实际上是将声波转化为电信号的过程，故B错；自动洗衣机中的压力传感器装置，是将压力转换成电信号的过程，故C错；电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转换成电信号的过程，故D错．]
1．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.]
2．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．]
3．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器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
B [半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，所以A错，B对；传感器不但能感知电压的变化，还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．](共32张PPT)
第三章
电磁技术与社会发展
第三节 传感器及其应用
自
主
预
习
探
新
知
电学量
感觉器官
非电学量
无接触测量
温度传感器
生物传感器
温度的高低
电信号
红外线
电信号
各种生物或生物物质特性
×
×
×
×
√
√
合
作
探
究
攻
重
难
对传感器及工作原理的理解
课
堂
小
结
提
素
养
Thank
you
for
watching
!
答案
解析答案
考点1
规律方法
考点2
谢谢次赏
谢谢欣赏课时分层作业(十一)
(时间：40分钟 分值：100分)
选择题(本题共8小题，每小题6分)
1．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．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 [交通警察用检测器检测驾驶员呼气中酒精含量，使用了气体传感器．]
3．家用电饭锅使用的传感器类型是( )
A．温度传感器
B．红外传感器
C．声音传感器
D．湿度传感器
A [家用电饭锅需要温度自动控制，所以使用了温度传感器，选项A正确．]
4．(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法中正确的是( )
A．应变片是由导体材料制成的
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
BD [应变片多用半导体材料制成，故选项A错误，B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错误，D正确．]
5．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 [要使车窗在关闭过程中碰到障碍时停止并打开，应使用压力传感器实现此功能，D正确．]
6．通常当人走向商场或银行的门口时，有的门就会自动打开，是因为门上安装了下列哪种传感器？( )
A．温度传感器
B．压力传感器
C．红外线传感器
D．声音传感器
C [人时时刻刻在向四周辐射红外线，当人靠近自动门时，门中安装的红外线传感器会收到信息，控制自动门打开．]
7．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压力传感器
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 [话筒将声信号转换为电信号，A错；控制电熨斗温度的是双金属片温度传感器，B对；电子秤能够测力是因它安装有压力传感器，C对；热敏电阻的特点是温度升高时，它的阻值减小，因此它可以将温度这一非电学量转换为电阻这一电学量，D对．故选A.]
8．(多选)下列关于几种传感器的说法正确的是( )
A．双金属温度传感器是用来控制温度的，应用于日光灯启动器
B．光敏电阻传感器是用来控制光照强度的，应用于控制卧室的灯开关
C．将烟雾传感器应用于舞台
D．声光传感器是用来控制光和声音的，在楼道灯开关中有应用
AD [双金属温度传感器利用不同膨胀系数的两金属温度变化后伸长不同来实现对电路的断开、闭合控制的，A对；卧室中的灯在晚上休息时需要保持熄灭状态，不能用光敏电阻来控制，B错；舞台上经常释放大量烟雾，不能使用烟雾传感器，C错；晚上人上、下楼时需要点亮楼道中的灯，此过程可以通过声光传感器来实现，D对．]
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．(多选)随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，使热空气从机内吹出，将湿手烘干．某型号干手机的说明书中有如下一段文字：“功能与特点：采用红外线感应原理，即感应即动作，卫生、方便．超高温保护，即过热、过电流双重保护．采用内热式的再循环原理，低噪音、高转速、烘干能力强．高强度塑钢外壳，牢固可靠，美观大方．”据此可判断( )
A．自动干手机内装有由温度传感器组成的保护电路
B．自动干手机是靠位移传感器来感知使用者手的靠近
C．自动干手机消耗的电能转化为空气的内能及动能
D．自动干手机是靠红外线传感器来感知使用者手的靠近
ACD [由说明书中“功能与特点”的第二项可知，自动干手机具有过热保护功能，其中必然要用温度传感器来感知热空气的温度，温度过高从而自动控制电路断开，A项正确；由说明书中“功能与特点”的第一项可知，D项正确，B项错误；从能量守恒的角度知C项正确．]
2．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，穿过线圈的磁通量变化，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．]
3．(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数字，实现自动计数的功能，达到自动计数的目的．]
4．(多选)如图所示，R1是一个负温度系数的热敏电阻，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
AD [R1温度升高，R1的电阻减小，使电路电流增大，即通过R的电流增大，所以电压表示数升高，反之降低．]
二、非选择题(本题共2小题，共24分)
5．(10分)为解决楼道的照明，在楼道内将一个传感器与电灯控制电路相接，当晚上楼道内有人走动而发出声响时，电灯与电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号．
[解析] 楼道中的电灯安装的声光控开关，主要构件为声光传感器．它将声、光信号转换为电信号，实现对电路的控制．
[答案] 声光 声、光 电
6．(14分)利用以下器材：滑动变阻器、交流电源、继电器、灯泡、开关、导线等．设计安装一个白天自动关灯、夜晚自动开灯的路灯自动控制装置．
(1)请写出所缺器材；
(2)画出电路原理图，并简要说明其工作原理．
[解析] (1)要安装这样的路灯自动控制装置，缺少以下器材和元件：光敏电阻、电池．
(2)装置电路图如图所示，其工作原理简述如下：合上开关S，在白天时有光照射光敏电阻，其阻值变小，电路中电流变大，调节滑动变阻器的滑片，使电流达到继电器的工作电流，继电器吸动铁片开关，路灯脱离交流电源而熄灭(滑动变阻器调节好以后不再变动，也可用固定电阻代替)．
到夜晚，光线变暗，光敏电阻阻值变大，电路中电流变小，继电器的电磁铁吸引铁片的力减弱，在弹簧的弹力作用下，接交流电源的开关重新闭合，灯泡发光．
[答案] 见解析
