1、人教版选修3-2 章末复习总结 第六章 传感器系统构建基础速查传感器的工作原理和常用敏感元件1传感器的工作原理传感器感受到的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示：非电学量 敏感元件 转换电路 电学量2转换的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。3常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大。(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温
2、度系数两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。(4)电容器：平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。(5)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UHkIBd。4传感器应用的一般模式5传感器的应用传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息，并转化为电学量。(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。(3)“用”是指执行
3、机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。6传感器电路问题的设计思路处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：(1)传感器所在的信息采集部分；(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；(3)执行电路。7.温度传感器的应用实例敏感元件工作原理电熨斗双金属片温度变化时，双金属片上层金属片与下层金属片的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断电饭锅感温铁氧体居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约 103 时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到 103 时，铁氧体失去磁性，与永久
4、磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开8光传感器的应用火灾报警器利用了光传感器，主要构造有：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。易错警示易错点 1误认为所有热敏电阻的阻值都随温度的升高而变小。分析：热敏电阻可分为正温度系数与负温度系数两种类型的电阻，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。易错点 2误认为对于光敏电阻，光照越强，阻值越大。分析：光敏电阻受光照时，导电载流子变多，导电性能增强，故对于光敏电阻来说，光照越强，阻值越小。易错点 3 误认为火灾报警器都应用了热敏电阻元件。分析：火灾报警器有的应用了热敏电阻元件
5、，有的应用了光敏电阻元件。由于着火时会同时放出热量及浓烟，人们就可以用热敏电阻或光敏电阻的特性来感知着火点。由于浓烟比热扩散得更快，所以大部分火灾报警器都应用了光敏电阻元件。素养培优生活中的传感器1红外线传感器红外线传感器接收携带着信息的红外线，转换成电信号，从而得知辐射源的相关参数或信息。2压力传感器全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。3电脑中的温度传感器电脑常用的有热敏电阻传感器和集成温度传感器。4酒精浓度测试仪酒精测试仪实际上是由酒精气体传感器(相当于随酒精气体浓度变化的电阻)与一个定值电阻及一个电压表或电流表组成。例 1 酒精测试仪的工作原理如图所示，其中 P 是半导体型酒精
6、气体传感器，该传感器电阻 r的倒数与酒精气体的浓度 C 成正比，R0 为定值电阻。以下关于电压表示数的倒数1U 与酒精气体浓度的倒数1C 之间关系的图象，正确的是()解析 酒精气体传感器电阻 r的倒数与酒精气体的浓度成正比，可以写出1rkC，k 为比例系数，则 r 1kC，根据欧姆定律可知电路中的电流为 IUR0，再根据闭合电路的欧姆定律有 EUUR0(rr)U UR0r 1kC，整理得：1U1E rER01kER01C，可以看出1U与1C成一次函数关系，选项 A正确。例 2 将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关 S，当系
7、统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在 O 点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器 BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片 P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则()A电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动B电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动C电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动D电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动解析 因为当火车向左加速运动时，小球的加速度也向左，小球在水平方向上受的力向左，小球向右移动，电压表的指针向右偏。所以电压表
8、指针向左偏时，说明火车可能在向右做加速运动或向左做减速运动；电压表指针向右偏时，说明火车可能在向左做加速运动或向右做减速运动。故只有选项 A 正确。例 3 2007 年法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔由于发现巨磁电阻效应(GMR)而荣获了诺贝尔物理学奖。如图所示是利用 GMR 设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中 GMR 在外磁场作用下，电阻会大幅度减小。下列说法正确的是()A若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻 R 调大，该探测仪的灵敏度提高B若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻 R 调小，该探测仪的灵敏度提高C若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻 R 调大，该探测仪的灵敏度提高D若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻 R 调小，该探测仪的灵敏度提高解析 如果存在磁铁矿，则巨磁电阻(GMR)阻值大幅度减小，流过巨磁电阻(GMR)和 R 电路的电流大幅度增大，由 URIR 知，R 两端电压增大，因此，巨磁电阻(GMR)两端电压减小，即 A 端电平升高，则非门电路输出端 Z 电平降低，则指示灯两端电压升高，指示灯亮。要使该探测仪的灵敏度提高，即磁场较弱、GMR 阻值较大时，A 端电平仍处在临界点，由分压关系可知 R 应调大。故 A、B、D错误，C 正确。