1、第五章 传 感 器1.认识传感器 2.常见传感器的工作原理及应用课前自主学习一、传感器及敏感元件1传感器：(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的电压、电流等_，或转换为电路_的元件。(2)意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行_、传输、处理和_。非电学量电学量通断测量控制2光敏电阻：(1)特点：光照越强，电阻_，光照越弱，电阻_。(2)原因：无光照时，载流子极少，导电性能_；随着光照的增强，载流子_，导电性能_。(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为_这个电学量。越小越大不好增多变好电阻3热敏电阻和金属热电阻：比较项目热敏电
2、阻(负温度系数)金属热电阻特 点电阻率随温度的升高而_电阻率随温度的升高而_制作材料半导体_优 点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作 用将温度这个热学量转换为_这个电学量减小增大金属电阻4.霍尔元件：(1)构造：在很小的半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N。(2)霍尔电压：如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH_。(3)作用：把磁感应强度这个磁学量转换为_这个电学量。IBk d电压二、传感器的工作模式及几种传感器的实际应用1传感器的一般工作模式：2力传感器的应用电子秤：(1)组成及敏感元件：由金属梁和_组成，敏感元件是_。(2)工作原理。
3、(3)作用：应变片将物体形变这个_转换为_这个电学量。应变片应变片力学量电压课堂合作探究主题一 传感器及敏感元件任务1 什么是传感器【生活情境】干簧管、色标传感器、温度传感器及力传感器等都是生活和生产中常用的传感器。请结合上述传感器思考下列问题：【问题探究】(1)干簧管的工作原理及在电路中的作用是什么？提示：干簧管内有两个软磁合金材料制成的簧片，条形磁体靠近它，簧片被磁化，导致两个相对的部分形成相反的磁极而吸合。起到感受磁场，使电路通断的作用。(2)传感器最基本的作用是什么？传感器的工作原理是怎样的？提示：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按
4、照一定的规则，转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。任务2 传感器的几种敏感元件【实验情境】如图为光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、霍尔元件等敏感元件。【问题探究】(1)光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、霍尔元件有什么不同？元 件特 性原 因光敏电阻光照越强，电阻_光照增强，载流子_，电阻_金属热电阻温度越高，电阻_温度升高，金属电阻率_，电阻_越小增多减小越大增大增大元 件特 性原 因热敏电阻负温度系数的热敏电阻温度越高，电阻_温度升高，载流子_，电阻_正温度系数的热敏电阻温度越高，电阻_温度升高，载流子_，电阻_霍尔元件在电流不变的情况下，霍尔电压与磁感应强度成_载流子在洛伦兹力的作用
5、下，在与电流和磁场垂直方向聚集，形成霍尔电压越小增多减小越大减少增大正比(2)楼道灯，白天光线强时有声音灯也不亮，当夜晚光线暗时有声音灯才亮，试想，开关中有哪些敏感元件？各有什么作用？提示：开关中有光敏元件和声敏元件。当光线强时，光控开关断开，即使声控开关闭合电路也不通，灯不亮。当光线暗时，光控开关闭合，当声控开关也闭合时电路才通，灯亮。【结论生成】1敏感元件：敏感元件指能够灵敏地感受被测量并做出响应的元件，是传感器中能直接感受被测量的部分。它是传感器的重要组成部分，敏锐地感受某种物理、化学、生物信息并将其转换为电信号。有些传感器，它的敏感元件与转换元件合并在一起。例如，半导体气体、湿度、温度
6、和压力传感器等。2敏感元件的种类：(1)光敏元件：电阻值随入射光(一般指可见光)强弱而变化的敏感元件。通常入射光增强时，电阻值减小。(2)力敏元件：随外界压力改变而变化的敏感元件。力敏元件种类繁多，如电阻式力敏元件、电容式力敏元件、压电式力敏元件等。(3)磁敏元件：一种磁电转换元件，包括霍尔元件、磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管等。(4)气敏元件：电参数随外界气体种类和浓度变化而变化的敏感元件。(5)湿敏元件：随环境湿度变化而变化的敏感元件。【典例示范】如图所示，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()AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小
7、灯泡的亮度变弱【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)温度传感器就是一只可变电阻。(2)可变电阻的阻值随温度升高而减小，并且是阻值随温度线性变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，建立起电阻与电流的关系，结合电阻与温度的关系，就能找到电流与温度的关系。【解析】选C。R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故选项C正确。【探究训练】1(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是()A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩
8、的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【解析】选C、D。干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是当开关来使用、作为控制元件以实现自动控制的。故C、D正确。2关于传感器，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【解析】选B。大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻。传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”。故只有B正确。【补偿训练
9、】(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是()A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻C用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻D用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻【解析】选A、C。热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度的变化而变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏
10、电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。主题二 传感器的实例应用【生活情境】如图为电子秤、电熨斗、电饭锅，里面都含有传感器。【问题探究】(1)在电子秤测力时，应变片是如何把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量的？提示：在电子秤中有一个弹簧钢制成的梁形元件，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值
11、也就越大。这样就把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。(2)电熨斗中的双金属片是如何把温度这个热学量转换为电路的通断的？提示：常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上层金属膨胀大，下层金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。(3)什么是感温铁氧体？分析它在电饭锅中起什么作用。提示：电饭锅中应用的温度传感器，其主要元件是感温铁氧体。感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是当温度上升
12、到“居里温度”(约103)时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。电饭锅中的温度传感器起限温开关的作用，手动闭合，当感温铁氧体的温度上升到“居里点”(约103)时，开关自动断开，且不能自动复位，以此来控制电饭锅中的温度。【结论生成】1传感器问题的分析思路：传感器是将所感受到的非电学量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集。(2)信息加工、放大、传输。(3)利用所获得的信息执行某种操作。2分析传感器问题的四点注意：(1)非电学量分析：要明确传感器所感受的非电学量变化，如力、热、光、磁、声等的变化。(2)信号分析：明确传感器的敏感元件，分
13、析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。(3)电路结构分析：分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。(4)执行机构工作分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。【典例示范】(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况。图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光。每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图中乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间
14、的距离为0.2 m，则下述说法正确的是()A.传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送3 600个工件D该传送带每小时输送7 200个工件【解析】选B、C。有工件通过时，挡住A射向光传感器B的光，传感器输出一个高电压，故知两相邻工件通过的时间差t1 s，传送带的速度v0.2 m/s。每小时输送工件3 600个。【探究训练】(2021徐州高二检测)现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为()A光传感器和位移传感器B磁传感器和
15、温度传感器C磁传感器和声传感器D压力传感器和加速度传感器【解析】选A。当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，则A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，所以B、C、D错误。【补偿训练】1(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()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，输出的电压值也越大【解析】选B、D。应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，选项B正确；传感器输出
16、的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，选项D正确。2动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象。图1是动圈式话筒的原理图，图2是磁带录音机的录音、放音原理图，由图可知下列选项叙述错误的是()A话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流C录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场D录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场【解析】选C。话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁场中振动产生感应电流，A正确。录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场
17、，D正确。录音机在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电流，经放大电路后再送到扬声器中，B正确，C错误。【课堂小结】课堂素养达标1传感器在日常生活中有着广泛的应用，下列对传感器的理解正确的是()A传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的B传感器是由半导体材料制作而成的C传感器不是电视遥控接收器的主要元件D传感器可以将采集到的信息转换为电学量【解析】选D。传感器不仅能感知电压的变化，也能感知力、温度、光、声等非电学量的变化，A错误；不仅半导体材枓可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物就可以制成热敏电阻，B 错误；电视遥控接收器主要是利用传感器来接收信息的，C错误；传感器可以将
18、采集到的信息转换成电学量，D正确。2当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息()A温度 B运动 C人 D光线【解析】选D。自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。故D正确。【补偿训练】(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示。Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电
19、容器，被直流电源充电。当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。在膜片向右运动的过程中()A电容变大B电容变小C导线AB中有向左的电流D导线AB中有向右的电流【解析】选A、C。声波使膜片向右振动，MN间距减小，电容变大，A正确，B错误；MN间的电压不变，由QCU知Q变大，继续充电，则导线AB中有向左的电流，C正确，D错误。3压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，某工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数的变化规律如图乙所示，下列判断正确的是()A.从t1到
20、t2时间内，小车做匀速直线运动B从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动【解析】选D。在0t1内，电流I恒定，压敏电阻阻值不变，由重球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动；在t1t2内，电流I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，选项A、B错误；在t2t3内，电流I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，选项C错误，选项D正确。4(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是()A.常温时上下触点是接触的B双金属片温度升高时，上层金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C原来温度控制在80断开电源，现要求60 断开电源，应使调温旋钮下调一些D由熨烫丝绸衣物状态转变为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些【解析】选A、B、D。常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点应是接触的，故A正确；双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开，故B正确；原来温度上升到80 时，断开电源，现在要求60 时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，应逆时针调节调温旋钮，即应使调温旋钮上调一些，故C错误；由熨烫丝绸衣物状态转变为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，由C的分析可知，应使调温旋钮下移一些，故D正确。
