1、43用传感器做实验44信息时代离不开传感器学 习 目 标知 识 脉 络1.知道日常生活中常见的一些传感器及其应用2知道常见的传感器做一些简单实验3掌握传感器应用的设计(难点)4掌握现代信息技术中传感器的电路分析(重点)几种常见的传感器1温度传感器温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量温度传感器中用于测温的敏感元件是热敏电阻，它由铂金属制成铂金属电阻的温度系数稳定、电阻率高、测量范围宽，在工业测温中应用广泛2力传感器将力学量转换为电学量的装置称为力传感器力传感器的工作原理是通过内部的悬臂梁先将力学量转换成金属材料的形变，然后由敏感元
2、件将这种形变转换成电学量力传感器的敏感元件是金属电阻应变片，在外力作用下电阻丝的长度和截面改变引起电阻变化3磁传感器霍尔元件的应用霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量的元件磁传感器中的敏感元件是磁敏感元件，也称为霍尔元件霍尔电压：如图431所示，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，UHKHIB.图4311家用遥控系统使用的是红外线传感器()2火灾报警器是利用的温度传感器()3霍尔元件的作用是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量()在一些酒店、银行安装有自动门，人到门前，门能自动打开，人过后，门又能关上，这种传感器是靠什么工作的？
3、【提示】自动门内部有红外线感应系统(也有靠雷达的)，当人在红外线检测区域内，传感器将电动机启动、开门、关门如图432所示为一矩形霍尔元件，沿EF方向通的电流I，放入匀强磁场B之中图432探讨1：霍尔元件是将磁学量转换为什么物理量？【提示】电压探讨2：若此霍尔元件为半导体材料制成的，则N、M两点的电势哪点高？【提示】N点高探讨3：若此霍尔元件为金属材料制成的，则N，M两点的电势哪点高？【提示】M点高1霍尔元件如图433所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成为电压这个电学量图4332霍尔电压UHRH(
4、1)其中RH为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关(2)一个霍尔元件的厚度d、霍尔系数RH为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件(3)霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压，设图中MN方向长度为l2，则qqvB.根据电流的微观表达式，InqSv，整理后，得UH.令RH，因为n为材料单位体积的导电粒子个数，q为单个导电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UHRH.
5、UH与B成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因1霍尔元件能转换哪两个量()A把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量D把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量【解析】霍尔电压UHkIB/d，它是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，所以选B.【答案】B2一种半导体材料称为霍尔材料，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷，即q1.61019C，霍尔元件在自动检测、探测领域得到广泛应用，如录像机中用来测量磁鼓的转速、电梯中用来检测
6、电梯门是否关闭以及自动控制升降机电动机的电源通断等在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽1.0102m、长4.0102m、厚h1103m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I3.0 A的电流，如图434所示，沿宽度产生1.0105V的横向电压图434(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？(2)薄板上形成电流I的载流子定向运动的速率多大？ 【导学号：68312117】【解析】(1)根据左手定则可确定a端电势高；(2)当导体内载流子沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，横向电压稳
7、定设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，电场力为FeEee，洛伦兹力FBevB，平衡时eevB，得v6.7104m/s.【答案】(1)a(2)6.7104 m/s处理霍尔元件问题的两点技巧(1)横向电场力与洛伦兹力相等是解题关键(2)在匀强电场中有FqE，E可得U.信 息 时 代 离 不 开 传 感 器1随处可见的传感器(1)红外测温仪：是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置(2)数码相机和摄像机：敏感元件叫做电荷耦合器件(CCD)，它将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过一种专门转换器(A/D)转换成数字电信号(3)酒精浓度测试仪：敏感元件是
8、酒精传感器2信息社会离不开传感器智能式传感器集信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出接口等制作在同一芯片上，成为大规模集成电路智能传感器3遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论主要应用于地球资源勘探、环境监测、气象预报、军事侦察等1应变式力传感器可以测牵引力，也可以测压力()2地球资源勘探、军事侦察都是通过遥感传感器来获取的()3机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成的()现在很多工作单位利用指纹识别器，你知道它是如何工作的吗？【提示】工作原
9、理：指纹识别器是通过电容器来识别指纹的传感器表面集合了很多个电容器的极板，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在绝缘表面上时，手指的皮肤就成了电容器的另一个极板，由于指纹的脊和谷相对于另一个极板的距离不同，使电容阵列不同位置的电容器的电容值也不同通过读取这些电容的差异，就能够获取指纹信息这样就把指纹的信息转化成了电信号，再经过电路对电信号的比较，就可以实现对指纹的识别2003年北京发生了非典疫情，为防止疫情扩散，当时在机场、车站等人员集散地都设有体温检测点探讨1：要快速准确地筛查体温偏高者，用水银温度计还是用红外线测温仪？【提示】红外线测温仪探讨2：红外线测温仪有哪些优点？【提示】测温时间短，且不
10、需要与人体直接接触，避免了交叉感染1生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等2农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水(2)温度传感器和湿度传感器：可对上百个点进行温度和湿度监测由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象3工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包
11、装、运输、存储等工作各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工4飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等3下列有关传感器的说法中错误的是()A汶川大地震时用的生命探测仪利用了红外传感器B“嫦娥二号”卫星星载的
12、立体相机获取月球数据利用了光传感器C电子秤称量物体质量是利用了力传感器D火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器【解析】生命探测仪是利用红外传感器，立体相机是利用光学传感器，电子秤是利用压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了烟雾传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C对，D错【答案】D4(多选)数字跑道已在北京奥运会田径竞走、跳远和三级跳等重点奥运项目中投入使用，数字跑道和数字跑鞋为运动健儿们在科学训练和比赛中发挥了积极作用该跑道采用了大面积柔性压力阵列传感器、现场总线网络和分布式信息处理技术，可实时检测运动员步频、步距、
13、足部触地时间、离地时间、速度、发力大小、发力角度等信息，在此基础上构建了训练信息采集和技术诊断分析系统，为田径项目提供了一种全新的科学化训练平台下列关于数字跑道的说法正确的是 ()A传感器需要有敏感元件和转换电路等组成B压力阵列传感器应该是一种力电传感器C奥运会中应用的传感器智能化程度很高，直接感应的是电学量，不需要力电转换D奥运会中应用的传感器智能化程度尽管很高，但传感器都是将非电学量转换为电学量【解析】根据题目情景叙述，跑道上使用的是压力传感器，所有的传感器都要先通过敏感元件采集信息，然后再由转换电路将采集到的力、热、光等非电学量转换为便于测量的电压或电流等电学量当转换电路采用计算机进行信
14、息处理，并输出数字信息时，这种传感器就可以称得上是智能传感器了【答案】ABD5某学生实验小组用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制经检查，恒温箱的控制器没有故障参照图441，下列对故障判断正确的是()图441A只可能是热敏电阻出现故障B只可能是温度设定装置出现故障C热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D可能是加热器出现故障【解析】由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A，B错误若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误【答案】C(1)传感器的作用就是将非电学量转换为电学量.(2)分析自动控制电路时要根据某种逻辑关系，按照一定的顺序进行分析，如由敏感元件传感元件控制电路工作电路控制目的.
