3　實驗：傳感器的應用

第三章傳感器,自動門,引入新課,自動干手機,酒精含量測試儀,雷達測速儀,電子秤,紅外耳溫計,航空航天宇宙飛船,飛行的速度、加速度、位置、姿態(tài)、溫度、氣壓、磁場、振動測量；“阿波羅10”飛船對3295個參數(shù)進行檢測，其中：溫度傳感器559個壓力傳感器140個信號傳感器501個遙控傳感器142個,專家說：整個宇宙飛船就是高性能傳感器的集合體,什么是傳感器？,干簧管,防盜報警器,報警器里面用了一個干簧管，干簧管可以感知磁場而接通或斷開電路。,原理：當磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關的作用,干簧管的應用,一種防盜門報警電路,干簧管,視覺,嗅覺,聽覺,味覺,觸覺,光傳感器,濕度傳感器,氣體傳感器,聲音傳感器,味傳感器,溫度傳感器,壓力傳感器,人獲取外界信息,機械自動化設備獲取外界信息,1.傳感器的定義：,傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、磁、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路的通斷。,2.傳感器的作用,測量、傳輸、處理和控制,3、傳感器的組成,輔助電源,敏感元件,轉換元件,基本轉換電路,被測量,電量,敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。,轉換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉換成電路參數(shù)或電量。,基本轉換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉換電路（簡稱轉換電路），便可轉換成電量輸出。,物理、化學、生物信息,離子感煙器,明火探測器,溫度傳感器,光電傳感器,濕度傳感器,機油壓力傳感器,超聲波傳感器,風速傳感器,全自動血壓機,自動旋轉門,走廊聲控燈的工作原理,1、光敏電阻,制作傳感器常用的敏感元件,特性：光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強度的增大而電阻值減小。,4、傳感器常用的敏感元件,光敏電阻的工作原理,光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。,硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子也增多，導電性變好,例1.如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計數(shù)器的基本工作原理是（）A當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次,BD,2、熱敏電阻,熱敏電阻(1)特點：熱敏電阻的阻值大小與溫度的高低有關溫度變化，阻值有明顯變化(2)作用：熱敏電阻可以將溫度的高低這個熱學量轉化為電阻這個電學量(3)分類：熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成半導體材料的導電性能對溫度的變化很敏感，熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC)，它的電阻隨溫度上升而增加負溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC)，它的電阻隨溫度的上升而下降臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC)，它的電阻在很小的溫度范圍(臨界)內急劇下降,金屬熱電阻,鉑電阻,有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以做成傳感器，稱為熱電阻金屬電阻隨溫度的升高而增加金屬熱電阻也是將溫度的高低這個熱學量轉換為電阻這個電學量,例2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中A、B兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的是（）,A.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻,AC,（1）測定角度,（2）測定液面高度h,（3）測定壓力F,（4）測定位移x,3、電容式傳感器,電容式位移傳感器,電容式位移傳感器把力學量（位移）轉換為電學量（電容）。,例3傳感器是一種采集信號的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么（）A當F向上壓膜片電極時，電容將減小B當F向上壓膜片電極時，電容將增大C若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化,BC,如圖613所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當光照射到R3上的光強度增大時(),圖613,A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大【思路點撥】光敏電阻有隨著光照強度的增強而阻值減小的特征，由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)的分壓、分流原理對電路進行動態(tài)分析,ABC,【解析】當照射光強度增大時，光敏電阻R3的阻值變小，R3與L串聯(lián)后再與R2并聯(lián)的總電阻值變小、干路中總電流變大，R1兩端電壓變大，A正確；R2兩端電壓減小，通過R2的電流減小，B正確；總電流變大，通過R2的減小，所以通過小燈泡L的電流變大，燈泡變亮，功率增大，C正確因為干路中電流變大，內電壓變大，路端電壓變小，D錯誤故選ABC.,1.如圖614所示，將多用電表的選擇開關置于電阻擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向_(選填“左”或“右”)轉動；若用手電筒光照射Rt，表針將向_(選填“左”或“右”)轉動,圖614,左,右,解析：光敏電阻受光照越強，電阻越小，電流越大，所以將Rt包裹起來電阻增大，指針向左偏，反之向右偏,如圖615所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，當溫度降低時，電阻變大，L為小燈泡，當溫度降低時()AR1兩端的電壓增大B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強D小燈泡的亮度變弱,圖615,C,【思路點撥】根據(jù)串并聯(lián)電路的特點及閉合電路的歐姆定律進行動態(tài)分析【解析】R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構成閉合電路，當溫度降低時，電阻R2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，R1兩端電壓減小，故C正確，其余各項均錯,2.如圖616所示，將萬用表的選擇開關置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間若往Rt上擦一些酒精，表針將向_(填“左”或“右”)移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向_(填“左”或“右”)移動,圖616,左,右,解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針應向左偏；用吹風機將熱風吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏答案：左右,制作傳感器常用的敏感元件,在一個很小的矩形半導體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極，就成了一個霍爾元件。,4、霍爾元件,霍爾效應,當電場力增大到與洛倫茲力相等時，內外側端面間就形成一個穩(wěn)定的電場，此時兩端面形成一個穩(wěn)定的電壓UH。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，這個電壓叫做霍爾電壓,可以證明，霍爾電壓UH：,d薄片的厚度k霍爾系數(shù),霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量,載流子在洛倫茲力作用下側移，兩個側面出現(xiàn)電勢差.當達到穩(wěn)定狀態(tài)時,洛侖茲力與電場力平衡,電流的微觀表達式,例3、如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？,下表面,圖617,【答案】(1)evB(2)證明見解析,3.如圖618所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況以下說法中正確的是(),圖618,A將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，UH將變大B在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平C在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍