高考一輪專題復(fù)習(xí)講義：傳感器基本原理與應(yīng)用

1、高考一輪專題復(fù)習(xí)講義：傳感器基本原理與應(yīng)用 一、傳感器的概念一、傳感器的概念 傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的.把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了 二、常用傳感器元器件工作原理二、常用傳感器元器件工作原理 1光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無光照時(shí)，載流子少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變 好. 光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 2熱敏電阻和金屬熱電阻：熱敏電阻分為負(fù)溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)兩種類型，它們的電阻

2、率分別隨溫度的升高而減小和增大.金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻.與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差 熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 3霍爾元件：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量.HIBUkd霍爾電壓的表達(dá)式是： 4應(yīng)變式力傳感器：應(yīng)變式力傳感器是由金屬梁和應(yīng)變片組成的應(yīng)變片是一種敏感元件彈簧鋼制成的梁形元件一端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施加向下的力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面的電阻變小.F越大，彎曲形變?cè)酱?/p>

3、，應(yīng)變片的電阻變化就越大如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小.傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出力F越大，輸出的電壓差值也就越大. 應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 5干簧管：普通干簧管有兩個(gè)簧片，是用有彈性的軟磁性材料制成的，它們密封在玻璃管中，成為一組常開型觸點(diǎn)管中充入惰性氣體來防止觸點(diǎn)被氧化當(dāng)磁體靠近(按一定方位)干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通 干簧管將磁場(chǎng)的變化轉(zhuǎn)換成電路的通斷. 6雙金屬片：雙金屬片巧妙地利用了不同金屬熱膨脹的差異把膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片黏合在一起，常溫下是直的，當(dāng)加熱時(shí)，由于兩種金屬的膨脹程度不同，雙

4、金屬片就會(huì)向膨脹程度小的金屬片那一側(cè)彎曲 7感溫鐵氧體：感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的，它的特點(diǎn)是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)” 三、傳感器的分類三、傳感器的分類 傳感器可以根據(jù)其利用的元器件進(jìn)行分類，如電容式傳感器、電阻式傳感器、電感式傳感器等也可以按其轉(zhuǎn)換的信號(hào)來分類，一般可以分為：力電傳感器、熱電傳感器、聲電傳感器、光電傳感器等 1.聲傳感器應(yīng)用話筒 問題：話筒被廣泛應(yīng)用于生活之中，常見的話筒有哪幾種？它們的工作原理又是怎樣的？ 解答：如圖1031

5、所示的是動(dòng)圈式話筒的構(gòu)造，是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的圖1031 其工作原理是：當(dāng)聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上的線圈(叫音圈)隨著一起振動(dòng)音圈在永磁鐵的磁場(chǎng)中振動(dòng)，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化由聲波決定，這就將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大聲音 電容式話筒的工作原理如圖1032所示Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓圖1032 例1：唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器其中有一種是動(dòng)圈式

6、的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)下列說法正確的是() A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變 D膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 解析：由話筒的工作原理可知話筒的傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，故B正確答案：B 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：聽筒與話筒的工作原理是不同的，要注意區(qū)分()4()SCkdQCU 對(duì)于電容式話筒要注意決定式和定義式的差別，解決問題時(shí)要注意變量和不變量之警示：間的關(guān)系 2.熱傳感器的應(yīng)用電熨斗 問題：簡(jiǎn)述電熨斗的結(jié)

7、構(gòu)和工作原理 解答：圖1033為電熨斗的結(jié)構(gòu)圖電熨斗是利用雙金屬片溫度傳感器來控制電路的通斷的圖中雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬常溫下，電熨斗的上下觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是接觸的，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，雙金屬片向下彎曲到一定程度，從而使觸點(diǎn)分離，使電熱絲停止加熱如果需要設(shè)定較高的溫度，應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下降一些，可使在更高的溫度時(shí)，觸點(diǎn)再分離 例例2：如圖1033是電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，下列說法正確的是()圖1033 A雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)小于下層金屬 B常溫下，上下觸點(diǎn)接觸；溫度過高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分離 C需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移

8、D雙金屬片溫度傳感器的作用是控制電路的通斷 解析：根據(jù)電熨斗的工作原理可知，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；溫度較高時(shí)，雙金屬片是向下移動(dòng)的，所以需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移，C項(xiàng)正確；雙金屬片的作用是通過控制電路的通斷來控制溫度，D項(xiàng)正確綜述BCD項(xiàng)正確 答案：BCD 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：考綱對(duì)傳感器為要求，大家復(fù)習(xí)時(shí)以解讀應(yīng)用為主，所以各種傳感器的工作原理要熟悉 警示：警示：金屬導(dǎo)體的阻值隨溫度的升高而升高，為此可以用來制成金屬溫度計(jì)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而降低，常用于溫控、報(bào)警等，兩種情況要正確區(qū)分 1.(單選)關(guān)于傳感器，下列說法正確的是( ) A所有傳感器都是

9、由半導(dǎo)體材料做成的 B金屬材料也可以制成傳感器 C干簧管是一種能夠感知電場(chǎng)的傳感器 D傳感器一定是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的 解析：有些傳感器是利用半導(dǎo)體材料做成的，但有些不是，比如雙金屬片、電容式傳感器等等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增加，利用這個(gè)特性可以制成溫度傳感器，B項(xiàng)正確；干簧管是能夠感知磁場(chǎng)的傳感器，C項(xiàng)錯(cuò)誤；傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的器件，不一定要感知電壓，D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案： B 2.(多選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖1034所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是( )圖1034 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用黑紙包住元件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用黑紙包住元件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答案：AC 解析：本題考查了熱敏電阻、光敏電阻、定值電阻的特性熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值隨溫度變化不明顯；光敏電阻的阻值隨光照變化而