【課件】傳感器及其工作原理（課件）（粵教版2019選擇性必修第二冊(cè)）

5.1傳感器及其工作原理新粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊(cè)

第五章新課引入思考：日常生活中，為什么電飯煲能自動(dòng)加熱和保溫，而不會(huì)把飯燒焦？其實(shí)這要?dú)w功于現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。什么是傳感器

農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)上，用于稱重的桿秤已被更為靈敏的電子秤(如圖所示)替代。電子秤受到重物的壓力，內(nèi)部的稱重傳感器就會(huì)把受到的壓力大小這一信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理后，顯示出對(duì)應(yīng)重物質(zhì)量的相應(yīng)數(shù)字。

像稱重傳感器這種能夠感受到被測(cè)量的信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為可用信號(hào)的器件或裝置，稱為傳感器。

1、傳感器是指這樣一類(lèi)器件或裝置：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。

2、傳感器的組成：由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成什么是傳感器敏感元件：直接感受被測(cè)量，并將其變換成與被測(cè)量成一定關(guān)系的易于被測(cè)量的物理量。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量。轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量。什么是傳感器

如圖所示，將電容式話筒與電阻串聯(lián)，用電壓表測(cè)量電阻兩端的電壓。閉合開(kāi)關(guān)后，對(duì)著話筒說(shuō)話。思考1：當(dāng)說(shuō)話的音量變化時(shí)，觀察電壓表的示數(shù)如何變化。思考2：分析電容式話筒是怎樣把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的。

實(shí)驗(yàn)中，電容式話筒的關(guān)鍵部件是由振動(dòng)膜片和固定電極組成的，相當(dāng)于一個(gè)電容器。當(dāng)聲波信號(hào)使振動(dòng)膜片振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)膜片和固定電極的距離發(fā)生變化，使電容的大小也發(fā)生相應(yīng)的變化，電阻兩端的電壓也隨之發(fā)生變化。由此，話筒就把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)中，聲波是被測(cè)量，聲波傳到振動(dòng)膜片上，振動(dòng)膜片是敏感元件，振動(dòng)膜片和固定電極組成的話筒是轉(zhuǎn)換元件，電源、電阻組成的是轉(zhuǎn)換電路，電壓表測(cè)得的電壓是電學(xué)量，三個(gè)部分組成了一個(gè)傳感器，如圖所示。傳感器的分類(lèi)

傳感器的種類(lèi)繁多，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，如一輛小汽車(chē)就用上多種傳感器，如圖所示。

根據(jù)檢測(cè)量的不同，傳感器可以分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等。傳感器的分類(lèi)1、物理傳感器：壓電傳感器、光電傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等

2、化學(xué)傳感器：半導(dǎo)體氣體傳感器、濕敏傳感器、離子傳感器等。利用電化學(xué)氣體傳感器制成的可燃?xì)怏w報(bào)警器傳感器的分類(lèi)

3、生物傳感器：酶?jìng)鞲衅?、?xì)胞傳感器、免疫傳感器等。利用葡萄糖生物傳感器制成的血糖儀傳感器的分類(lèi)

1、溫度傳感器：一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置，它通過(guò)測(cè)量傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。

2、常見(jiàn)溫度傳感器的敏感元件：熱敏電阻、熱電偶、熱雙金屬片等。溫度傳感器的原理熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

如圖所示，將一溫度計(jì)和一連接有歐姆表的熱敏電阻器放入裝有水的燒杯中。燒杯被固定在鐵架臺(tái)上。用酒精燈給水加熱。測(cè)出水中各個(gè)溫度下電阻表的讀數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表中。

采用作圖法分析數(shù)據(jù)，根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在右圖中作出R-t圖線。分析熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律，可以得到什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

實(shí)驗(yàn)中選用不同的熱敏電阻，可能呈現(xiàn)出不同的溫度特性.根據(jù)溫度特性的不同，熱敏電阻可分為三類(lèi)：第一類(lèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻，它的阻值隨溫度的上升而增加；第二類(lèi)，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，它的阻值隨溫度的上升而下降；第三類(lèi)，臨界溫度系數(shù)熱敏電阻，它的阻值在很小的溫度范圍內(nèi)急劇下降。只要知道了熱敏電阻的溫度特性，即可依據(jù)電阻與溫度的關(guān)系，將溫度這一熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻阻值這一電學(xué)量。其他溫度傳感器也是類(lèi)似的原理。

與其他溫度傳感器的敏感元件相比，熱敏電阻靈敏度高、測(cè)量線路簡(jiǎn)單，并且體積小、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜，主要用于小溫差溫度的測(cè)量、溫度補(bǔ)償和電路的自動(dòng)調(diào)整等。電腦、空調(diào)、冰箱等電器使用的溫度傳感器大多是熱敏電阻。

1、光敏傳感器：一種能夠感受光信號(hào)，并按照一定規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的傳感器。

2、光敏傳感器的敏感元件：光敏電阻。光電傳感器的原理光敏電阻是光電傳感器的敏感元件，如圖所示。大多數(shù)的光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成。

如圖右所示，用多用電表電阻擋來(lái)研究光敏電阻的阻值變化。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考下列問(wèn)題：思考1：有光照射和無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻的阻值有何不同？思考2：改變光的照射強(qiáng)度，光敏電阻的阻值有何變化？

實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻的阻值較大；有光照射時(shí)，光敏電阻的阻值較小，并且隨光照的增強(qiáng)而減小。光敏電阻廣泛應(yīng)用于照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光、室內(nèi)光線控制、報(bào)警器、電子玩具、光控音樂(lè)、電子驗(yàn)鈔機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域。

常見(jiàn)光電傳感器的敏感元件除了光敏電阻外，還有光電池、光敏晶體管等。根據(jù)它們的電阻特性即電阻與光照強(qiáng)度的關(guān)系，可以將光照強(qiáng)度這一光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這一電學(xué)量，這就是光電傳感器的原理。課堂小結(jié)2.傳感器的分類(lèi)：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器3.溫度傳感器的原理1.傳感器的概念和組成4.光電傳感器的原理：光電傳感器、光敏電阻1.關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說(shuō)法中正確的是（）A.非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換器件B.電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換器件→非電學(xué)量C.非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換器件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量D.非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換器件→敏感元件→電學(xué)量C練習(xí)練習(xí)2.下列關(guān)于傳感器說(shuō)法中不正確的是（）A．電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它將壓力大小轉(zhuǎn)化為可變電阻，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)B．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)C．電熨斗能自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷D．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量B3.如圖所示為一種呼氣酒精測(cè)試儀的原理圖，其中酒精氣體傳感器的電阻值r′的倒數(shù)與接觸到酒精氣體的濃度c成正比。則下列說(shuō)法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)無(wú)法表示濃度c的變化B．電壓表的示數(shù)越大，表示濃度c越小C．酒精氣體傳感器把電信息轉(zhuǎn)化成非電信息D．當(dāng)醉酒人員對(duì)傳感器呼氣時(shí)，電壓表示數(shù)變大D練習(xí)4.卡拉OK用的話筒，內(nèi)有將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器．其中有一種是動(dòng)圈式的，如圖所示．在彈性膜片后面粘接一