常見傳感器的工作原理及應(yīng)用課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性2

第五章傳感器

人教版（2019）選修第二冊5.2

常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1.認(rèn)識(shí)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，其主要元件為敏感元件。2.了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應(yīng)變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳感器的敏感元件。3.利用電容的結(jié)構(gòu)改變影響電容的性質(zhì)，設(shè)計(jì)電容式位移傳感器。學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)入新課

傳感器可以感受光強(qiáng)、溫度、力、磁等非電學(xué)量，并把它們轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出。

那么，常見的傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應(yīng)用呢？1.特性

光敏電阻對光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般隨著光照強(qiáng)度的增大電阻值減小。

2.作用一、光敏電阻光照強(qiáng)弱光敏電阻電阻3.光敏電阻的應(yīng)用——計(jì)數(shù)器A為發(fā)光儀器B為接收光信號(hào)的儀器（光敏電阻為主）無物品——電壓低有物品——電壓高高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。AR1R2信號(hào)處理系統(tǒng)B思考：傳送帶上沒有物品遮擋光信號(hào)時(shí)，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓是高還是低？2.作用材料特性金屬熱電阻金屬熱敏電阻半導(dǎo)體1金屬熱電阻2熱敏電阻1.特性溫度t↑，電阻R↑（有些）溫度t↑，電阻R↓二、金屬熱電阻和熱敏電阻溫度金屬熱電阻熱敏電阻電阻例1溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中，它是利用金屬熱電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的。圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動(dòng)勢E=3.0V，內(nèi)電阻不計(jì)，G為靈敏電流表，其內(nèi)阻Rg保持不變；R為金屬熱電阻，其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1=2.0mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2=1.0mA時(shí)，金屬熱電阻的溫度是

（）

A．40℃ B．60℃ C．80℃ D．100℃C3.應(yīng)用例2

已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10℃升至60℃時(shí)阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系，部分電路如圖所示。⑴實(shí)驗(yàn)時(shí)，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA，則此時(shí)熱敏電阻的阻值為

kΩ（保留2位有效數(shù)字）。

1.8實(shí)驗(yàn)中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖（a）所示；⑵將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ，由圖（a）求得，此時(shí)室溫為

℃（保留3位有效數(shù)字）；25.5⑶利用實(shí)驗(yàn)中的熱敏電阻可以制作溫控報(bào)警器，其電路的一部分如圖（b）所示。圖中E為直流電源（電動(dòng)勢為10V，內(nèi)阻可忽略）；

當(dāng)溫度升高時(shí)熱敏電阻的電壓將

（填升高或降低），當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時(shí)，便觸發(fā)報(bào)警器（圖中未畫出）報(bào)警，則圖中

（填“R1”或“R2”）應(yīng)使用熱敏電阻，若要求開始報(bào)警時(shí)環(huán)境溫度為50℃，另一固定電阻的阻值應(yīng)為

kΩ（保留2位有效數(shù)字）。1.2降低

R1

1.特性（工作原理）材料特性(工作原理)金屬電阻應(yīng)變片金屬

半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體2.作用壓阻效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)三、電阻應(yīng)變片形變電阻應(yīng)變片電阻3.金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)用電子秤卷揚(yáng)機(jī)牽引力測量實(shí)例：應(yīng)變式力傳感器——測量力

組成：

探究：應(yīng)變片測力原理金屬梁、電阻應(yīng)變片

原理F↑彎曲形變↑拉伸R↑壓縮R↓電壓差值↑電流恒定某個(gè)力引起金屬電阻應(yīng)變片形變量的變化，從而引起兩個(gè)應(yīng)變片電壓差值的變化，那么通過測定這個(gè)電壓差，就能確定這個(gè)力的大小。1.原理定片動(dòng)片θ⑴目標(biāo)：測量角度θ、液面高度h等電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體思考：下面實(shí)例分別改變電容的哪個(gè)決定因素？改變極板正對面積S四、電容式傳感器改變板間距d⑵目標(biāo)：測量壓力F待測壓力F固定電極可動(dòng)電極⑶目標(biāo)：測量位移x改變?chǔ)舝2.作用角度、深度、位移、壓力、聲音……電容傳感器電容待測壓力F固定電極膜片電極針對練

(多選)傳感器是一種采集信號(hào)的重要器件，如圖是一種測定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測壓力F作用于可動(dòng)膜片產(chǎn)生變形，引起電容的變化，若將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)接成閉合電路，那么

（）A.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大C.若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化D.若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化BC如果某個(gè)物理量的變化能引起電容C決定式中任何一個(gè)量變化，從而引起電容變化，那么通過測定電容器的電容，就能確定這個(gè)物理量的變化。3.應(yīng)用1.原理：霍爾效應(yīng)

霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系2.作用五、霍爾元件（拓展）磁感應(yīng)強(qiáng)度霍爾元件電壓D針對練霍爾元件是實(shí)際生活中的重要元件之一，廣泛應(yīng)用于測量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖所示為一長度一定的霍爾元件，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于霍爾元件的工作面向下，在元件中通入圖示從E到F方向的電流I，其中元件中的載流子是帶負(fù)電的電荷，下列說法中正確的是(

)A.該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量B.該元件C面的電勢高于D面的C.如果用該元件測赤道處地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，

應(yīng)保持工作面水平D.如果流過霍爾元件的電流大小不變，

則元件C、D面的電勢差與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比實(shí)例：

將光敏、金屬熱電阻、熱敏電阻視為滑動(dòng)變阻器。

明確被測量與敏感元件阻值之間的關(guān)系如測量溫度，R—t關(guān)系信息圖像給出文字給出注意：R—t之間正系數(shù)還是負(fù)系數(shù)

作為閉合電路的動(dòng)態(tài)分析處理思路題型1：測量物理量以光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻等為傳感器，測量光照強(qiáng)度或溫度等物理量。關(guān)鍵題型已知控制裝置，分析信息已知信息，設(shè)計(jì)控制裝置（局部電路設(shè)計(jì)為主）

明確敏感元件的特性（工作原理）

明確控制裝置實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

明確輸入量與目標(biāo)間得關(guān)系輸入量：如光照強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度等非電學(xué)量實(shí)例：課本P102T3電飯煲溫度控制系統(tǒng)實(shí)例：課本P109T2照明控制系統(tǒng)題型2：控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

某同學(xué)利用壓力傳感器設(shè)計(jì)水庫水位預(yù)警系統(tǒng)。如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個(gè)是定值電阻，另一個(gè)是壓力傳感器（可等效為可變電阻）。水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)開啟低水位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓小于U2（U1、U2為定值）時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)開啟高水位預(yù)警。下列說法正確的是

（）A.U1<U2B.R2為壓力傳感器C.若定值電阻的阻值越大，開啟高水