2016-2017学年高中物理 第3章 传感器 第1、2节 认识传感器、传感器的原理课件 粤教版选修3-2

第一 节 认识传 感器 第二 节 传 感器的原理 1 (多 选 )下列关于 电 能 输 送的 说 法正确的是 ( ) A 输 送 电 能的基本要求是可靠、保 质 、 经济 B减小 输电导线 上功率 损 失的唯一方法是采用高 压输电 C减小 输电导线 上 电压损 失的唯一方法是增大 输电线 的横 截面 积 D 实际输电时 ，要 综 合考 虑 各种因素，如 输电 功率大小、 距离 远 近、技 术 和 经济 条件等 【 答案 】 AD 课 前 自主学 习 2在 远 距离 输电时 ，若 输 送的功率不 变 ，使 输 出 电压 升高 为 原来的 n倍， 则输电线 路上因 电 阻而 产 生的 电 能 损 失将 变 为 原来的 ( ) 【 答案 】 C 3某山区小型水力 发电 站的 发电 机有 稳 定的 输 出 电压 ，它 发 出的 电 先通 过电 站附近的升 压变压 器升 压 ，然后通 过 高 压 输电线 路把 电 能 输 送到 远处 村寨附近的降 压变压 器， 经 降 压变压 器降 压 后再 输 送至村寨中各用 户 设变压 器都是理想 的，那么随着村寨中接入 电 路的用 电 器消耗的 总 功率的增加 ， 则 下列 说 法不正确的是 ( ) A通 过 升 压变压 器初 级线 圈中的 电 流 变 大 B升 压变压 器次 级线 圈两端的 电压变 小 C高 压输电线 路上的 电压损 失 变 大 D降 压变压 器次 级线 圈两端的 电压变 小 【 答案 】 B 【 解析 】 总 功率 变 大，初 级线 圈 电压 不 变 ，故 电 流 变 大，次 级线 圈两端 电压 不 变 ， A说 法正确， B说 法 错误 ；高 压线 路 电 流 变 大， 输 送中 电压损 失 U损 Ir变 大， 则 降 压 原 线 圈 电压变 小，次 线 圈 电压 也随之 变 小， C、 D说 法正确故只有 B不正 确 一、传感器 1定 义 ： 测 量和探究自然界各种 _的 检测 元件， 对应 于被 测 量，能 给 出易于 处 理的 _ 的 变换 器 2作用：能将被 测 的 _， 转换为 各种易于 测 量 的 _ 参数 输 出信号 非 电 学量 电 信号 3 组 成及原理 感 觉 器官 一定关系 电 学量 电 学量 电 学量 4分 类 分 类标 准 常 见传 感器 按被 测 量划分 加速度 传 感器、 _传 感器、位移 传 感器、 压 力 传 感器、 _传 感器、 负 荷 传 感器、扭矩 传 感器 按工作原 理划分 电 阻 应变 式 传 感器、 压电 式 传 感器、 _传 感器、 _传 感器、 动 圈式 传 感器、磁 电 式 传 感器、差 动变压 器式 传 感器 按能量 传 递 方式 划分 有源 传 感器： 压电 式 传 感器、 _传 感器、 电 磁式 传 感器 无源 传 感器： _传 感器、 电 容式 传 感 器、 _传 感器 速度 温度 电 容式 涡 流式 热电 式 电 阻式 电 感式 二、温度传感器的原理 1作用：将温度 变 化 转换为 _变 化，通 过测 量 传 感器元件的 电 学量随温度 变 化来 实现 温度的 测 量 2 热 敏 电 阻的特性： 热 敏 电 阻的阻 值 随温度的 变 化而 变 化 ，正温度系数的 热 敏 电 阻的阻 值 随温度的升高而 _， 负 温度系数的 热 敏 电 阻的阻 值 随温度的升高而 _ 3 应 用： _、空 调 机、 _、微波炉等 电 学量 增大 减小 电饭煲 电热 水器 三、光电传感器的工作原理 1 应 用：路灯光 电 开关 电 路和 红 外楼道照明开关 电 路 2光敏 电 阻特性：光敏 电 阻的阻 值 随光照 变 强 而 _ 3作用：将光学量 变 化 转换为电 学量 变 化减小 下 图 中，水箱水位自 动报 警器是如何工作的？ 【 答案 】 正常生 产时 ，水位 较 高 继电 器中的 线 圈有 电 流通 过 ， 衔铁 1被向下吸引，与触 头 2接触， B灯亮 水位下降到一定高度后， 继电 器中 线 圈没有 电 流通 过 了， 则 衔铁 1与触 头 3接触， A灯亮 四、热敏、光敏电阻特性的探究 1研究 热 敏 电 阻的 热 敏特性 (1)按照如下 图 所示将 热 敏 电 阻 连 入 电 路中，多用 电 表的两支 表笔分 别 与 热 敏 电 阻的两端相 连 ， 烧 杯中倒入少量冷水 (2)将多用 电 表的 选择 开关置于欧姆 挡 ， 选择 合适的倍率，并 进 行欧姆 调 零 (3)待温度 计 示数 稳 定后，把 测 得的温度、 电 阻 值 填入表中 (4)分几次向 烧 杯中倒入少量 热 水， 测 得几 组 温度、 电 阻 值 填 入表中 (5)在坐 标纸 上，描 绘 出 热 敏 电 阻的阻 值 R随温度 t变 化的 Rt图 线 (6)结论 ： 该热 敏 电 阻的阻 值 随温度的升高而减小，随温度的 降低而增大， 变 化是不均匀的 . 测 量次数 t/ R/ 1 2 3 4 5 6 2.研究光敏 电 阻的光敏特性 (1)按照下 图 所示将光敏 电 阻 连 入 电 路中，多用 电 表的两支表 笔分 别 与光敏 电 阻的两端相 连 (2)将多用 电 表的 选择 开关置于欧姆 挡 ， 选择 合适的倍率，并 进 行欧姆 调 零 (3)在正常的光照下，把 测 得的 电 阻 值 填入下表中 (4)将手 张 开，放在光敏 电 阻的上方，上下移 动 手掌， 观 察阻 值 的 变 化， 记录 不同情况下的阻 值 ，将 测 量 结 果填入下表中 . (5)结论 ：光敏 电 阻的阻 值 被光照射 时发 生 变 化，光照增 强 电 阻 变 小，光照减弱 电 阻 变 大 光照 强 度 强 中 弱 R/ 如下 图 所示 为 乳牛的自 动 喂水器，当液面降低 时 ， 阀门 在浮 球的 带动 下打开，水自 动 流出来， 试说 明 该 装置是不是 传 感 器，并 简单 叙述原因 【 答案 】 由于 该 装置没有把非 电 学信号 转 化 为电 学信号，所以 严 格来 讲 不属于 传 感器 . 乳牛自 动 喂水器 1 传 感器的原理 传 感器感受的通常是非 电 学量，如 压 力、温度、位移、 浓 度 、速度、酸碱度等，而它 输 出的大多是 电 学量，如 电压 、 电 流、 电 荷量等， 这 些 输 出信号是非常微弱的，一般要 经过 放 大等 处 理后，再通 过 控制系 统产 生各种控制 动 作 2 传 感器的分 类 目前 对传 感器尚无一个 统 一的分 类 方法，常用的分 类 方法有 两个： 课 堂 优 化整合 (1)按 输 入量分 类 ，如 输 入量分 别为 温度、 压 力、位移、速度 、加速度等非 电 学量 时 ，相 应 的 传 感器称 为 温度 传 感器、 压 力 传 感器、位移 传 感器、速度 传 感器、加速度 传 感器 (2)按 传 感器的工作原理分 类 ，可分 为电 阻 传 感器、 电 容 传 感 器、 电 感 传 感器、 电压传 感器、霍 尔 传 感器、光 电传 感器、 光 栅传 感器等 3在分析 传 感器 时 要明确 (1)核心元件是什么 (2)是怎 样 将非 电 学量 转 化 为电 学量的 (3)是如何 显 示的或如何控制开关的 如 图 所示， 为 光敏 电 阻自 动计 数器的示意 图 ， 其中 R1为 光敏 电 阻， R2为 定 值电 阻此光 电计 数器的基本工 作原理是 ( ) A当有光照射 R1时 ，信号 处 理系 统获 得高 电压 B当有光照射 R1时 ，信号 处 理系 统获 得低 电压 C信号 处 理系 统 每 获 得一次低 电压 就 计 数一次 D信号 处 理系 统 每 获 得一次高 电压 就 计 数一次 例 1 解析： 光 电计 数器工作原理：当有物体 挡 住射到光敏 电 阻 R1的光 照 时 ， R1电 阻增大， 电 路中 电 流减小， R2两端 电压 降低，信 号 处 理系 统 得到低 电压 ， 计 数器每由高 电压转 到低 电压 ，就 计 一个数，从而达到自 动计 数的目的 答案： AC 1关于 传 感器，下列 说 法正确的是 ( ) A所有 传 感器都是由半 导 体材料制成的 B金属材料也可以制成 传 感器 C 传 感器主要是通 过 感知 电压 的 变 化来 传递 信号的 D水 银 温度 计 是一种 传 感器 【 答案 】 B 【 解析 】 大多数 传 感器是由半 导 体材料制成的，某些金属也可以制 成 传 感器，如金属 热电 阻，故 A错 ， B对 ； 传 感器将非 电 学量 转换为电 学量，因此 传 感器感知的 应该 是 “非 电 信号 ”，故 C 错 ；水 银 温度 计 能感受 热 学量，但不能把 热 学量 转 化 为电 学 量，因此不是 传 感器，故 D错 1 热 敏 电 阻或金属 热电 阻能 够 把温度 这 个 热 学量 转换为电 阻 这 个 电 学量，它 们 有什么区 别 ？ 从温度 变 化 对导电 性能的影响上来 讲 ，温度升高， 热 敏 电 阻 减小；金属 热电 阻增大从化学 稳 定性上 讲 ，金属 热电 阻的 化学 稳 定性好， 测 温范 围 大，而 热 敏 电 阻的灵敏度 较 好 2 热 敏 电 阻的用途十分广泛，主要 应 用于什么地方？ (1)利用 电 阻的温度特性来 测 量温度、控制温度和元件、器件 、 电 路的温度 补偿 (2)利用非 线 性特性完成 稳压 、限幅、开关、 过 流保 护 作用 (3)利用不同介 质 中 热 耗散特征的差异 测 量流量、流速、液面 、 热导 、真空度等 (4)利用 热惯 性作 为时间 延 迟 器 3 对 于 热 敏 电 阻来 讲 ，分 为 正温度系数 电 阻和 负 温度系数 电 阻， 热 敏 电 阻和金属 热电 阻分 别 属于哪种 电 阻？ 正温度系数 电 阻是指温度升高 电 阻增大的 电 阻， 负 温度系数 电 阻是指温度升高而 电 阻降低的 电 阻，金属 热电 阻属于正温 度系数 电 阻， 热 敏 电 阻属于 负 温度系数 电 阻 如下 图 所示， R1为 定 值电 阻， R2为负 温度系数 的 热 敏 电 阻， L为 小灯泡，当温度降低 时 ( ) A R1两端的 电压 增大 B 电 流表的示数增大 C小灯泡的亮度 变 强 D小灯泡的亮度 变 弱 例 2 解析： R2与灯 L并 联 后与 R1串 联 ，与 电 源构成 闭 合 电 路，当 热 敏 电 阻温度降低 时 ， 电 阻 R2增大，外 电 路 电 阻增大， 电 流表 读 数 变 小，灯 L两端 电压 增大，灯泡亮度 变 强 ， R1两端 电压 减 小，故 C正确，其余各 项 均 错 答案： C 题后反思 负 温度系数 热 敏 电 阻是指 热 敏 电 阻的阻 值 随温度的升高而减 小的 电 阻 2将万用表的 选择 开关置于 “欧姆 ”挡 ，再将万用表的两支表 笔与 负 温度系数的 热 敏 电 阻 RT(阻 值 随温度升高而降低 )的两端 相 连 ， 这时 表 针 恰好指在刻度 盘 的正中 间 若往 R上擦一些 酒精，表 针 将向 _(填 “左 ”或 “右 ”)移 动 ；若用吹 风 机 将 热风 吹向 电 阻，表 针 将向 _(填 “左 ”或 “右 ”)移 动 【 答案 】 左 右 【 解析 】 若往 RT上擦一些酒精，由于酒精蒸 发 吸 热 ， 热 敏 电 阻 RT 温度降低， 电 阻 值 增大，所以 电 流减小，指 针应 向左偏；用 吹 风 机将 热风 吹向 电 阻， 电 阻 RT温度升高， 电 阻 值 减小， 电 流增大，指 针 向右偏 1可制成 热 敏 电 阻，把温度的 变 化 转 化 为电 信号 有的半 导 体，在温度升高 时电 阻减小得非常迅速，它能将温 度 变 化 转 化成 电 信号， 测 量 这 种 电 信号，就能知道温度的 变 化情况 如自 动 防火 报 警器中就有 这 种 热 敏 电 阻，当温度升高到一定 值 (快接近物 质 的着火点 )时 ， 这 种 热 敏 电 阻的 电 阻 值 迅速减 小，使 电 路接通，从而使警 铃发 出警 报 又如 电 子 测 温 仪 中的 热 敏 电 阻，能迅速地把人的体温 转 化 为 电 信号，在 显 示屏上 显 示出人的体温 2可制成光敏 电 阻，把光的 变 化 转 化 为电 信号 有的半 导 体，在光照下 电 阻大大减小，它能将光的 变 化迅速 转 化 为电 信号，在自 动 控制 设备 中有广泛的 应 用，如光 电计 数器就是利用光敏 电 阻自 动计 数的 3在 纯净 的半 导 体材料中 掺 入微量的 杂质 ，可以制成晶体二 极管和晶体三极管 统 称晶体管 晶体管 (二极管、三极管 )、 电 阻、 电 容、 电 感 线 圈 这 四 类电 学元件 组 成了复 杂 、神秘、 缤纷 多彩的 电 子世界，从收 录 机 、 电视 机、 计 算机、雷达、制 导导弹 到人造 卫 星的控制和回 收都离不开它 们 如下 图 是 变 隙 电 感式 压 力 传 感器的 结 构 图 它 由膜盒、 铁 芯、 衔铁 及 线 圈等 组 成， 衔铁 与膜盒的上端 连 在 一起根据 变 隙 电 感式 压 力 传 感器的 结 构 图 分析其工作原理 例 3 解析： 当 压 力 进 入膜盒 时 ，膜盒的 顶 端在 压 力 P的作用下 产 生与 压 力