高中物理 6.1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32 (2).pptVIP

第六章传感器 1传感器及其工作原理 1 传感器了解传感器的概念 知道非电学量转化为电学量的技术意义 感受传感器在信息时代的作用 2 三种敏感元件通过实验知道光敏电阻 热敏电阻和霍尔元件的工作原理 性能及作用 1 2 3 4 1 传感器能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并能把它们按照一定的规律转换为电压 电流等电学量 或转换为电路的通断的元件 在技术上将非电学量转换为电学量有什么意义呢 提示 把非电学量转换为电学量 可以方便地进行测量 传输 处理和控制 1 2 3 4 2 光敏电阻 1 特点 光照越强 电阻越小 2 原因 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子增多 导电性变好 3 作用 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 1 2 3 4 3 热敏电阻和金属热电阻 1 2 3 4 温馨提示热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小 正温度系数的热敏电阻 ptc 其阻值随温度的升高而增大 而负温度系数的热敏电阻 ntc 其阻值随温度的升高而减小 若题目中无特别说明 一般是指负温度系数的热敏电阻 1 2 3 4 4 霍尔元件 1 构造 很小的矩形半导体薄片上 制作4个电极e f m n 3 作用 能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 1 2 3 4 若霍尔元件中的载流子只有负电荷 m n两端哪端电势高 若载流子只有正电荷呢 提示 m端n端 1 2 3 4 1 敏感元件 转换元件 转换电路的比较 1 2 3 4 2 为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量呢霍尔元件是利用霍尔效应来设计的 一个矩形半导体薄片 在其前 后 左 右分别引出一个电极 如图所示 沿pq方向通入电流i 垂直于薄片加匀强磁场b 则在mn间会出现电势差u 设薄片厚度为d pq方向长度为l1 mn方向为l2 薄片中的带电粒子受到洛伦兹力发生偏转 使m侧电势高于n侧 载流子为自由电子 造成半导体内部出现电场 带电粒子同时受到电场力作用 当洛伦兹力与电场力平衡时 mn间电势差达到恒定 此时有 1 2 3 4 u与b成正比 这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因了 1 2 3 4 3 几种敏感元件的对比分析 1 2 3 4 1 2 3 4 4 电容式传感器的原理及用途电容器的电容c取决于极板正对面积s 极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素 如果某一物理量 如角度 位移x 深度h等 的变化能引起上述某个因素的变化 从而引起电容的变化 那么通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化 有这种用途的电容器称为电容式传感器 1 2 3 4 类型一 类型二 类型一热敏 光敏电阻的特性 例题1 多选 如图所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大点拨 r3的变化 r并变化 r总变化 i总变化 u端变化 各电流 电压的变化 类型一 类型二 解析 当光照强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 同时内电压增大 故电路路端电压减小 而电压表的示数增大 a项正确 d项错误 由路端电压减小 而r1两端电压增大知 r2两端电压必减小 则r2中电流减小 故b项正确 结合干路电流增大可知流过小灯泡的电流必增大 则小灯泡的功率增大 c项正确 答案 abc题后反思熟知光敏电阻与热敏电阻的特性是解决此类问题的关键 即光敏电阻的阻值随光照的增强而减小 热敏电阻的阻值随温度的升高 负温度系数的电阻减小 正温度系数的电阻增大 触类旁通若将例题1中的光敏电阻r3换为负温度系数的热敏电阻 那么温度升高时 电压表的示数 小灯泡的功率如何变化 答案 增大增大 类型一 类型二 类型二霍尔元件的特性 例题2 如图所示 截面为矩形的金属导体 放在磁场中 当导体中通有电流时 导体的上下表面的电势有什么关系 a um un