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6 1传感器及其工作原理 第六章传感器 学习目标 1 知道什么是传感器 2 知道什么是光敏电阻 热敏电阻 金属热电阻以及霍尔元件 3 知道传感器的工作原理 自动门 一 引入新课 自动干手机 观察生活中的实例 想一想 生活中还有哪些利用传感器的例子 酒精含量测试仪 雷达测速仪 电子秤 红外线温度计 原理 当磁体靠近干簧管时 两个簧片被磁化 相互吸引而接通 干簧管能起到开关的作用 演示实验 同学们观察实验 思考如何来解释观察到的实验现象 磁信号 电路的通断 干簧管 二 探究规律 一种防盗门报警电路 干簧管 阅读课本第52页的内容 思考以下问题 然后自主回答 1 什么是传感器 2 传感器的作用是什么 3 利用传感器有什么优点 一 什么是传感器 1 传感器的定义 传感器是指这样一类元件 它能够感知诸如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并把它们按照一定的规律转化成电压 电流等电学量 或转化为电路的通断 非电学量电学量 3 特点 优点 易测量 易传输 易处理 易控制 2 传感器的作用 1 光敏电阻由什么物质制成 它的电阻率与什么有关 2 光敏电阻受到光照时会发生什么变化 3 光敏电阻能够将什么量转化为什么量 二 敏感元件 1 光敏电阻 阅读课本第53页的内容 思考以下问题 然后自主回答 光敏电阻 制作传感器常用的敏感元件 特性 光敏电阻对光敏感 当改变光照强度时 电阻的大小也随着改变 一般会随着光照强度的增大而电阻值减小 实验观察 光敏电阻在暗环境和强光照射下 电阻有什么不同 1 光敏电阻 光敏电阻的工作原理 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 硫化镉是一种半导体材料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子也增多 导电性变好 如图6 1 4所示 将多用电表的选择开关置于电阻挡 再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的中央 若用不透光的黑纸将Rt包裹起来 表针将向 选填 左 或 右 转动 若用手电筒光照射Rt 表针将向 选填 左 或 右 转动 练一练 左 右 1 半导体材料与金属导体的导电性能随温度的变化有什么不同 2 热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点 3 热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量 二 敏感元件 2 热敏电阻和金属热电阻 阅读课本第53页的内容 思考以下问题 然后自主回答 热敏电阻 特性 热敏电阻的阻值会随着温度的升高而 减小 实验观察 把热敏电阻放入热水中 随着温度的升高 电阻如何变化 1 热敏电阻 金属热电阻 铂电阻 规律 电阻随温度的升高而增大 优缺点 热敏电阻灵敏度高 但化学稳定性较差 测量范围较小 金属热电阻的化学稳定性较好 测量范围较大 但灵敏度较差 2 金属热电阻 AB中可能接了定值电阻 热敏电阻 光敏电阻三只元件中的一个 1 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是 2 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是 3 先置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数不变化 再用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比 欧姆表示数相同 这只元件一定是 热敏电阻 定值电阻 光敏电阻 练一练 1 什么是霍尔元件 2 什么是霍尔电压 霍尔电压的计算公式是什么 3 霍尔元件的作用是什么 3 霍尔元件 同学们阅读课本第55页部分 思考回答以下问题 制作传感器常用的敏感元件 在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上 制作4个电极 就成了一个霍尔元件 霍尔元件 3 霍尔元件 霍尔效应 当电场力增大到与洛伦兹力相等时 内外侧端面间就形成一个稳定的电场 此时两端面形成一个稳定的电压UH 这种现象称为霍尔效应 这个电压叫做霍尔电压 可以证明 霍尔电压UH d 薄片的厚度k 霍尔系数 霍尔元件 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 如图所示 有电流I流过长方体金属块 金属块宽度为d 高为b 有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里 金属块单位体积内的自由电子数为n 试问金属块上 下表面哪面电势高 下表面 练一练 电容式位移传感器 电容式位移传感器把力学量 位移 转换为电学量 电容 被测物体 x 电容器极板 电介质板 下图是一种电容式位移传感器 请简单说一下它的工作原理 说一说 传感器是一种采集信号的重要器件 如图是一种测定压力的电容式传感器 当待测压力F作用于可动膜片产生变形 引起电容的变化 若将电容器 灵敏电流计和电源串联接成闭合电路 那么 A 当F向上压膜片电极时 电容将减小B 当F向上压膜片电极时 电容将增大C 若电流计有示数 则压力F发生变化D 若电流计有示数 则压力F不发生变化 BC 练一练 1 传感器 2 原理 2 敏感元件 1 光敏电阻 光电传感器 2 热敏电阻 温度传感器 3 霍尔元件 磁传感器 4 电容器 位移传感器 非电学量 敏感元件 转换电路 电学量 非电学量电学量 1 概念 转换为 6 1传感器及其工作原理小结 1 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 BD 三 迁移运用 2 如图6 1 5所示 R1为定值电阻 R2为负温度系数的热敏电阻 当温度降低时 电阻变大 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 C 3 如图所示 R1 R2为定值电阻 L是小灯泡 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 小灯泡变亮D 电路的路端电压增大 ABC 4 如图是一火警报警的一部分电路示意图 其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器 电流表为值班室的显示器 a b之间接报警器 当传感器R2所在处出现火情时 显示器的电