高中物理 第三章 传感器 第二节 温度传感器和光传感器课件 粤教版选修32.ppt

2温度传感器和光传感器 非接触式红外测温仪 由于物体的温度不同 发射红外线的情况也不同 因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温 1 了解光控开关电路及控制原理 会组装光控开关 2 了解温度报警器及控制原理 会组装温度报警器 3 通过实验的方法 更为深入地认识传感器的应用 温度传感器 双金属片温度传感器 热敏电阻温度传感器 用温度传感器可以把温度转换为电信号 测温元件可以是热敏电阻 金属热电阻 热电偶 红外线敏感元件等 电信号可以远距离输送 因而温度传感器可以远距离读取温度 1 双金属片温度传感器 原理 热胀冷缩将两种膨胀系数差别较大的不同金属片焊接在一起 常温下两触点分离 温度升高 两种金属膨胀性能不同 双金属片形状发生变化 使触点接触 电热水器双金属热保护器 双金属温度计 2 金属热电阻 2 特性 金属热电阻的阻值会随着温度的升高而 具有正温度系数 1 材料 金属热电阻是用金属做成的 金属热电阻r t关系示意图 增大 金属热电阻的应用 金属导体的导电性能随温度升高而降低 金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系有何不同 思考与讨论 常温下两触点是接触还是分离 温度过高时双金属片将怎样作用 如何用调温旋钮来升高或降低电熨斗的工作温度 电熨斗的构造 调温旋钮调节升降螺丝 升降螺丝带动弹性铜片升降 从而改变触点接触的难易 达到控制不同温度的目的 3 热敏电阻 热敏电阻的阻值会随着温度的升高而 具有负温度系数 热敏电阻r t关系示意图 减小 2 特性 1 材料 半导体 例1 如图是一个温度传感器的原理示意图 rt是一个热敏电阻 热敏电阻阻值随温度的升高而降低 试说明传感器是如何把温度值转换为电信号的 电压表的示数怎么变化 温度升高或降低导致rt阻值发生变化 使电路中电流也发生变化 导致r上的电压也发生改变 因此电压表读数将会发生变化 从而就将温度的变化转换为电信号 演示实验 将热敏电阻和多用表的欧姆挡相连 把热敏电阻放到盛水的杯中 向杯里倒入热水 热敏电阻和金属热电阻 根据演示实验回答问题 1 金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同 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换为什么量 4 随着热水倒入多少的不同 欧姆表有何变化 1 金属导体与半导体材料的导电性能随温度变化的关系不相同 金属导体的导电性能随温度升高而降低 半导体材料的导电性能随温度升高而升高 2 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 3 热敏电阻和金属热电阻能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 4 随着水温升高 多用表的指针偏角逐渐变大 二 常用的传感器部件 光敏电阻 1 材料 制作光敏电阻的材料一般为半导体 如 硫化镉 2 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 电阻值一般会随着光照强度的增大而减小 2 光敏传感器部件 3 光敏传感器 手遮盖受光表面 电阻小 电阻大 光敏电阻 电阻随光照的增强而减小 1 光敏电阻的电阻率与光照强度有关 2 光敏电阻受到光照时电阻会变小 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 随着光照增强 载流子增多 导电性能变好 3 光敏电阻能够将光学量转换为电阻这个电学量 4 随着光照强度的增大 多用表的指针偏角逐渐变大 光敏电阻工作原理 光照增强半导体材料中的载流子 自由电子和空穴 浓度增加材料的电阻率减小 以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例 简述其工作原理 报警器带孔的罩子内装有发光二极管led 光电三极管和不透明的挡板 平时 光电三极管收不到led发出的光 呈现高电阻状态 烟雾进入罩内后对光有散射作用 使部分光线照射到光电三极管上 其电阻变小 与传感器连接的电路便可以检测出这种变化 就会发出警报 光控继电器的工作原理是 当照射光敏电阻时 1 光敏电阻的阻值 选填 变大 或 变小 2 被控电路 选填 接通 或 断开 光控设备 变小 接通 光敏电阻的应用 用如图所示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路 要求是 光暗时灯亮 光亮时灯灭 可供选择的器材如下 光敏电阻 学生电源 电磁继电器 滑动变阻器 定值电阻 开关 导线 如有需要可以自行添加所需器材 解析 光敏电阻受到光照射时电阻变小 将光敏电阻 学生电源 滑动变阻器 开关串联接入继电器的a b端 如图所示 将交流电源与路灯接入c e之间 光暗时 光敏电阻的阻值大 ab间电流小 磁性弱 ce处闭合 灯亮 光亮时 光敏电阻的阻值小 ab间电流大 磁性强 吸住衔铁 电路ce处断开 灯灭 例2 如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图 a为光源 b为光电接收器 a b均固定在车身上 c为小车的车轮 d为与c同轴相连的齿轮 车轮转动时 a发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号 被b接收并转换成电信号 由电子电路记录和显示 若实验显示单位时间内脉冲数为n 累计脉冲数为n 则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是 小车速度的表达式为v 行程的表达式为s 车轮半径r和齿轮齿数p 1 温度传感器 感温敏感元件有热双金属片 热电阻 热敏电阻等 2 光传感器 应用广泛 自动门 非触摸式自动水龙头 火灾报警器 光电式转速表 光控开关 鼠标等 注意分析其原理 1 计算机光驱的主要部件是激光头 它可以发射脉冲激光信号 激光扫描光盘信息时 激光头利用光敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统 再通过计算机显示出来相应的信息 光敏电阻的自动计数示意图如图所示 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 当有激光照射r1时 处理系统获得高电压b 当有激光照射r1时 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答案 ad 2 有定值电阻 热敏电阻 光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中a b两点后 用黑纸包住元件置入热水中 观察欧姆表的示数 下列说法正确的是 a 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是热敏电阻b 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数不