高中物理 第1节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32.ppt

第六章传感器第1节传感器及其工作原理 栏目链接 热敏电阻器的两种型号及其特性热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件 在工作温度范围内 电阻值随温度上升而增加的是正温度系数 ptc 热敏电阻器 电阻值随温度上升而减小的是负温度系数 ntc 热敏电阻器 热敏电阻器可按电阻温度特性 材料 结构 工作方式 工作温度和用途进行分类 栏目链接 热敏电阻器的分类 栏目链接 热敏电阻器的用途十分广泛 主要应用于 利用电阻 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 利用非线性特性完成稳压 限幅 开关 过流保护作用 利用不同介质中热耗散特性的差异测量流量 流速 液面 热导 真空度等 利用热惯性作为时间延迟器 栏目链接 栏目链接 1 传感器是指这样一类元件 它能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并能够把它们按照一定的规律转换为 等电学量 或转换为 2 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为 这个电学量 3 热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为 这个电学量 4 霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为 这个电学量 电压 电流 电路的通断 电阻 电阻 电压 栏目链接 栏目链接 栏目链接 一 传感器及其原理 1 传感器 传感器是这样一类元件 它能够感受诸如力 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成为电压 电流等电学量 或转换成为电路的通断 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 栏目链接 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 栏目链接 3 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 传感器原理如下图所示 栏目链接 二 光敏电阻及其特性 1 光敏电阻的特性 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 光敏电阻的电阻随光照的增强而减小 2 光敏电阻的工作原理 光敏电阻在被阳光照射时电阻发生变化 原因是构成物质为半导体材料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 电阻增大 随光照的增强 载流子增多 导电性能变好 电阻减小 栏目链接 例1 双选 如下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 栏目链接 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 解析 每当光照射在光敏电阻r1上时 r1电阻变小 串联电路中 r2上的电压变大 即信号处理系统获得高电压 a对 当信号处理系统接收到一次低电压 相应计数一次 所以此题应选a c 答案 ac 栏目链接 变式迁移 1 如下图所示 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 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 填 左 或 右 转动 若用手电筒照射rt 表针将向 填 左 或 右 转动 栏目链接 解析 光敏电阻受光照越强 电阻越小 所以将rt用不透光的黑纸包起来 电阻增大 指针左偏 若用手电筒光照射rt 电阻减小 指针右偏 答案 左右 栏目链接 三 热敏电阻及其特性 1 热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成 其电阻值随温度的变化明显 温度升高电阻减小 如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线 栏目链接 2 金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大 这样的电阻也可以制作温度传感器 称为热电阻 下图为某金属导线的电阻 温度特性曲线 栏目链接 注意 热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换成电阻这个电学量 但相比而言 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 例2如图所示 将万用表的选择开关置于欧姆挡 再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中间 若往rt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 栏目链接 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 所以电流减少 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 答案 左右 栏目链接 变式迁移 2 双选 有定值电阻 热敏电阻 光敏电阻三只元件 将这三只元件分别接入如下图所示电路中的a b两点后 用黑纸包住元件或者把元件置入热水中 观察欧姆表的示数 下列说法中正确的是 栏目链接 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 欧姆表示数不变化 这只元件一定是定值电阻c 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 这只元件一定是光敏电阻d 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 这只元件一定是定值电阻 变式迁移 栏目链接 变式迁移 解析 热敏电阻的阻值随温度变化而变化 定值电阻和光敏电阻不随温度变化 光敏电阻的阻值随光照变化而变化 定值电阻和热敏电阻不随之变化 答案 ac 栏目链接 四 霍尔元件 栏目链接 变式迁移 栏目链接 例3 双选 中国科学家发现了量子反常霍尔效应 杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级 如图所示 厚度为h 宽度为d的金属导体 当磁场方向与电