揭开传感器的“面纱”. 常见传感器的工作原理 (鲁科版选修)

第5章传感器及其应用 第5章传感器及其应用 第1节揭开传感器的 面纱 第2节常见传感器的工作原理 目标导航1 知道传感器的概念 传感器的种类及其一般结构 2 知道光电传感器的工作原理 在电路中的作用和实际应用 重点 3 知道温度传感器的工作原理 在电路中的作用和实际应用 重点 一 揭开传感器的 面纱 1 什么是传感器 1 定义 能够感受 并将其按照一定的规律转换成 的器件或装置 2 意义 利用传感器可以方便地进行 等 外界信息 电信号 自动测量 自动控制 2 种类繁多的传感器 1 种类 按传感器工作原理的不同传感器分为 和生物传感器 2 传感器的结构 物理传感器 化学传感器 要点一传感器的分类 原理及应用学案导引1 传感器只能将力的信号转变成电信号吗 2 各类传感器的工作原理及应用都相同 对吗 1 核心元件的组成 1 敏感元件是利用材料的某种敏感效应 如热敏 光敏 压敏 力敏 湿敏 制成的 2 转换元件是传感器中能将敏感元件输出的 与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件 3 转换电路的作用是将电信号转换成易于传输或测量的电学量输出 2 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量 如力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而输出的通常是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出的信号是非常微弱的 通常需要经过放大后 再送给控制系统产生各种控制动作 3 传感器的分类 1 物理传感器 工作原理 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测物信息的传感器 实例 如电容传感器 电感传感器 光电传感器 压力传感器等 应用 物理传感器开发早 发展快 品种多 应用广 目前正向集成化 系统化 智能化方向发展 2 化学传感器 工作原理 利用化学反应识别和检测信息的传感器 实例 如气敏传感器 湿敏传感器等 应用 化学传感器比较有发展前途 在环境保护 火灾报警 医疗卫生和家用电器方面有极其广泛的应用 3 生物传感器 工作原理 利用生物化学反应识别和检测信息的传感器 实例 如组织传感器 细胞传感器 酶传感器等 应用 生物传感器专一性好 易操作 设备简单 测量快速准确 使用范围广 4 三类传感器的异同 1 相同点 都能将感受到的非电学量信息转化成电学量 都是利用敏感元件的某种敏感效应制成的 2 不同点 三类传感器的工作原理不同 所利用的敏感元件的敏感效应不同 生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质 二 光电传感器的原理1 光电传感器 把 转换成 的器件或装置 2 光敏电阻 1 光敏电阻器是用金属硫化物等 材料制成的 2 特点 光照越强 电阻 3 光敏电阻器一般用于光的 和光的 光信号 电信号 半导体 越小 测量 控制 3 干簧管继电器 1 干簧管的工作原理 干簧管可以感受外界磁场 当干簧管的两个铁质簧片处有磁场时 两簧片 在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态 磁场减弱时两簧片又分开 在电路中的作用就是一个磁控开关 磁化 2 干簧管继电器 构造 由干簧管和绕在干簧管外的 组成 在电路中的作用 在电路中 可以根据流经线圈的电流大小控制电路的 线圈 通断 想一想2 如图 R1是光敏电阻 当光照增强时 AB端电压如何变化 变式训练1 如图所示 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RG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RG包裹起来 表针将向 填 左 或 右 转动 若用手电筒光照射RG 表针将向 填 左 或 右 转动 解析 欧姆表的表盘刻度最右边是0 最左边是无穷大 将RG包裹起来 光敏电阻受光照变弱 电阻增大 指针向左转动 用手电筒照射RG时 光敏电阻受光照变强 电阻减小 指针向右偏转 答案 左右 三 探究温度传感器的原理1 温度传感器的定义及其敏感元件温度传感器是一种将 转化为 的装置 温度传感器中常见敏感元件有 和 等 它们都是利用敏感元件的某种电学特性随 变化而变化的特性制成的 温度 电学量 热敏电阻 热电偶 温度 2 热敏电阻的构造及特性热敏电阻是用 材料制成的 其电阻值随温度变化明显 NTC热敏电阻 负温度系数 的阻值 随温度升高而 PTC热敏电阻的阻值随温度升高而 半导体 减小 增大 要点三温度传感器的原理及热敏电阻学案导引1 温度升高 热敏电阻的阻值一定减小吗 2 热敏电阻与金属热电阻相同吗 1 温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置 常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等 2 热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成 当半导体材料的温度升高时 必定接收了外界的能量 自己的内能增加 加剧内部分子 或原子 的热运动 使很多束缚电荷变为自由电荷 载流子增多 增强了导电性 热敏电阻有温度系数大 灵敏度极高 反应迅速 体积小 寿命长等优点 3 热敏电阻的两种类型热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化 常见的有两种类型 1 正温度系数热敏电阻 PTC热敏电阻 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而增大 其特性与金属热电阻相似 其电阻随温度的变化图象如图甲所示 2 负温度系数热敏电阻 NTC热敏电阻 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而明显减小 其电阻随温度的变化图象如图乙所示 4 热敏电阻的用途热敏电阻可以将温度这一非电学量的变化转化为电阻的变化 进而转化为电流或电压这些电学量的变化 理论上说 所有与温度有关的问题都可以使用热敏电阻 热敏电阻的灵敏性好但稳定性较差 测温范围较小 5 热敏电阻与金属热电阻的区别金属热电阻是利用金属材料的电阻率随温度的升高而增大这一特性制成的 金属热电阻跟热敏电阻一样 都能把温度变化这一非电学量转变为电学量 但相比而言 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 而灵敏度较差 如图所示 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 思路点拨 解答本题要注意下面两个问题 1 R2为负温度系数的热敏电阻 说明其阻值随温度升高而减小 2 温度降低说明热敏电阻阻值发生变化 精讲精析 当温度降低时 热敏电阻的阻值增大 电路总的阻值增大 电流减小 R1两端电压减小 A B错 并联部分电压增大 灯泡功率增大 亮度变亮 D错 C对 答案 C 变式训练2 如图所示 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 偏 若用吹风机将