2019-2020学年高中物理 第六章 传感器 第1节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2

第1节传感器及其工作原理,学习目标1.知道什么是传感器，理解非电学量转化成电学量的意义。2通过实验理解敏感元件的工作原理。3了解传感器在生活中的应用。,一、什么是传感器1定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等_)，或转换为电路的_的元件。,物理量,电学量,通断,2非电学量转换为电学量的意义：把_转换为电学量，可以方便地进行_、传输、处理和_。二、光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻1光敏电阻(1)原理：无光照时，_极少，导电性能_；随着_的增强，载流子_，导电性变好。(2)作用：把_这个光学量转换为_这个电学量。,非电学量,测量,控制,载流子,不好,光照,增多,光照强度,电阻,2金属热电阻：金属的电阻率随着温度的升高而_。用金属丝制作温度传感器，称为_。3热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力_，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。,增大,热电阻,增强,正,3作用：把_这个磁学量转换为_这个电学量。,磁感应强度,电压,判断下列说法的正误。1有光照射时，光敏电阻的阻值变大。()2热敏电阻在温度升高时阻值变小。()3金属热电阻在温度升高时阻值变小。()4霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出。(),自主思考,5霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。()6霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。(),1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，再传送给控制系统产生各种控制动作。,考点一对传感器的认识,2传感器的组成和工作流程(1)传感器的组成敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。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。转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。,例题传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图611中的虚线框所示，它主要由压力传感器r(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表a(实质是理想的电流表)组成。,图611,压力传感器表面能承受的最大压强为1107pa，且已知压力传感器r的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8v，g取10m/s2。请回答：,(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_a处。(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20ma，则这个人的体重是_kg。思路引导(1)压敏电阻的阻值随压力如何变化。(2)电流表的示数与压力有何关系。,答案(1)1.6102(2)50,规律总结在分析传感器时要明确1核心元件是什么；2是怎样将非电学量转化为电学量的；3是如何显示或控制开关的。,如图612是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。,变式训练,图612,其中电源电压保持不变，r是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况。(1)你认为电压表应该接在图中的_两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(选填“增大”或“减小”)。(2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？,解析(1)由题图可知当油箱内液面高度变化时，r的金属滑片将会移动，从而引起r两端电压的变化。当油量减少时，r的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，电压表的示数减小时，表示油量在减少。(2)把电压表接在b、c之间，油量增加时，r减小，电压表的示数减小油量减少时，r增大，电压表的示数增大。把电压表接在c、d之间，油量增加时，r减小，电路中电流增大，则r两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小。答案(1)c、d减小(2)见解析,1光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比,考点二常见的传感器,特别提醒按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高，电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小。,3电容式传感器的原理及用途(1)原理：电容器的电容c取决于极板正对面积s，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度、位移s、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化。,(2)用途,图613,图613(1)是用来测定角度的电容式传感器，当动片与定片之间的角度发生变化时，引起极板正对面积s的变化，使电容c发生变化，知道c的变化，就可以知道的变化情况。,图(2)是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容c发生变化。知道c的变化，就可以知道h的变化情况。,图(3)是测定压力f的电容式传感器，待测压力f作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容c的变化，知道c的变化，就可以知道f的变化情况。图(4)是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容c发生变化，知道c的变化，就可以知道x的变化情况。,题组突破1(多选)(2018苏州中学高二检测)如图614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,图614,a电压表的示数增大br2中电流减小c小灯泡的功率增大d电路的路端电压增大,解析光的强度是被测量，光敏电阻r3为光敏感元件，同时也是转换器件，当光强度增大时，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，可知r2两端电压必减小，则r2中电流减小，b项正确；结合干路电流增大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，故选abc。答案abc,2如图615所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图，现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计),图615,a如果r为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显b如果r为金属热电阻，读数变小，且变化不明显c如果r为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化非常明显d如果r为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化不明显,解析金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差，而热敏电阻的阻值随温度的升高电阻减小，且灵敏度高，故选项c正确。答案c,3如图616所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为b。当通以从左到导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部右的稳恒电流i时，测得导电材料上、下表面之间的电压为u，且上表面的电势比下表面的低，由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为,图616,答案c,4(多选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图617所示，是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力f作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成