第4章 4.1　传感器的原理4.2　探究热敏电阻的温度特性曲线

1、.4.1传感器的原理4.2探究热敏电阻的温度特性曲线学 习 目 标知 识 脉 络1.知道传感器的概念，知道传感器的常见类型2理解传感器的敏感元件和转换电路重点3掌握热敏电阻的阻值与温度的关系重点4会用光敏电阻和热敏电阻设计、分析一些实际问题.自 主 预 习探 新 知知识梳理一、传感器的原理1传感器1定义：传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电学量转换成电学量的装置它一般包括敏感元件和转换电路等2敏感元件：它是传感器的核心，它利用各种物理、化学、生物效应，将非电学参数的变化转换成电学参数的变化3转换电路：将敏感元件采集的信息进展处理，以电压或电流的形式输出

2、2智能传感器转换电路采用计算机进展信息处理，并输出数字信息的传感器3光敏电阻的导电特性光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小4传感器的类型类型特性举例物理型传感器利用被测物理量变化时，敏感元件的电学量如电压、电阻、电容等发生明显的变化的特性制成的力学传感器化学型传感器用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的离子传感器生物型传感器利用生物体组织的各种生物、化学与物理效应制成的酶传感器、免疫传感器、抗原抗体传感器等二、探究热敏电阻的温度特性曲线1探究热敏电阻的阻值随温度变化的方案探究方案一1实验电路如图411所示图4112原理固定热敏电阻两端的电压U0，测量热敏电阻在各温度下的

3、电流值Ii.由欧姆定律求得其电阻R，探究阻值跟温度的关系3实验步骤将热敏电阻用塑料薄膜紧贴着包裹一层，使得水浴时热敏电阻的引线不直接与水接触用带有导线的金属夹夹住热敏电阻的引线，连接好电路闭合开关，记下电压表及电流表读数，计算出热敏电阻阻值，并记下热敏电阻的温度即水温t.屡次改变水的温度，调节滑键P的位置，使电压表示数保持U0不变，记下电流表读数及水温，计算出对应的电阻值作出热敏电阻Rt图线探究方案二1实验器材：热敏电阻、多用电表、烧杯备用冷、热水、温度计、铁架台2实验步骤如图412所示，将一热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值图412将热敏电阻放入装有少量冷水并插有

4、温度计的烧杯中，记录温度、电阻值再分几次向烧杯中倒入热水观察不同温度下热敏电阻的阻值把测量到的温度、电阻值填入表中次数12345t/CR/在图413中，粗略描绘出热敏电阻的阻值R随t变化的Rt图线图4132热敏电阻的温度特性1热敏电阻由半导体材料制成，所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数的热敏材料PTC，它的电阻随温度的上升而增加负温度系数的热敏材料NTC，它的电阻随温度的上升而下降临界温度系数的热敏材料CTC，它的电阻在很小的温度范围临界内急剧下降2用处：PTC和CTC型热敏电阻在一定温度范围内，阻值随温度而剧烈变化，因此常用作开关元件在温度测量中使用最多的是NTC型热敏电阻三、热敏

5、电阻与金属热电阻氧化锰热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度的升高而减小电阻率随温度的升高而增大制作材料半导体金属优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量根底自测1考虑判断1传感器是把电学量转换为非电学量的装置【提示】传感器是把非电学量转成电学量2地震救灾时使用的生命探测仪是利用了生物传感器3计算机用的鼠标器是一个光敏传感器4金属热电阻的阻值随温度升高而增大5负温度系数的热敏电阻阻值随温度升高而增大【提示】负温度系数热敏电阻阻值随温升高而减小6在含有热敏电阻的传感器电路中，欧姆定律仍然成立2以下说法正确的选项是 【导学号：53932096】A凡将非电学量转化为电

6、学量的传感器都是物理传感器B湿敏传感器只能是物理传感器C物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出D物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应D各种传感器虽然工作原理不同，但根本功能相似，多数是将非电学量转化为电学量，故A错；湿敏传感器为化学传感器，故B错；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错；由物理传感器定义知D对3有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，那么这种元件可能是A金属导体B绝缘体C半导体 D超导体C上述四种材料只有半导体的电阻随温度升高而减小，应选C.合 作 探 究攻 重 难对传感器的理解1.传感器的工作原理传感器感受的一般是非电学量，如压力、温度

7、、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再输送给自动控制系统以使其产生各种控制动作2三类传感器的异同1一样点：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3一些常见的传感器传感器种类繁多，详细功能各不一样，下表给出一些常见的传感器及其工作原理传感器品种工作原理可被测定的非电学量力敏电阻、热敏电阻、半导体传感器阻值变化力、质量、加速度、

8、温度、湿度、气体电容传感器电容量变化力、质量、加速度、液面、湿度感应传感器电感量变化力、质量、加速度、旋进数、转矩、磁场霍尔传感器霍尔效应角度、旋进度、力、磁场压电传感器，超声波传感器压电效应压力、加速度、间隔 如图414所示，是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置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，可以理解油量情况，你认为电压表应该接在图中的_两点之间，按照你的接法请答复：当油箱中油量减少时，电压表的示数将_选填“增大或“减小思路点拨：油量减少，浮标下降，电阻增大，cd间电压减小【解析】由题图可知当油箱内液

9、面高度变化时，R的金属滑片将会挪动，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，电压表数值减小时，表示油量在减小【答案】c、d减小传感器问题的分析思想不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化针对训练1如图415所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿程度方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接声源S做位移xAsin100t的振动，那么 【导学号

10、：53932097】图415Aa振动过程中，a、b板间的电场强度不变Ba振动过程中，a、b板所带电荷量不变Ca振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流Da向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大D由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据场强E，C可判断A错、D对；再由QCU可知，B错；由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错热敏电阻一、常见几种传感器的工作原理1光敏电阻和热敏电阻的原理光敏电阻和热敏电阻一般是由半导体材料做成，当半导体材料受到光照增强或温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，于是导电性能明

11、显增强，电阻减小2金属热电阻的原理金属的电阻率随温度升高而增大，随温度降低而减小，故能感受周围温度的变化3热敏电阻和金属热电阻的区别两者原理不同，材料不同，同样的温度变化电阻变化不同，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，热敏电阻灵敏度高热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度变化的图像如图416所示图416二、两类热敏电阻的区别与应用1区别NTC热敏电阻具有负温度系数，阻值随温度的升高而减小；PTC热敏电阻具有正温度系数，阻值随温度的升高而增大2应用1PTC热敏电阻的应用电器过流过热的保护，主要应用于电脑、电视机、吹风机、热水机等；照明延时；消磁器，主要用于电视机的消磁电路；启动器，用于空调、冰箱等2

12、NTC热敏电阻的应用家用电器，如应用于电饭锅、枯燥箱的温度传感器上；电子礼品，如电子万年台历；应用于工业上，如应用于医药、化工消费设备中的温度传感器上；电池充电器等多项选择温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的上下转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的电熨斗装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，其构造如图417所示以下说法正确的选项是图417A常温下，上、下触点应是接触的B熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物时，需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝C常温下，上、下触点应是别离的D温度过高时，上、

13、下触点应是接触的AB常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属片膨胀大，下部金属片膨胀小，那么双金属片向下弯曲，使触点别离，从而切断电源，停顿加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进展，从而起到自动控制温度的作用，所以A正确，C、D错误；熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过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，到达控制不同温度的目的，B正确关于热敏电阻的两点提醒1热敏电阻随温度的升高，电阻有可能减小，也有可能增大2并非所有半导体材料都可以当成光敏电阻或热敏电阻使用针对训练2如图

14、418所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，假设用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡的亮度变化是_，发生这一现象的主要原因是_填选项序号A小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化【解析】电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据PI2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗【答案】变暗C当 堂 达 标固 双 基1关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的以下说法中正确的选项是 【导学号：53932098】A物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的，因此只能用于机

15、械加工行业不能用于化工领域B化学传感器是利用某种化学反响来工作的，因此只能输出某种化学物质而不能输出电学量C生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D生物传感器由于含有生命物质，因此对使用传感器的环境条件有一定要求D不管哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；生物传感器可以使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错、D对2人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为到达这一要求应利用以下哪种传感器感知太阳方位A力传感器B光传感器C温度传感器 D生物传感器B太阳能电池板的有效