传感器及其工作原理人教版选修ppt课件

1、第一节传感器及其工作原理第一节传感器及其工作原理课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道什么是传感器知道什么是传感器2知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔元件以及霍尔元件3知道传感器的工作原理知道传感器的工作原理重点难点：重点难点：对传感器工作原理的理解对传感器工作原理的理解核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第一一节节传传感感器器及及其其工工作作原原理理课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、什么是传感器一、什么是传感器1定义：感受定义：感受_量，并能把它们按照一定量，并能把它们按照一定

2、的规律转换为的规律转换为_量，或转换为电路的量，或转换为电路的_的一类元件的一类元件非电学非电学电学电学通断通断二、光敏电阻二、光敏电阻1特点：电阻值随光照增强而特点：电阻值随光照增强而_2原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，无原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子光照时，载流子_，导电性能，导电性能_；随着光照的；随着光照的增强，载流子增强，载流子_，导电性，导电性_3作用：把作用：把_这个光学量转换为这个光学量转换为_这个电学量这个电学量减小减小少少差差增多增多增强增强光照强度光照强度电阻电阻三、热敏电阻和金属热电阻三、热敏电阻和金属热电阻热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻

3、特点特点电阻率随温度升高电阻率随温度升高而减小而减小电阻率随温度升高电阻率随温度升高而增大而增大制作制作材料材料半导体半导体金属金属优点优点灵敏度好灵敏度好化学稳定性好，测化学稳定性好，测温范围大温范围大作用作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量将温度这个热学量转换为电阻这个电学量四、霍尔元件四、霍尔元件1组成：在一个很小的矩形半导体组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作薄片上，制作4个电极个电极E、F、M、N,就成为一个霍尔元件就成为一个霍尔元件2原理：原理：E、F间通入恒定的电流间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场，同时外加与薄片垂直的磁场B时时,薄片中的载流子就在薄片中的载流

4、子就在_力作用力作用下下,向着与向着与_和和_都垂直的都垂直的方向漂移，使方向漂移，使M、N间出现间出现_ (如图如图611所示所示)图图611磁场磁场磁场磁场电流电流电压电压3霍尔电压：霍尔电压：UH_，d为薄片厚度，为薄片厚度，k为为霍尔系数一个霍尔元件的霍尔系数一个霍尔元件的d、k为定值，若保持为定值，若保持I恒定，则恒定，则UH的变化就与的变化就与B成成_4作用：把作用：把_这个磁学量转换为这个磁学量转换为_这个电学量这个电学量正比正比磁感应强度磁感应强度电压电压核心要点突破核心要点突破一、对热敏电阻和金属热电阻的理解一、对热敏电阻和金属热电阻的理解1热敏电阻热敏电阻图图612用半导体

5、材料制成，其电阻值随温度变化明显，用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，如图如图612所示，所示，(1)为某一热敏电阻的电阻为某一热敏电阻的电阻温温度特性曲线度特性曲线2热敏电阻的两种型号及其特性热敏电阻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件在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数大的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻热敏电阻器器3热敏电阻的用途热敏电阻的用途热敏电阻器的

6、用途十分广泛，主要应用于：热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：(1)利用电阻利用电阻温度特性来测量温度、控制温度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；和元件、器件、电路的温度补偿；(2)利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；保护作用；(3)利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面等流速、液面等4金属热电阻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，称为金属热电阻如图阻也可以制作温度传感器，称为金

7、属热电阻如图612中的中的(2)为金属导线电阻为金属导线电阻温度特性曲线温度特性曲线相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大,而热敏电阻的灵敏度较好而热敏电阻的灵敏度较好特别提醒：特别提醒：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测量范围大，而热敏电属热电阻的化学稳定性好，测量范围大，而热敏电阻的灵敏度较高阻的灵敏度较高即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.如图如图613为电阻为电阻R

8、随温度随温度T变化的图线，下列变化的图线，下列说法中正确的是说法中正确的是()图图613A图线图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的的B图线图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的成的C图线图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高度高D图线图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高度高解析：解析：选选BD.热敏电阻是由半导体材料制成的，其热敏电阻是由半导体材料制成的，其稳定性差，测温范围小，但灵敏度高，其电阻随着稳定性差，测温范围

9、小，但灵敏度高，其电阻随着温度的升高而减小金属电阻阻值随温度的升高而温度的升高而减小金属电阻阻值随温度的升高而增大，图线增大，图线1是金属电阻，图线是金属电阻，图线2是热敏电阻是热敏电阻二、霍尔元件二、霍尔元件1霍尔元件霍尔元件如图如图614所示，在一个很小的矩形半导体所示，在一个很小的矩形半导体(例如例如砷化铟砷化铟)薄片上，制作四个电极薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成，就成为一个霍尔元件为一个霍尔元件图图6142霍尔效应的原理霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的板的一侧聚集，在导

10、体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压稳定的电压特别提醒：特别提醒：判断电势高低时首先明确载流子是正电判断电势高低时首先明确载流子是正电荷还是负电荷荷还是负电荷即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2霍尔元件能转换哪个物理量霍尔元件能转换哪个物理量()A把温度这个热学量转换成电阻这个电学量把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B把磁

11、感应强度这个磁学量转换成电压这个电学把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量量C把力这个力学量转换成电压这个电学量把力这个力学量转换成电压这个电学量D把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量答案：答案：B 如图如图615所示，所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光为光敏电阻，当光照射到敏电阻，当光照射到R3上的光强上的光强度增大时度增大时()A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大课堂互动讲练课堂互动讲练光敏电阻的特性光敏电阻的特

12、性图图615【思路点拨思路点拨】光敏电阻有随着光照强度的增强而光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的阻值减小的特征，由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析分压、分流原理对电路进行动态分析【自主解答自主解答】当照射光强度增大时，光敏电阻当照射光强度增大时，光敏电阻R3的阻值变小，的阻值变小，R3与与L串联后再与串联后再与R2并联的总电阻值变并联的总电阻值变小、干路中总电流变大，小、干路中总电流变大，R1两端电压变大，两端电压变大，A正确；正确；R2两端电压减小，通过两端电压减小，通过R2的电流减小，的电流减小，B正确；总电正确；总电流变大

13、，通过流变大，通过R2的减小，所以通过小灯泡的减小，所以通过小灯泡L的电流变的电流变大，灯泡变亮，功率增大，大，灯泡变亮，功率增大，C正确因为干路中电流正确因为干路中电流变大，内电压变大，路端电压变小，变大，内电压变大，路端电压变小，D错误故选错误故选ABC.【答案答案】ABC【规律总结规律总结】考查光敏电阻，常与直流电路相考查光敏电阻，常与直流电路相联系串并联电路的特点、动态分析成为这一类联系串并联电路的特点、动态分析成为这一类问题考查的热点内容问题考查的热点内容变式训练变式训练1如图如图616所示，所示，R3是光敏电阻，是光敏电阻，当开关当开关S闭合后在没有光照射时，闭合后在没有光照射时，

14、a、b两点等电两点等电势，当用光照射电阻势，当用光照射电阻R3时，则时，则()图图616AR3的电阻变小，的电阻变小，a点电势高于点电势高于b点电势点电势BR3的电阻变小，的电阻变小，a点电势低于点电势低于b点电势点电势CR3的电阻变大，的电阻变大，a点电势高于点电势高于b点电势点电势DR3的电阻变大，的电阻变大，a点电势低于点电势低于b点电势点电势解析：解析：选选A.光照射光照射R3时，由光敏电阻特性，时，由光敏电阻特性，R3的的电阻变小，所以电阻变小，所以UR3减小，减小，a点电势升高，即点电势升高，即a点点电势高于电势高于b点电势，点电势，A正确正确 在温控电路中，通过热敏电在温控电路中

15、，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制如图相关物理量的控制如图617所示电路，所示电路，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为半为半导体热敏电阻导体热敏电阻(温度越高电阻越温度越高电阻越小小),C为电容器当环境温度降低为电容器当环境温度降低时时()热敏电阻的特征热敏电阻的特征图图617A电容器电容器C的带电量增大的带电量增大B电压表的读数增大电压表的读数增大C电容器电容器C两板间的电场强度减小两板间的电场强度减小DR1消耗的功率增大消耗的功率增大【答案答案】AB【规律总结规律总结】解此类问题时，解此类问题时，R2相当于一个滑相当于一个滑动变阻器要把

16、动变阻器要把R2与金属热电阻区别开与金属热电阻区别开变式训练变式训练2如图如图618所示，将万用表的选择所示，将万用表的选择开关置于开关置于“欧姆欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往好指在刻度盘的正中间若往Rt上擦一些酒精，上擦一些酒精，表针将向表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动；若用移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向吹风机将热风吹向电阻，表针将向_(填填“左左”或或“右右”)移动移动图图618解析：解析：若往若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，上

17、擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小温度降低，电阻值增大，所以电流减小,指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻指针应向左偏；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，指针向右偏温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏答案：答案：左右左右霍尔元件的特性霍尔元件的特性图图619【答案答案】(1)evB(2)证明见精讲精析证明见精讲精析变式训练变式训练3如图如图6110所示是霍尔元件的工作所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，表示薄片的厚度，k为霍尔为霍尔系数，对于一个霍尔元件系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持为定值，如果保持电流电流I恒定，则可以验证恒定，则可以验证UH随随B的变化情况以下的变化情况以下说法中正确的是说法中正确的是()图图6110A将永磁体的一个磁极逐渐靠近