第五章传感器课件高二下学期物理教科版选择性必修二册

传感器红外感应自动门它是通过什么东西“感知”外界的？5.1认识传感器1、概念：

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，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。一、什么是传感器力温度光声化学成分非电学量电学量电压电流电路的通断传感器2、生活中常见的传感器(1)感应门的上方装有红外线传感器,控制大门的开启和关闭。(2)楼道中安装有声传感器,控制灯的开启和关闭。(3)水龙头旁边装有红外线传感器,控制水龙头打开和关闭。声控开关红外感应自动门烟雾报警器二、传感器的结构1、通常传感器由敏感元件和转换元件组成,有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分,如图所示。2、敏感元件:直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息,并将这些信息变换成易于测量的物理量。常见的有力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等。3、转换元件:又称传感元件,将敏感元件输出的物理量转换成电学量。4、信号调节转换电路:对转换元件输出的信号进行放大、消除干扰,转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。（1）光敏电阻5、两种敏感元件实验：分别在自然光照射和用手遮住透光口两种情况下读出光敏电阻阻值。

光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。发生这样变化的原因在于，不同的光照下的载流子数目不同，从而使其导电性能发生变化，即电阻发生了变化。光敏电阻能够将光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量。

（2）干簧管原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。1、物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器等利用温度传感器制成的电子体温计利用压力传感器制成的电子秤利用光学传感器制成的手机解锁键三、传感器的分类离子传感器、气体传感器等2、化学传感器：利用电化学气体传感器制成的可燃气体报警器利用离子传感器制成的负氧离子传感器：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等3、生物传感器利用葡萄糖生物传感器制成的血糖仪利用生物传感器制成的心率仪5.2常见传感器的工作原理烟雾报警器的工作原理是什么？电熨斗是如何控制温度的？1、热敏电阻温度传感器一、温度传感器

将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。实验现象热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。实验结论1、热敏电阻温度传感器热敏电阻由半导体材料制成,其电阻的阻值随温度灵敏变化,可分为：（1）阻值随温度升高而减小的负温度系数热敏电阻(NTC)（2）阻值随温度升高而增大的正温度系数热敏电阻(PTC)。2、热电阻温度传感器钨丝（2）规

律：

电阻随温度的升高而增大。电阻—温度特性曲线RTo（1）电阻与温度的关系：

常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做

电阻温度计。（3）应用：可用于测温和测量流体的流量等3、热双金属片温度传感器（1）双金属片在温度变化时由于“膨胀系数”不同而产生的形变不同,可用来控制电路的通断,常用在温度控制装置中。（2）应用：双金属热保护器结构示意图3、常见应用①自动门和自动水龙头为红外线传感器,在环境监测、火灾报警中利用了光传感器。②测量机械转速时用到光传感器。二、光传感器1、材料:金属或半导体。2、信号转换:光信号转换为电信号(电流、电压)。三、力传感器1、装置作用:把力学量转换为电学量。2、敏感元件:应变片。3、信号输出:电压差。金属梁应变片应变片F

在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。4、工作原理电子秤5、应用：电子秤5.3传感器的应用举例一、温度传感器的应用——电熨斗思考与讨论：①常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？答：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，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。思考与讨论：②熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？答：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，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的。二、温度传感器的应用——电饭锅（1）温度传感器的主要元件是什么？感温铁氧体（2）

感温铁氧体的组成物质是什么？氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成（3）感温铁氧体有何特点？什么是“居里点”？常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到103℃，失去铁磁性．居里点，又称居里温度，即指103℃。思考与讨论:工作原理:按下手动开关,触点连接,电热板加热,此时永磁铁与感温铁氧体吸在一起,当锅内缺水或锅底开始糊锅,温度升高到103℃时,感温铁氧体失去磁性,永磁铁下移,两触点分离,锅底温度不再升高。三、光传感器的应用——火灾报警器1、遮光型光电式烟雾报警器（1）结构（2）工作原理:正常情况下,发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上,将其转换成电信号,使整个电路维持在正常状态,不发出警报。发生火灾时烟雾进入检测室,光被烟雾粒子反射或散射,照射到受光元件上的光强明显减弱,破坏了电路的正常状态,由此发出报警信号。2、散射型光电式烟雾报警器（1）结构（2）工作原理:正常情况下,发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光,不能照射到受光元件上,电路维持正常状态。当发生火灾时,光经烟雾反射或散射照射到受光元件上,由此发出报警信号。四、各种传感器的应用——汽车1、目前,一辆普通轿车上安装几十到近百个传感器,而配置较高的车型上的传感器数量可多达几百个。2、传感器可以感受到汽车行驶过程中的各种工况信息,并将这些信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信号,进而对汽车各种信息进行实时、有效地监控,从而使汽车工作在最佳状态。5.4自制简单的控制电路一、光控LED灯1、原理框图2、工作原理有光照的情况下,光敏电阻的阻值只有几欧到几十欧,Q1的基极和发射极间电压小,不能导通,Q2的基极和发射极间的电压也较小,也不能导通,所以LED不会发光。当无光照时,光敏电阻的阻值会达到MΩ量级。Q1的基极与发射极间的电压