《常见传感器的工作原理及应用》课件

《常见传感器的工作原理及应用》学习目标1．了解光敏电阻的性能、工作原理及作用(重点)2．了解金属热电阻和热敏电阻的性能、工作原理及作用(重点)3．了解电阻应变片的性能、工作原理及作用(难点)学法与考法学法：①通过实验，了解常见传感器的工作原理；②通过热敏电阻实验，了解温度传感器的工作原理考法：①考查光敏电阻的特性；②考查热敏电阻、金属热电阻的应用；③考查霍尔元件的应用知识概览预习导学|新知领悟1．特点：光照越强，电阻________．2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的________，载流子增多，导电性________．3．作用：把____________这个光学量转换为________这个电学量．越小

光敏电阻差

增强

变好

光照强弱

电阻

将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100的欧姆挡．在室内自然光的照射下，电阻值很大；在强光的照射下，电阻值很小．换用一只普通的电阻，小心地把电阻表面的漆涂层除去一些，使里面的导电膜漏出来接受光照．重做上述实验，结果相同吗？【答案】普通电阻的阻值与光照的程度无关．【答案】B【解析】光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零，故B正确．1．金属热电阻．有些金属的电阻率随温度的升高而________，这样的金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻，如图甲所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．2．热敏电阻．热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻________，如图乙所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线．增大

金属热电阻和热敏电阻减小

3．注意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量吗？【答案】热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．

有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度地减小，则这种元件使用的材料可能是 (

)A．金属导体 B．绝缘体C．半导体 D．超导体【答案】C【解析】金属导体的电阻随温度的升高而增大，超导体的电阻几乎为零，半导体(如热敏电阻)的阻值随温度的升高而大幅度地减小．1．金属导体在________作用下发生机械________(伸长或缩短)时，其________随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应．金属电阻应变片就是利用这一原理制成的．2．电阻应变片能够把物体形变这个________学量转换为________这个电学量．外力

电阻应变片形变

电阻

力

电阻

图中是一款鼠标及其内部的电路，传感器在实际工作过程中为什么需要放大电路？【答案】因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路进行放大． (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时(

)A．电容器C的带电量增大B．电压表的读数增大C．电容器C两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大【答案】AB多维课堂|素养初培在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？光敏电阻(1)当光被产品挡住时，R1电阻怎样变化？(2)当光被产品挡住时，电路中电流怎样变化？(3)当光被产品挡住时，R2两端电压怎样变化？(4)此光电计数器为什么能计数？【答案】(1)增大．(2)减小．(3)减小．(4)R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．1．光敏电阻的导电特性：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强．2．光敏电阻特性验证实验设计．(1)实验器材：光敏电阻、多用电表、导线、开关．探究总结(2)实验步骤．①用多用电表欧姆挡两表笔与光敏电阻两端连接，测光敏电阻值如图所示；②手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线，再测光敏电阻的阻值；③全部挡住光线，再测光敏电阻的阻值．(3)实验结论：光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大，而且阻值的变化是非线性的．素养点评：物理观念——知道光敏电阻的概念；科学思维——会用光敏电阻特性分析问题．光敏电阻精练1

(多选)(2020年江西南昌检测)如图所示是用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是 (

)A．严重污染时，LDR是高电阻B．轻度污染时，LDR是高电阻C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响【答案】AD【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确．变式1

(多选)(2020年河南信阳质检)如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则 (

)

A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压【答案】BC【解析】R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A错误，B正确；由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大．A、B间的电压U减小，故D错误．光敏电阻特性精练2如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路图．电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强．测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性，由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路．【答案】如图所示．【解析】控制过程是：当有光照射时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁，使两个常闭触点断开；当无光照射时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．变式2如图所示是自动控制电路的原理图，a、b间电压恒定，R1为光敏电阻，R2为定值电阻．当电路中的光敏电阻不受光的照射时用电器可以正常工作．当光敏电阻受光的照射时，其阻值和电流表的示数如何变化？用电器工作状态怎样？【答案】光敏电阻阻值减小，电流表的示数减小用电器停止工作易错提醒：(1)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量；(2)光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强、电阻减小，入射光弱、电阻增大．借题发挥：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光线增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大，根据题意设计一个路灯自动控制电路．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(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．金属热电阻和热敏电阻(1)若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？(2)若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？【答案】(1)由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏．(2)用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏．1．热敏电阻：指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．如图线①所示为某热敏电阻的电阻－温度特性曲线．2．金属热电阻：有些金属的电阻随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器．热敏电阻或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，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好．探究总结3．光敏电阻、热敏电阻特点对比.元件特点光敏电阻半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小热敏电阻对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小素养点评：物理观念——知道热敏电阻、金属热电阻的概念；科学思维——会用热敏电阻、金属热电阻分析问题．热敏电阻精练3如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是 (

)A．I变大、U变大

B．I变小、U变小C．I变小、U变大

D．I变大、U变小【答案】B【解析】当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，路端电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，由于路端电压减小，则并联部分的电压减小，通过R3的电流I变小，所以显示器的电流I变小，报警器的电压U变小，故B正确．变式3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【答案】C【解析】R2与小灯泡并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数变小，R1两端电压减小，小灯泡两端电压增大，小灯泡亮度变强，故C正确，A、B、D错误．金属热电阻精练4

(多选)如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是(

)A．该传感器利用了钨丝的物理性质B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)【答案】ABC【解析】该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的物理性质，即钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，A、B正确；该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，C正确，D错误．变式4有一种在光照增强或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是

(

)A．两个传感器都是光电传感器B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作【答案】B【解析】题中提到光照增强或温度升高时排气扇都能启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度其中一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确．易错提醒：热敏电阻与金属热电阻的区别比较热敏电阻金属热电阻特点电阻随温度的变化而变化且非常明显电阻随温度的升高而增大制作材料半导体金属导体优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量借题发挥：含有热敏电阻的电路的动态分析顺序霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发现的．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷．电阻应变片(1)霍尔元件能够把磁学量转换为什么量？(2)左、右表面的电势哪个表面高？(3)如果用该元件测赤道处的磁场，保持平面呈水平状态有电压产生吗？(4)如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比吗？1．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．2．我们经常见到的电子秤，它所使用的测力器件是力传感器．常用的一种力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器．3．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量．4．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．探究总结素养点评：物理观念——知道电阻应变片的概念；科学思维——会用霍尔元件分析问题电阻应变片精练5如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏) (

)A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不动D．向左偏到某一刻度后不动【答案】A变式5

(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(

)A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大【答案】BD【解析】应变片多用半导体材料制成，A错误；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，B、D正确．霍尔元件精练6

(多选)如图所示为