第4讲　传感器及其应用

第十二章交变电流电磁波传感器第4讲传感器及其应用判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)．1.传感器是把非电学量转换为电学量的元件．(

)2.所有传感器都是由半导体材料制成的．(

)3.金属材料也可以制成传感器．(

)4.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的．(

)5.随着光照的增强，光敏电阻的电阻值一定逐渐增大．(

)6.电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压信号．(

)7.水银不能作为传感器．(

)8.话筒是一种常用的声传感器，将某著名企业号转换为声音信号．(

)课前3min√×√××√××考点一敏感元件与传感器1.传感器的工作原理：能够感受诸如力、、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是电压、电流等______量，或转换为电路的______.把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、______、处理和______.传感器应用的一般模式如图所示：电学通断传输控制2.传感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成_________的部分．(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的某著名企业号放大的部分．某著名企业号3.传感器的分类

工作原理举例物理传感器利用物质的物理特性或物理效应感知并检测出待测对象信息力传感器、磁传感器、声传感器等化学传感器利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度转换为某著名企业号离子传感器、气体传感器等生物传感器利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等4.常见敏感元件(1)光敏电阻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．越小差增强变好光照强弱电阻(2)热敏电阻热敏电阻一般由半导体材料制成，其电阻随变化明显，高电阻______，如图甲所示为某一热敏电阻的阻值随化的特性曲线．注意：在工作围内，电阻值随升而增加的是正数(PTC)热敏电阻器；电阻值随升而减小的是负数(NTC)热敏电阻器．减小(3)金属热电阻有些金属的电阻率随升高而______，这样的电阻也可以制作感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的性曲线．(4)电阻应变片①

电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体______这个力学量转换为______这个电学量．②

电子秤的组成及敏感元件：由_________和电阻_________组成，敏感元件是_________.③

电子秤的工作原理

增大形变电阻金属梁应变片应变片典例1

(2024·苏州期末)一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭．为实现上述功能，最适合的传感器是(

)A.光敏电阻 B.电阻应变片C.热敏电阻 D.干簧管D【解析】

根据题意，应使用干簧管，使得门动时穿过干簧管磁通量变化，干簧管控制电路通断，故D正确．典例2

(2024·淮安期末)如图所示为电熨斗构造示意图，其中感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断．下列说法中错误的是(

)A.常，电熨斗的上下触点是接触的B.当高时，双金属片向下弯曲C.当高时，双金属片上层的膨胀大于下层D.熨烫丝绸衣物需要设定较低的，这时调节调使调下降D【解析】

当高时，双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，接触点断开，故上层的膨胀大于下层金属片，从而向下弯曲，故C正确；常，电熨斗的上下触点是接触的；当高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调，故双金属片向下弯曲，故A、B正确；熨烫丝绸衣物需要设定较低的，即高时，金属片就要离开触点，所以要将调旋转上升，保证在高到一定值时，金属片与接触点断开，故D错误．考点二实验：利用传感器设计并制作简单的自动控制装置1.门窗防盗报警装置的设计(1)电路如图所示．(2)实验操作①

连接电路前，要先判断干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作．②

确定各元件可以正常工作后，连接电路．接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，观察实验现象．2.光控开关的设计(1)电路如图甲或乙所示．(2)实验操作①

按照如图甲或乙所示连接电路，检查无误后，接通电源．②

让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．③

遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光．④让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭．(3)注意事项①

安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．②

光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接．③

如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察．典例3某同学通过实验制作一个简控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现．继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与t的关系如下表所示.t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干．为使该装置实现对30.0～80.0℃之间任一控制，电源E应选用________(填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(填“R1”或“R2”)．E2R2(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(填“A”“B”“C”或“D”)．(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(填“偏转”或“不偏转”)．(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50.0℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是____________(填写各步骤前的序号)．①

将热敏电阻接入电路②

观察到继电器的衔铁被吸合③

断开开关，将电阻箱从电路中移除④

合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤

断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1ΩC不偏转偏转⑤④②③①(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C.(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转．(4)欲使衔铁在50.0℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①.随堂内化1.下列关于传感器的说法中错误的是(

)A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将某著名企业号转换为声信号B.电子秤所使用的测力装置是力传感器，它把力信号转化为电压信号C.电熨斗能自动控制原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断D.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A2.电饭锅中感的“居里”为103℃，下列说法中错误的是(

)A.常具有较强的磁性B.当过103℃时，感的磁性较强C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的超过103℃，这时开关按钮会自动跳起D.常压下只要锅内有水，锅内的不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起【解析】

常的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感相互吸引而接通电路，感的居里103℃，常压下只要锅内有水，锅内不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底会达到103℃，感磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起，综上所述选项A、C、D正确，B错误．B3.磁传感器是将磁信号转变为某著名企业号的仪器．如图所示，将探头放在磁场中，可以很方便地测量磁场的强弱和方向．探头可能是(

)【解析】

探头放在磁场中，可以很方便地测量磁场的强弱和方向，将磁信号转变为某著名企业号，因此可能是霍尔元件，故C正确．A.感应线圈

B.热敏电阻C.霍尔元件

D.干簧管C4.(2024·南通期初质量监测)如图所示为火灾报警器的部分电路，下列说法中正确的是(

)A.图中的外罩必须是密封的B.图中的挡板必须是透明挡板C.如有烟雾颗粒进入该装置即可能报警D.若LED灯两端的电压波动，该装置将报警C【解析】

烟雾从外罩进入罩内，所以外罩不能密封，故A错误；LED灯和光电三极管用一不透明的挡板隔开，没有险情时光电三极管不能收到LED灯发出的光，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上，将光信号转换成某著名企业号，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，所以LED灯两端的电压波动无法使该装置报警，故B、D错误，C正确．配套精练一、

选择题1.(2024·末)在公共场所装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就会开通电热器加热，喷出热空气将手烘干．自动干手机使用的传感器应该是(

)A.磁传感器

B.红外线传感器C.力传感器

D.声传感器【解析】

手靠近干手机时，红外线传感器通过接收身体表面辐射出来或反射回来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器，故B正确．B2.(2024·宿迁期末)全自动洗衣机在家庭日常生活中起到很大的作用．如图所示为设有多段式水位自动感应装置的洗衣机，该自动感应装置可能采用的是(

)【解析】

水位不同，水对洗衣机底部的压力不同，所以该自动感应装置可能采用的是压力传感器，故A正确．A.压力传感器 B.感器C.光学传感器 D.红外线传感器A3.下列可以用来控制电路通断的感器元件有(

)A.双金属片 B.霍尔元件C.应变片 D.干簧管【解析】

常，双金属片不形变，当达到一定，由于膨胀系数不同，导致形变量不同，从而控制电路通断，故A正确；霍尔元件的工作原理是当有磁场时，载流子受到洛伦兹力作用，导致载流子偏转，从而改变电压，故B错误；应变片是压力传感器，故C错误；干簧管是一种磁控制的开关，故D错误．A4.如图所示为某电感式位移传感器的原理图，1是待测位移的物体，3是接交变电流的空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随物体1左右平移，则该传感器(

)A.将电流变化信号转化为位移变化信号输出B.将位移变化信号转化为电流变化信号输出C.将位移变化信号转化为电阻变化信号输出D.当物体向左某著名企业时，线圈的自感系数变小B【解析】

电感式位移传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，故B正确，A、C错误；当物体向左某著名企业时，软铁芯插入线圈的深度增大，则线圈的自感系数增大，故D错误．5.下列关于传感器元件的说法中，正确的是(

)A.如图甲所示，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用B.如图乙所示，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变大C.如图丙所示是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻导电性变差D.如图丁所示，当力F越大，金属形变越大，应变片的电阻变化就越小A【解析】

当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用，A正确；当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入的长度变小，线圈自感系数变小，B错误；光敏电阻，当光照增强时，电阻变小，C错误；当力F越大，金属形变越大，应变片的电阻变化就越大，D错误．6.(2024·南通期末)“嫦娥六号”采用了大量的传感器．某金属热电阻和热敏电阻的阻值R随T变化的关系图像如图所示，下列说法中正确的是(

)A.金属热电阻不可用来做电阻B.金属热电阻在升时导电能力增强C.热敏电阻的阻值随变化不明显D.它们都能够把个热学量转换为电阻这个电学量D【解析】

金属热电阻的阻值对升高而增大，这样的金属可以制成感器，称为热电阻，可用来做电阻，故A错误；金属热电阻在升时，电阻变大，导电能力减弱，故B错误；热敏电阻的阻值随升高而降低，其阻值变化明显，故C错误；金属热电阻和热敏电阻它们都能够把个热学量转换为电阻这个电学量，故D正确．7.某路的原理如图所示，R热是半导体热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15～27℃

的环境中工作，当环境高或偏低时，控制器会自动启动降．下列说法中正确的是(

)A.环境低，R热

的阻值减小B.环境高，Uab变大C.滑片P向下某著名企业时，Uab变大D.调节滑片P的位置能改变降启动时的临界D【解析】

环境低时，需要升温，控制器两端电压Uab要变大，则R热的阻值增大，故A错误；环境高时，R热的阻值减小，根据串联电路中电压与电阻成正比，可以知道Uab变小，故B错误；滑片P向下某著名企业时，R增大，总电流减小，则Uab变小，故C错误；调节滑片P时，可改变Uab，从而改变升启动时的临界，故D正确．8.如图所示是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图.R是光敏电阻，R0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起．下列关于该电路分析正确的是(

)A.该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大B.增加电源电动势可以增加路灯照明时间C.增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间D.并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间C【解析】

日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，说明控制电路中电流大，即光敏电阻此时阻值小，则当日光充足时光敏电阻R阻值减小，故A错误；电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；增大保护电阻R0，减小了电流，延长了照明时间，故C正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，会减少照明时间，故D错误．二、

实验题9.一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx)．(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表所示，根据表中已知数据，在如图甲所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图甲可求出照度为1.0lx时的电阻约为________kΩ.照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ6.03.52.62.2

1.82.0(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．A、B【答案】见解析(3)用多用电表的欧姆挡选“×10”的倍率，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于2mA时，继电器的衔铁将被吸合．图乙中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10Ω，2A)、R2(0～200Ω，1A)、R3(0～1750Ω，0.1A)．要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．140R3减小【解析】

(1)从题图甲中读出对应于照度为1.0lx时的纵坐标可得对应电阻值即2.