5常见传感器的工作原理及应用课件高二下学期物理人教版选择性

第五章传感器第2节

常见传感器的工作原理及应用

我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？思考与讨论：1.通过实验,了解常见传感器的工作原理,会利用传感器制作简单的自动装置。2.认识简单的自动控制电路。

把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。硫化镉光强——电阻率小光弱——电阻率大1.光敏电阻的制作知识点一：光敏电阻实验观察光敏电阻特性【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。2.光敏电阻的特性与原理【实验步骤】（1)将光敏电阻、多用电表、按图甲的方式连接好，其中多用电表置于“×100”挡；（2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；（3)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。（4）用强光照射（如太阳光直接照射或拿亮度较大的手电筒、小灯泡等）观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。【数据处理】根据记录数据分析光敏电阻的特性。环境1234567阻值（）（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;【实验结论】（2）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。原因(工作原理)：硫化镉（CdS）是一种半导体材料，无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。光学量（光照强度）→电学量（电阻）材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉。光敏电阻工作原理：光照增强半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加材料的电阻率减小——计数器、光控开关A是发光仪器B是接收光信号的仪器无物品、有光照、电阻小、电压低有物品、挡光、电阻大、电压高

这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。3.光敏电阻的应用知识点二：金属热电阻和热敏电阻1.金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。2.热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强。用半导体材料制作热敏电阻。热学量→电学量金属热电阻温度计演示实验

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。观察热敏电阻特性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。实验结论热敏电阻特性

如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。

当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮（图甲）。

当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮（图乙）。

通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。4.热敏电阻的应用：知识点三、电阻应变片1.电阻应变效应金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻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。2.电阻应变片金属电阻应变片就是利用电阻应变效应原理制成的。电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换成为电阻这个电学量。电阻应变片3.力传感器的应用——电子秤我们经常见到的电子秤，它所使用的测力器件是力传感器。（1）组成：由金属梁和电阻应变片组成。（2）敏感元件：电阻应变片。（3）结构：如图所示，称为应变式力传感器。应变片测力原理（4）原理：如图所示，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。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。4.力传感器的其他应用力传感器除了测量重力外（如图所示），应变式力传感器也用来测量其他各种力，如汽车和卷扬机的牵引力等。如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。电容式位移传感器示意图电容式位移传感器拓展学习：电容器极板x电介质板被测物体霍尔元件在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N

间可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系,因此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。因此霍尔元件又称磁敏元件。

1.（多选）智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是(

)

BC

2.金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是(

)C3.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（

）A.0到t1时间内，升降机一定静止B.t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线