常见传感器的工作原理及应用+高二下学期物理人教版选择性必修第二册

§5.2常见传感器的工作原理及应用

人教版（2019）选择性必修

第二册第五章

传感器问题为什么手机会自动调节亮度呢？1.光敏电阻

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——电阻率大光敏电阻光敏电阻【实验】将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着光照不同，表有何变化？思考问题：（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？（4）如下图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？Ω工作原理：1.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

材料的电阻率减小光学量（光照强度）→电学量（电阻）作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。讨论计数器、自动感应水龙头、路灯自动控制、相机曝光调节原理A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。练习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（）A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次AC光传感器的应用一：火灾报警器工作原理：在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。光传感器的应用二、鼠标器1、机械鼠标器的主要构造图发光二极管红外接收管滚轴码盘滚球2、工作原理：当鼠标在左面上滚动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计X、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。2.热敏电阻热敏电阻金属热电阻温度计热敏电阻和金属热电阻思考问题：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？热敏电阻和金属热电阻的温度曲线。传感器类型电阻-温度关系优点缺点典型应用金属热电阻温度升高，电阻增大化学稳定性好、测温范围大灵敏度差精密测温、电阻温度计热敏电阻（NTC）温度升高，电阻显著减小灵敏度高化学稳定性差、范围小液位报警、温控电路热敏电阻和金属热电阻问题液位报警器是利用热敏电阻来实现低液位报警功能。请分析其具体工作原理。液位报警示意图甲乙油位高→电阻大→灯不亮油位低→电阻小→灯亮3.电阻应变片电子秤是如何感知压力的？应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？应变式力传感器力电传感器的应用——电子秤（1）电子秤使用的测力装置是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？电阻应变片金属导体在发生机械变形（被拉伸或压缩）时，其电阻值发生变化的物理现象。拉力→L变长→S变小→电阻变大压力→L变短→S变大→电阻变小金属的电阻应变效应压阻效应当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。常见的一种力传感器：应变式力传感器应变片金属梁力传感器还有哪些应用？物体称重→金属梁弯曲→上表面应变片拉伸（电阻变大）、下表面压缩（电阻变小）→电阻变化转化为电信号→处理器处理后显示重量4.电容式传感器（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程优点：保真度好驻极体话筒（1）改变S：测量角度θ、液面高度h等角度、深度位移、压力电容传感器电容（2）改变d：测量压力F（3）改变ε：测量位移x角度传感器位移传感器液面深度传感器4.电容式传感器霍尔元件一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。霍尔电压如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？下表面霍尔元件例题惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度（）

A.方向向左，大小为kS/mB．方向向右，大小为kS/mC．方向向左，大小为2kS/mD.方向向右，大小为2kS/m01010UPD(2)若电位器（可变电阻）总长度为L，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信息源，为控制导弹运动状态输入信息，试写出U与a的函数关系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0

Rx/R=U0

S/L=maU0/2kL=mU0

a/2kL∝a例题温度传感器双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器

常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的亮和灭U形动触片静触片氖泡电熨斗温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。（1）常温下，电熨斗的上下触点应当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？（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？图中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属温度传感器的应用-------电饭锅1、感温铁氧体的特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。注意：这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。温度传感器的应用-------电饭锅（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？温度传感器双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器

常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。把这个启动器用到温控开关，可