常见传感器的工作原理及应用（讲义）解析版

第2节常见传感器的工作原理及应用

【目录】

【学习目标】....................................................................................1

【思维导图】....................................................................................1

【知识梳理】....................................................................................2

知识点1：光敏电阻..........................................................................2

知识点2：金属热电阻和热敏电阻.............................................................6

知识点3：电阻应变片.......................................................................II

【巩固训练】...................................................................................23

【学习目标】

1.认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。

2.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传

感器的敏感元件。

3.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。

重点：

1.几种传感器的具体应用过程。

难点：

1.理解如何把各种物理量的变化转换为方便传输的电学量。

【思维导图】

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【知识梳理】

知识点1:光敏电阻

1.情景引入：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？

2.实验：观察光敏电阻特性

步骤：

将一个光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置「倍率为xl()()的蛔挡。依次观察在室内自然光照

射时、用手掌遮光时、用阳光直接照射时的示数。

现象：

(1)光敏电阻在光照暗时电阻值大，随着光强的增强电阻值不断减小,光照强时电阻值小。

(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。

3.工作原理：

光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是：硫化镉是一种生昱煌材料，无光照时，载流子极少,

导电性能差；随着光照的增强，载流子增多,导电性变好。

4.应用：

流水线计数器。图中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。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统

的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统

的电压变高。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。

【例1】光敏电阻是用硫化镉半导体材料制成的特殊电阻器，其电阻值会随光照强度的增大而减小，光敏

电阻的这种特殊性能，在科技生活中得到广泛应用。某应用电路如图所示，之、%为定值电阻，L为小灯

泡，色为光敏电阻，当照射光强度增大时，下列说法正确的是­）

A.电压表的示数减小

B.电源的输出功率一定增加

C./?3的电压减小

D.小灯泡变暗

【答案】C

【详解】ACD.当照射光强度增大时，变小，总电阻变小，总电流/变大，电压表的示数/=增

大；

&两端电压〃2=£-/（&+厂）变小，小灯泡电流儿=/一台增大，小灯泡变亮；

的的电压/=/一左心变小，故AD错误，C正确；

B.当外电路电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大；

色变小，外电阻变小，由于不知道外电阻与电源内阻的具体关系，所以无法确定输出功率变化，故B错

误。

故选C。

【变式1】生产流水线上常要对产品计数。图1是利用光敏电阻自动计数的示意图，A是一台发光强度可

调的发光仪器，B是接收处理光信号的仪器，核心元件为光敏电阻心，特性曲线如图2所示。计数电路用

来分析定值电阻R两端的电压变化AU,当大于预设值UH时可以实现相应的计数功能。光敏电阻％始终

会受到流水线中环境光强的影响。下列说法正确的是（）

□

□

A.仅减小A的发光强度，计数过程中AU将增大

B.仅减小环境光强，计数过程中将减小

C.仅增大环境光强，适当降低如可以保证计数装置正常运行

D.仅增大环境光强，不会影呵装置的正常运行

【答案】C

【详解】对电阻R，根据欧姆定律可得/?=¥

△/

设电源的电动势为E内阻为，，则电路中的电流为/=

/?+Rc+r

所以，当/%变化明显时，电流的变化量△/增大，则计数过程中将增大。

A.仅减小A的发光强度，则光敏电阻RG受到光照时的电阻减小，即光敏电阻AG的阻值变化量减小，所

以计数过程中AU将减小，故A错误；

B.仅减小环境光强，则光敏电阻&；未受到光照时的电阻减小，则光敏电阻&的阻值变化量增大，所以

计数过程中AU将增大，故B错误；

CD.仅增大环境光强，则光敏电阻任未受到光照时的电阻增大，则光敏电阻A的阻值变化最减小,所

以计数过程中AU将减小，若AU减小到小于U”则即装置不能正常运行，此时适当降低U”可以保证计数

装置正常运行，故C正确，D错误。

故选C。

【变式2】如图为利用光敏电阻网的阻值随光的强弱而变化的特性制作的一款光照强度报警器。石为电源

（内阻不计），心为滑动变阻器，信号器H（看作定值电阻）两端的电压会随着光照强度的增大而增大，

超过一定值就会发出警报。下列说法正确的是（）

R。

-«i—ra-

E

A.随着光照强度的增大，电流表A示数减小

B.随着光照强度的增大，光敏电阻％的阻值减小

C.适当增大电源的电动势，信号器更难达到报警电压

D.适当调大R。的限值，信号器更容易达到报警电压

【答案】B

【详解】AB.信号器两端的电压增大，则电路中并联部分的电压减小，并联部分的电阻也减小，光敏电

阻％的阻值减小，流过岛的电流减小，又因为并联部分的总电流增大，所以电流表的示数增大，故A错

误，B正确：

C.适当增大电源电动势，可以使信号器H两端未报警时的电压更大，可以使信号器H更容易达到报警电

压，故C错误；

D.适当调大电阻扁的阻值，使信号器H两端未报警时的电压更小，则信号器H更难以达到报警电压，故

D错误。

故选

【变式3】（多选题）某光敏电住的阻值R和光照强度/的关系图像大致如图1所示。小王同学设计了一个

自动补光电路，如图2所示，当该光敏电阻R两端的电压增大到一定值时，补光电路开始工作，从而实现

补光。其他条件不变，下列操作中，可以实现光照强度更强一些时就开始自动补光的是（）

补

光

电

路

源

的电

更大

动势

用电

A.选

源

的电

更小

动势

用电

B.选

值

的阻

电路

接入

大&

C.增

阻值

路的

入电

小接

D.减

】AD

【答案

该

确保

R,为

=/

电压U

作时的

开始工

光电路

小，补

阻值减

电阻的

时光敏

强一些

强度更

.光照

】AB

【详解

，B

正确

故A

电源，

更大的

电动势

可选用

可知，

姆定律

电路欧

由闭合

增大，

的电流

电路中

，应使

不变

电压

错误；

压不

该电

确保

/R,为

U=

的电压

工作时

路开始

补光电

减小，

的阻值

敏电阻

些时光

更强一

照强度

CD.光

。

正确

，D

C错误

，故

的阻值

入电路

&接

减小

知，可

定律可

路欧姆

闭合电

大，由

电流增

路中的

应使电

变，

ADo

故选

阻

敏电

和热

电阻

金属