5.1 认识传感器5.2 常见传感器的工作原理及应用-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第二册）

5.1认识传感器 5.2常见传感器的工作原理及应用 基础导学 要点一、认识传感器 1． 传感器：它能够感受诸如力、温度、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、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量， 可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2． 工作原理 →→ 要点二、传感器的组成与应用模式 1．敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。 要点三、光敏电阻 1．特点：光照越强，电阻越小。 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，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 要点四、热敏电阻和金属热电阻 1．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，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。 甲　　　　　　乙 2．金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 3．热敏电阻与金属热电阻的区别 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 电阻率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 4.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。 要点五、力传感器的应用——电子秤 1．组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。 2．工作原理： 3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。 要点六、霍尔元件 1.如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件． 2．霍尔效应的原理 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压． 3．霍尔电压 UH＝ k (1)其中k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关． (2)一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件． 要点突破 突破一：传感器的工作原理及种类 1．传感器的构造 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成． (1)敏感元件的作用：利用各种物理、化学、生物效应等原理制成，感受被测量，并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量． (2)转换元件的作用：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出． (3)转换电路的作用：将转换元件输出的微弱电学量转换成易于测量的电学量． 2．传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作．传感器工作原理如下所示： →→→→ 3．传感器是如何分类的？ 传感器可按下列三种不同的方法进行分类： (1)按被测量分类：加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器； (2)按工作原理分类：电阻应变式、压变式、电容式、涡流式、动圈式、磁电式、差动变压器式等； (3)按能量传递方式分类：有源传感器和无源传感器两大类． 突破二：干簧管和干簧继电器的特点是什么？ 普通干簧管内有两个簧片，是用有弹性的软磁合金材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点．管中充入惰性气体(如氮气)来防止触点被氧化．小型干簧管价格约为1元． 条形永磁体必须按照图甲所示的方位靠近干簧管，才能使簧片得到最好的磁化，导致两个簧片相对的部分形成相反的磁极而吸合．图中虚线为磁感线． 如图乙所示，如果将干簧管H放入一个螺线管L中，两者就组合成为干簧继电器．当螺线管中通入电流时，电流产生的磁场就使干簧管中簧片被磁化而吸合．干簧继电器的优点是：体积小、重量轻、灵敏(螺线管匝数很多时，通入几毫安的电流就能使簧片吸合)、簧片能够快速动作、触点的寿命长． 典例精析 题型一：热敏电阻的特征 例一．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时(　　) A．R1两端的电压增大