5.2 常见传感器的工作原理及应用（教学课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）

第2节 常见传感器的工作原理及应用 第五章 人教版 高中选择性必修第二册 金属热电阻和热敏电阻 02 电阻应变片 03 巩固提升 05 光敏电阻 01 思维拓展 04 CONTENTS 目录 新课导入 力 温度 光 声 化学成分 电压 电流 电路的通断 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？ 光敏电阻 PART 01 光敏电阻的制作 01 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 实 验：观察光敏电阻特性 02 【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。 实 验：观察光敏电阻特性 02 实 验：观察光敏电阻特性 02 （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。 光敏电子的工作原理 03 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。 金属热电阻和热敏电阻 PART 02 金属热电阻 01 规 律： 电阻随温度的升高而增大。 优缺点： 热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。 电阻—温度特性曲线 R T o 常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做 电阻温度计。 金属热电阻 01 热敏电阻 02 观察热敏电阻特性 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。 热敏电阻 02 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 热敏电阻的应用 03 ——低油位报警装置 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。 给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。 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。 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。 油位高→电阻大→灯不亮 油位低→电阻小→灯亮 液位报警示意图 电阻应变片 PART 3 01 原理与特性 我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。 我们怎么根据这个原理制造传感器？ 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 01 原理与特性 半导体电阻应变片 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。 电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 原理 常见的一种力传感器： 应变式力传感器 应变片 金属梁 02 应用实例——电子秤 金属梁 应变片 应变片 F 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。 思维拓展 PART 4 01 电容式位移传感器 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。用什么方法可以检测电容的变化？ 电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。 根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。 01 电容式位移传感器 （1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等 定片 动片 θ 电介质 金属芯线 导电液体 角度、深度 位移、压力 电容 传感器 电容 （2）改变d：测量压力F 待测压力F 固定电极 可动电极 （3）改变ε：测量位移x 电容器极板 电介质板 被测物体 电容式位移传感器 x 02 霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体中能够自由移动的带电粒子在洛