第五章传感器及其应用 知识点总结-2023-2024学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

新教材 鲁科版2019版 物理选择性必修第二册 第5章知识点清单 目录 第5章　传感器及其应用 第1节　常见传感器的工作原理 第2节　科学制作：简单的自动控制装置 第3节　大显身手的传感器 2 / 2 第5章　传感器及其应用 第1节　常见传感器的工作原理 一、初识传感器 1. 定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是电信号)的器件或装置。 2. 功能：传感器通常用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量。 3. 组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 二、 敏感元件 1. 光敏元件 (1)光敏电阻是常见的光敏元件，它由金属硫化物等半导体材料制成。光照越强，被激发的电子数越多，电阻值就越小。 (2)光敏元件除光敏电阻外，还有光敏晶体管、光电池等。 2. 热敏元件 热敏电阻是常见的热敏元件，广泛应用于温度传感器中。 (1)NTC热敏电阻(负温度系数热敏电阻)：阻值随温度升高而减小。 (2)PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)：阻值随温度升高而增大。 3. 磁敏元件 如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的匀强磁场，则M、N间出现霍尔电压UH，UH=k，式中d为霍尔元件的厚度，k为与材料有关的霍尔系数。对于一个给定的霍尔元件，当电流I固定时，UH完全取决于磁感应强度B。因此，霍尔元件可将磁感应强度的测量转化为电压的测量。 三、传感器 如图甲所示，家用电热灭蚊器中应用了温度传感器，它的主要元件是PTC元件。PTC元件是由钛酸钡等半导体陶瓷发热材料制成的电阻器，它有一个根据需要设定的温度，低于这个温度时，其电阻随温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值则随温度的升高而增大，我们把这个设定的温度叫“居里点”。该元件电阻率ρ随温度t变化的关系图线如图乙所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能。 问题1 根据图乙所示，该PTC材料的居里点为多少? 提示    T1。根据题图分析可知，低于T1时，其电阻值随温度的升高而减小，高于T1时，电阻值则随温度的升高而增大，所以PTC材料的居里点为T1。 问题2 通电后，PTC元件电功率先增大后减小，还是先减小后增大? 提示　先增大后减小。通电后PTC元件的温度逐渐升高，由题图可知，电阻率先变小后变大，由电阻定律R=ρ可知，PTC元件的电阻R先变小后变大，电源电压U不变，由P=可知，PTC元件的电功率先变大后变小。 问题3 当PTC元件产生的热量与散发的热量相等时，温度能自动保持在哪一个范围内的某一值不变? 提示    T1~T2。由题图分析可知，在T0~T1区间内，PTC元件的电阻随温度的升高而减小；在T1~T2区间内，PTC元件的电阻随温度的升高而增大；在T2往后的区间内，电 阻随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，电阻消耗的电功率P=，可知发热功率与电阻成反比。在温度升到T1前，PTC元件的电阻随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过T1，PTC元件的电阻随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1至T2间的某一值不变。 1. 传感器的工作流程和传感器的组成 (1)传感器的工作流程 (2)传感器的组成 ①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 ②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。 2. 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。 四、敏感元件 1. 光敏电阻 作用 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 特点 光照越强，电阻越小 原因 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，导电性能变好 2. 热敏电阻 (1)热敏电阻的特性 热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻随温度升高阻值增大，负温度系数热敏电阻随温度升高阻值减小。 (2)热敏电阻阻值变化的原因 对于负温度系数热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性能明显增强，阻值减小。 3. 磁敏元件——霍尔元件 (1)霍尔元件 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，它就成了一个霍尔元件。 (2)作用 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。 (3)霍