第五章 传感器 知识点清单 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

新教材 人教版 高中物理 选择性必修第二册 第5章知识点清单 目录 第5章　传感器 第1节 认识传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 2 / 2 第5章　传感器 第1节 认识传感器 一、神奇的传感器 1. 干簧管 (1)构造：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。 (2)作用：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用。 (3)类型：干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 2. 声控—光控开关 　　这种开关可以感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。 3. 自动门 　　自动门装有红外线传感器，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。 4. 传感器定义 　　传感器是指这样一类器件或装置：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。 二、传感器的种类 利用物质的物理特性或物理效应 力传感器 磁传感器 声传感器 利用电化学反应原理 离子传感器 气体传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器 微生物传感器 细胞传感器 三、传感器的组成与应用模式 1. 传感器的基本组成 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或响应外界被测非电学量的部分。 (2)转换元件：也称传感元件，是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 2. 信号调整与转换电路：将转换元件输出的电学量放大或转换成其他电信号的电路。 3. 传感器应用的一般模式   第2节 常见传感器的工作原理及应用 一、光敏电阻 特点 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化。光照增强时，电阻减小；光照减弱时，电阻增大 原理 制作光敏电阻的硫化镉是一种半导体材料，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，导电性能变好 作用 将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 二、金属热电阻和热敏电阻 种类 金属热电阻 氧化锰热敏电阻 特点 电阻率随温度的升高而增大 电阻率随温度的升高而减小 制作材料 金属导体 金属氧化物 优点 化学稳定性好，测温范围大 灵敏度好 作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 2. 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；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。若无特殊说明，热敏电阻指的是负温度系数热敏电阻。 三、电阻应变片 1. 作用：电阻应变片将物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 2. 应变式力传感器 (1)组成：由金属梁和应变片组成。 (2)敏感元件：应变片。 (3)工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，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。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。由电压差值的大小，即可得到外力F的大小。   四、霍尔元件 1. 构造：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一 个霍尔元件。 2. 工作原理：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 的磁场，则M、N间出现霍尔电压UH。分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线 性关系，因此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。   五、常见传感器的特点 器件类型 敏感元件 转换类型 相关问题 光电传感器 光敏电阻 光照强弱→电阻 直流电路动态分析问题 温度传感器 热敏电阻 温度→电阻 直流电路动态分析问题 金属热电阻 温度→电阻 力传感器 应变片 物体形变→电阻 力学、运动学与直流电路结合问题 电容式传感器 电容器 力、位移等→电容 力学、运动学与含容电路结合问题 磁传感器 霍尔元件等 磁感应强度→电压 带电粒子在复合场中的运动问题 六、常见电容式传感器原理及分析 传感器 原理 测定角度θ的电容式传感器   动片与定片之间的角度θ发生变化，会引起极板正对面积S的变化，这就使电容C发生了变化。 知道C的变化情况，就可以知道θ的变