第五章 第1节&第2节 常见传感器的工作原理-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第1节　认识传感器　 第2节　常见传感器的工作原理 新课程目标 核心素养 1.知道非电学量转换成电学量的技术意义。 2.通过实验了解常见传感器的工作原理。 3.列举传感器在生产、生活中的应用。 4.了解光敏传感器及其在生产、生活中的应用。 1.物理观念：知道什么是传感器，理解传感器工作原理；掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。 2.科学思维：体会传感器将非电学量转化为电学量的意义，体会传感器在实际应用中的价值。 3.科学探究：探究热敏电阻的温度特性。 　认识传感器 1．传感器：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置。 2．生活中常见的传感器 (1)自动门是因为门的上方装有红外线传感器。 (2)楼道的声控开关是因为楼道中安装有声传感器。 (3)自动水龙头是因为水龙头旁边装有红外线传感器。 3．传感器的结构 (1)组成：通常由敏感元件、转换元件组成，有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。 (2)常见敏感元件：力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等。 感受非电信息，并转化成易于测量的物理量。如光敏电阻，光照增强，导电性变好。能够把光照强弱转化成电阻这个电学量。 (3)转换元件的作用：将敏感元件输出的物理量转换成电学量。 (4)信号调节转换电路的作用：将转换元件输出的信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。 4．传感器的分类：按感知外界信息及变换效应的不同可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 　常见传感器的工作原理 1．温度传感器 (1)热敏电阻温度传感器 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度灵敏变化，可分为阻值随温度升高而减小的负温度系数热敏电阻(NTC)和阻值随温度升高而增大的正温度系数热敏电阻(PTC)。 (2)热电阻温度传感器 用金属丝制作而成，阻值随温度的升高而增大，可用于测温和测量流体的流量等。 (3)热双金属片温度传感器 双金属片在温度变化时由于“膨胀系数”不同而产生的形变不同，可用来控制电路的通断，常用在温度控制装置中。 2．光传感器 (1)材料：金属或半导体。 (2)信号转换：光信号转化为电信号(电流、电压)。 (3)常见应用 ①自动门和自动水龙头为红外线传感器，在环境监测、火灾报警中利用了光传感器。 ②测量机械转速时用到光传感器。 3．力传感器 (1)装置作用：把力学量转换为电学量。 常用的力传感器是由铝金合金梁和应变片组成的应变式力传感器。 (2)敏感元件：应变片，多用半导体材料制成。 (3)信号输出：电压差。 (4)应变式力传感器的工作原理 ⇒⇒⇒⇒ (5)应用：应变式力传感器经常用于电子秤称重，也可用来测量其他各种力 。 [课前小练] 思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。(√) (2)光敏电阻受到的光照越强，电阻越小。(√) (3)热敏电阻一定是随温度的升高，其阻值增大。(×) (4)光传感器就是能够发光的元件。(×) (5)电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号。(√) 　认识传感器 [思考探究] 小明同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮，你能告诉他道理吗？ 提示：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的，其原理图如图所示。 天亮时光控开关自动断开，天黑时闭合；有人走动发出声音，声控开关闭合；只有晚上有人走动时，两个开关同时闭合，灯就会自动亮。 [思维深化] 1．传感器的核心元件 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或外界影响被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。 (2)转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量。 (3)信号调节转换电路：是将转换元件输出的电信号转换成易于显示、记录、处理和控制的电学量。 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、电流、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输送给控制系统产生各种控制动作。 3．传感器的种类 物理传感器：利用了力、热、光、电磁和声等物理效应。 化学传感器：利用了化学反应的原理检测物质的种类和浓度。 生物传感器：利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作的传感器。 　(多选)电容式传感器是将非电信号转换为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的