(讲义)第5章 1-2 认识传感器&常见传感器的工作原理-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

1．认识传感器 2．常见传感器的工作原理 学习任务 1．了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。 2．了解光敏电阻的工作原理及作用；了解热敏电阻和金属热电阻的工作原理及作用。 3．了解电阻应变片在电子秤上的应用；了解电容在传感器中的应用。 4．知道将非电学量转化为电学量的意义。 知识点一　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：门的上方装有红外线传感器。 (2)楼道的声控开关：楼道中安装有声传感器。 (3)自动水龙头：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和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。 (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：将转换元件输出的电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。 　楼道灯是通过什么传感器控制的？ 提示：是利用光传感器和声传感器控制的。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)传感器只能感受温度和光两个物理量。 (×) (2)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 (×) (3)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。 (√) 知识点二　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变大，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利用了红外线传感器；在环境监测、火灾报警等装置中通常利用光传感器监测烟尘浓度。 ②测量机械转速时利用到光传感器——光电式转速表。 3．力传感器 (1)装置作用：把力学量转换为电学量。 (2)敏感元件：应变片。 (3)信号输出：电压差。 (4)工作原理： ⇒⇒⇒ (5)常见应用：电子秤。 　力传感器不仅可以测量压力，也可以测量拉力。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。 (×) (2)热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏。 (×) (3)电子秤是应用了力传感器。 (√) 干簧管结构：玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。将干簧管接入下图电路中，当磁铁靠近干簧管时，会发生什么现象，为什么？干簧管的作用是什么？ 提示：灯泡会亮　开关 考点1　对传感器的认识 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测量的电学量，如电压、电流等。 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。传感器的工作原理如下所示： 3．分类 工作原理 举例 物理传感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 压力传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等 化学传感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器等 生物传感器 利用生物化学反应识别和检测信号 酶传感器、组织传感器、细胞传感器等 【典例1】　全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量等)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间(其中R′≫R)，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选