第五章 传感器（教学课件）物理粤教版选择性必修第二册

5.1传感器及其工作原理 5.2传感器的应用 知识点一　传感器及其分类 1．定义：能感受被测量的信息，并按照一定的规律转换成电信号的器件或装置。 2．传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。 (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。 (3)转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等。 3．传感器的分类 传感器种类繁多，涉及多个学科领域，根据检测量不同，传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器等。 (1)物理传感器：主要利用被测物理量(如：压力、温度、位移、亮度等)变化时，敏感元件的电学量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性制成。如：压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等。 (2)化学传感器：主要是基于化学反应的原理。将化学物质的成分、浓度等化学信息转化为电学量的传感器。如：半导体气体传感器、湿敏传感器、离子传感器等。 (3)生物传感器：是一种基于酶、抗体和激素等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器。如：酶传感器、细胞传感器、免疫传感器等。 知识点二　传感器的原理 1．温度传感器的原理 (1)温度传感器：将温度变化转换为电学量变化的装置，它利用传感器元件的电学量随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量。 (2)热敏电阻：利用半导体材料的阻值随温度变化而变化的特性实现对温度的测量，其电阻大小与温度高低有关，温度变化，电阻有明显变化。 2．光电传感器的原理 (1)光电传感器：将光学量变化转化为电学量变化的装置。 (2)光敏电阻：光电传感器的敏感元件，其阻值随光照的增强而减小。 知识点三　生活中的传感器 1．温度传感器的应用 电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度相关的家用电器。 2．红外线控制器的应用 自动门、家电遥控器、生命探测仪、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。 3．光敏传感器的应用：照相机等。 4．压力传感器的应用：电子秤等。 知识点四　传感器在工、农业生产和航天航空中的应用 1．农业生产中的传感器 无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器。 2．工业生产中的传感器 安全生产中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥和水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)对位移测量，从而实现精密加工。 3．航天航空中的传感器 飞机保持一定飞行高度，当飞机高度变化时，大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度；在运载火箭、载人飞船中，应用了传感器供遥测和遥控系统使用；对航天员的各种生理指标的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。 【课堂练习】 1、（多选）关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　) A.传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断 B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制 D.电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器 2、许多牛奶制品中被检测出化学原料三聚氰胺。在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　) A.物理传感器 B.化学传感器 C.生物传感器 D.温度传感器 3、额温枪的原理是通过传感器接收红外线得出感应温度数据。某同学在实验室中用图1所示电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻忽略不计，R0＝15 Ω，热敏电阻的阻值与温度的关系如图2所示，则： (1)温度越高时，电压表示数________(填“越大”或“越小”)； (2)闭合开关后，发现电压表示数为0.45 V， 则热敏电阻此时的温度为_________________________℃(保留1位小数)。 4、压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图(a)所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图(b)所示。下列判断正确的是(　　) A.从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B.从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 C.从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D.从t1到t2时间内，小车