5.1 认识传感器 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第 章 5 传感器 高中物理 选择性必修二 第5章 1 红外感应自动门 酒精测试仪 它们是通过什么东西“感知”外界的？ 课堂引入 自动路灯 酒精浓度检测 自动门 红外线温度计 电子秤 1.生活的例子 一、认识传感器—生活中的传感器 光传感器 声音传感器 味传感器 温度传感器 压力传感器 湿度传感器 气体传感器 视觉 嗅觉 味觉 触觉、温觉 听觉 传感器作用：代替、补充、延伸人的感觉器官 一、认识传感器—作用 ⁠ 知识点一　认识传感器 1.神奇的传感器 （1）干簧管是一种能够感知 　磁场　⁠的传感器。 （2）楼道灯白天不亮，晚上有声音时亮，是因为楼道的灯安装了 　声控—光控　⁠开关。 （3）一些宾馆安装了自动门，当人走近时，门会自动打开，是因为自动门安装了 　红外线　⁠传感器。 （4）交通警察在检查司机是否酒后开车时，用的是“便携式酒精检测仪”，上面安装了 　乙醇　⁠传感器。 磁场　 声控—光 控　 红外线　 乙醇　 一、认识传感器—作用 1.物理传感器： 力传感器、磁传感器、声传感器等 利用温度传感器制成的电子体温计 利用压力传感器制成的电子秤 利用光学传感器制成的手机解锁键 一、认识传感器—分类 离子传感器、气体传感器等 2.化学传感器： 利用电化学气体传感器制成的可燃气体报警器 利用离子传感器制成的负氧离子传感器 一、认识传感器—分类 ：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 3.生物传感器 利用葡萄糖生物传感器制成的血糖仪 利用生物传感器制成的心率仪 一、认识传感器—分类 1.传感器的核心部分——敏感元件、转换元件 敏感元件是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分——完成检测。 转换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——完成转换。 如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。 这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如，热电偶、压电晶体等都是这种形式的传感器。 一、认识传感器—工作原理 非电学量 需要被测量的物理量 敏感元件 转换元件 转换电路 电学量 能直接感受或响应外界被测非电学量 将敏感元件输出的信号转换成电学量 电学量信号放大 一、认识传感器—工作原理 把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。 硫化镉 光强——电阻率小 光弱——电阻率大 二、常用传感器—光敏电阻 2.光敏电阻的应用 ——计数器 A是发光仪器 B是接收光信号的仪器 无物品、有光照、电阻小、电压低 有物品、挡光、电阻大、电压高 这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 二、常用传感器—光敏电阻 1.金属热电阻和热敏电阻 温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。 用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。 金属的电阻率随温度的升高而增大 有些半导体在温度上升时电阻减小 用半导体材料制作热敏电阻 二、常用传感器—金属热电阻和热敏电阻 当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。 给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。 当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。 通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。 油位高→电阻大→灯不亮 油位低→电阻小→灯亮 液位报警示意图 2.应用实例——低油位报警装置 二、常用传感器—金属热电阻和热敏电阻 ①金属电阻应变片 ②半导体电阻应变片 1.原理与特性 拉力→L变长→S变小→电阻变大 压力→L变短→S变大→电阻变小 金属的电阻应变效应 当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。 二、常用传感器—电阻应变片 2.应用实例——电子秤 金属梁 应变片 应变片 F 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。 应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。 二、常用传感器—电阻应变片 如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？ 电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。 根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。 二、常用传感器—电容式位移传感器 洛伦兹力等于电场力： 电流微观表达式： 联立得： 令 霍尔元