第五章 传感器 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修二册

传感器 1 红外感应自动门 它是通过什么东西“感知”外界的？ 5.1认识传感器 1、概念： 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 一、什么是传感器 力 温度 光 声 化学成分 非电学量 电学量 电压 电流 电路的通断 传感器 2、生活中常见的传感器 (1)感应门的上方装有红外线传感器,控制大门的开启和关闭。 (2)楼道中安装有声传感器,控制灯的开启和关闭。 (3)水龙头旁边装有红外线传感器,控制水龙头打开和关闭。 声控开关 红外感应自动门 烟雾报警器 二、传感器的结构 1、通常传感器由敏感元件和转换元件组成,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,如图所示。 2、敏感元件:直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息,并将这些信息变换成易于测量的物理量。常见的有力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等。 3、转换元件:又称传感元件,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:对转换元件输出的信号进行放大、消除干扰,转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。 （1）光敏电阻 5、两种敏感元件 实验：分别在自然光照射和用手遮住透光口两种情况下读出光敏电阻阻值。 光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。发生这样变化的原因在于，不同的光照下的载流子数目不同，从而使其导电性能发生变化，即电阻发生了变化。光敏电阻能够将光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量。 （2）干簧管 原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。 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 三、传感器的分类 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 ：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 5.2常见传感器的工作原理 烟雾报警器的工作原理是什么？电熨斗是如何控制温度的？ 1、热敏电阻温度传感器 一、温度传感器 将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。 实验现象 热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大， 温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。 实验结论 1、热敏电阻温度传感器 热敏电阻由半导体材料制成,其电阻的阻值随温度灵敏变化,可分为： （1）阻值随温度升高而减小的负温度系数热敏电阻(NTC) （2）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 钨丝 22 （2）规 律： 电阻随温度的升高而增大。 电阻—温度特性曲线 R T o （1）电阻与温度的关系： 常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做 电阻温度计。 （3）应用：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 （1）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）应用：双金属热保护器结构示意图 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。 二、光传感器 1、材料:金属或半导体。 2、信号转换:光信号转换为电信号(电流、电压)。 三、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。 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。 4、工作原理 电子秤 5、应用：电子秤 5.3传感器的应用举例 一、温度传感器的应用——电熨斗 思考与讨论： ①常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？ 答：常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。 思考与讨论： ②熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？ 答：熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过