5.2 常见传感器的工作原理及应用 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第五章 传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 情境与思考 传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转化成对应关系的电学量输出。 那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？ 光敏电阻 3. 作用： 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 实验：观察光敏电阻的特性 光照强度会使电阻如何改变呢？我们一起做个实验。 3 1. 特点： 光照越强，电阻越小；反之。 光敏电阻 2. 原因： 光敏电阻的构成物质为硫化镉是半导体材料，无光照时，载流子极少， 导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 3. 作用： 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 实验：观察光敏电阻的特性 光照强度会使电阻如何改变呢？我们一起做个实验。 5 1. 特点： 光照越强，电阻越小；反之。 光敏电阻 2. 原因： 光敏电阻的构成物质为硫化镉，是半导体材料。无光照时，载流子极少， 导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 3. 作用： 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 4. 应用： ①光控开关电路 实验：光控开关电路 因为光敏电阻可以随光照强度改变电阻大小，因此常常将光敏电阻接入电路中制成光控开关电路，光敏电阻和发光二极管是并联关系，当光照强时，光敏电阻小，所以二极管几乎不发光；反之。 6 1. 特点： 光照越强，电阻越小；反之。 光敏电阻 2. 原因： 光敏电阻的构成物质为硫化镉是半导体材料，无光照时，载流子极少， 导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 3. 作用： 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 4. 应用： ②自动计数装置 没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，从而转变成电信号输出。 ①光控开关电路 光源 光敏电阻 可否将温度转变成电信号？ 金属热电阻和热敏电阻 1. 金属热电阻： 纯金属的电阻率随温度的升高而增大，可制成金属热电阻。 2. 热敏电阻： 有些半导体在温度上升时导电能力增强，可制成热敏电阻。 金属温度计 实验：观察热敏电阻的特性 热敏电阻 我们之前讲过纯金属有个特点就是随温度升高电阻变大，因此我们可以制成温度传感器，一般应用于金属温度计。 所以金属热电阻和热敏电阻与温度的变化关系是不一样，大致是这样的一个曲线。 9 金属热电阻和热敏电阻 1. 金属热电阻： 纯金属的电阻率随温度的升高而增大，可制成金属热电阻。 2. 热敏电阻： 有些半导体在温度上升时导电能力增强，可制成热敏电阻。 金属温度计 实验：观察热敏电阻的特性 热敏电阻 我们之前讲过纯金属有个特点就是随温度升高电阻变大，因此我们可以制成温度传感器，一般应用于金属温度计。 所以金属热电阻和热敏电阻与温度的变化关系是不一样，大致是这样的一个曲线。 11 金属热电阻和热敏电阻 1. 金属热电阻： 金属的电阻率随温度的升高而增大，可制作温度传感器。 2. 热敏电阻： 有些半导体在温度上升时导电能力增强，可制作热敏电阻。 应用： 低油位报警装置 油位高→温度低→电阻大→ 电流小→灯不亮 油位低→温度高→电阻小→ 电流大→灯亮 接通点火开关，蓄电池的电流经继电器的线圈流过传感器的热敏电阻，热敏电阻被加热，温度升高。当燃油箱的油面高于规定值时，由于热敏电阻全部浸泡在燃油中所产生的热量被燃油吸收，其温度低、电阻值大，流过继电器线圈的电流小，继电器触点保持断开状态，报警灯不亮。当油面下降到低于规定值时，传感器的热敏电阻露出油面，由于散热慢，其温度升高，电阻值减小，使流过继电器线圈的电流增大，继电器的触点闭合，报警灯点亮，以提醒驾驶员燃油储量不足。 12 可否将力转变成电信号？ 电阻应变片 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短） 时，其电阻会发生变化。 力传感器 力传感器可以用于收费站车辆称重，实验中可以测力的大小。 14 可否将位移转变成电信号？ 例1．如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动（不能上下移动），电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是( ) A．汽车保持静止时，电容器不带电 B．汽车静止时与匀速直线运动时，电容器的电容相同 C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流 D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流 电容式位移传感器 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。 B 17 可否将磁信号转变成电信号？ 什么是霍尔效应？？？ 实验：观察霍尔元件的特性 霍尔元件 19 1. 2. 厚度为d、长度为h的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过金属导体板时，在金属导体板的上侧面和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。霍尔电压UH、通入电流I和磁场B有什么关系呢？请进行理论推导。 霍尔电压理论推导： d h I UH=kBI/d，其中k是霍尔系数，k=1/ne 23 课堂小结 24 传感器 敏感元件 电阻式传感器 光敏电阻 金属热电阻 热敏电阻 电阻应变片 电容式传感器 磁电式传感器 霍尔元件 同学们，下课！ 例2. 传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若电流从灵敏电流计“＋”接线柱流进时指针向右偏，从“－”流进时向左偏。当待测压力突然增大时，下列说法中正确的是( ) A．电容器的电容将减小 B．M点的电势比N点的低 C．灵敏电流表指针向左偏转 D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力F不再变化 B C Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 例3. 如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。 是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。和 为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是( ) A．当 处的磁场增强时，电流表示数增大 B．当 处的磁场增强时，a、b两端的电压减小 C．增大 的阻值，更容易触发报警器报警 D．增大 的阻值，更容易触发报警器报警 $