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6.1传感器及其工作原理第六章传感器东海县白塔高级中学高二物理组自动水龙头自动干手机自动门酒精含量测试仪雷达测速仪电子秤红外耳温计航空航天宇宙飞船飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量;“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测,其中:温度传感器559个压力传感器140个信号传感器501个遥控传感器142个专家说:整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开关,但是把磁铁B放到盒子上面灯泡就发光,把磁铁移走,灯泡熄灭。盒子里有什么装置?什么是传感器?1、演示实验: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。干簧管概念: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、传感器传感器或电路的通断非电学量电学量为了制作传感器,需要一些元器件,下面来看几个实际的例子。各种传感器制作光敏电阻的材料一般为半导体.如:硫化镉1、光敏电阻二、制作传感器的常用敏感元器件(1)材料:实验:将光敏电阻和多用表的欧姆档相连问题:随着光照强度的增加,多用表的指针将如何偏转?电阻变大还是变小?(2)特性:光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时,电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。(3)原理:硫化镉是一种半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照增强,载流子增多,导电性能变好。→电阻光照强弱(4)作用:光敏电阻的导电机理(p53)硫化镉是一种半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子也增多,导电性变好.例1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是()A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次AR1R2信号处理系统BD2、金属热电阻和热敏电阻规律:电阻随温度的升高而增大。热敏电阻金属热电阻(1)材料:半导体实验:将热敏电阻和多用表的欧姆档相连,把热敏电阻放到杯中,分别向杯里倒入热水和冷水问题:多用表的指针将如何偏转?电阻变大还是变小?(2)特性:热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_____减小(4)温度电阻→RTo电阻-温度(R-T)关系示意图(3)热敏电阻灵敏度高,但化学稳定性较差,测量范围较小;金属热电阻的化学稳定性较好,测量范围较大,但灵敏度较差。(5)注:热敏电阻阻值随温度的升高不一定减小(自主学习p48)例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后,用黑纸包住元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法正确的是()ABA.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化,这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数变化较大,这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比,欧姆表示数相同,这只元件一定是定值电阻AC如右图,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。物体位移的变化,就转换成了电容的变化。思考:用什么方法可以检测电容的变化?电容式传感器电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量说一说待测压力F固定电极膜片电极例3.传感器是一种采集信号的重要器件,如图是一种测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片产生变形,引起电容的变化,若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路,那么()A.当F向上压膜片电极时,电容将减小B.当F向上压膜片电极时,电容将增大C.若电流计有示数,则压力F发生变化D.若电流计有示数,则压力F不发生变化BCNMFBEIUH3、霍尔元件在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上,制作4个电极,就成了一个霍尔元件。qBvbUqHvbdnqI)(推导:载流子在洛伦兹力作用下侧移,两个侧面出现电势差.当达到稳定状态时,洛仑兹力与电场力平衡.电流的微观表达式推导霍尔电压的公式设载流子的电荷量为q,沿电流方向定向运动的平均速率为v,单位体积内自由移动的载流子数为n,垂直电流方向导体板的横向宽度为b,薄片的厚度d)1(nqkdIBknqdIBUH其中霍尔电压:dIBkUH一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则UH的变化就与B成正比。磁感应强度→电压例3、如图所示,有电流I流过长方体金属块,金属块宽度为d,高为b,有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里,金属块单位体积内的自由电子数为n,试问金属块上、下表面哪面电势高?电势差是多少?下表面nedIBU如图6-1-3所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当光照射到R3上的光强度增大时()类型一光敏电阻的特性例1图6-1-3A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大【思路点拨】光敏电阻有随着光照强度的增强而阻值减小的特征,由闭合电路欧姆定律及串并联的分压、分流原理对电路进行动态分析.【解析】当照射光强度增大时,光敏电阻R3的阻值变小,R3与L串联后再与R2并联的总电阻值变小、干路中总电流变大,R1两端电压变大,A正确;R2两端电压减小,通过R2的电流减小,B正确;总电流变大,通过R2的减小,所以通过小灯泡L的电流变大,灯泡变亮,功率增大,C正确.因为干路中电流变大,内电压变大,路端电压变小,D错误.故选ABC.1.如图6-1-4所示,将多用电表的选择开关置于电阻挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的中央.若用不透光的黑纸将Rt包裹起来,表针将向________(选填“左”或“右”)转动;若用手电筒光照射Rt,表针将向________(选填“左”或“右”)转动.变式训练图6-1-4解析:光敏电阻受光照越强,电阻越小,电流越大,所以将Rt包裹起来电阻增大,指针向左偏,反之向右偏.答案:左右如图6-1-5所示,R1为定值电阻,R2为负温度系数的热敏电阻,当温度降低时,电阻变大,L为小灯泡,当温度降低时()A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱类型二热敏电阻的特征例2图6-1-5【思路点拨】根据串并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析.【解析】R2与灯L并联后与R1串联,与电源构成闭合电路,当温度降低时,电阻R2增大,外电路电阻增大,电流表读数减小,灯L两端电压增大,灯泡亮度变强,R1两端电压减小,故C正确,其余各项均错.2.如图6-1-6所示,将万用表的选择开关置于“欧姆”挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间.若往Rt上擦一些酒精,表针将向________(填“左”或“右”)移动;若用吹风机将热风吹向电阻,表针将向________(填“左”或“右”)移动.变式训练图6-1-6解析:若往Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻Rt温度降低,电阻值增大,所以电流减小,指针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻Rt温度升高,电阻值减小,电流增大,指针向右偏.答案:左右1、传感器的概念小结2、传感器的工作原理:3、敏感元件:(1)光敏电阻(光电传感器)(2)热敏电阻和热电阻(温度传感器)(3)霍尔元件(磁传感器)非电学量敏感元件电学量
本文标题:选修3-2-6.1传感器及其工作原理
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