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第六章传感器第一讲传感器及其工作原理目标定位传感器及其工作原理2掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等基本特性及工作原理1理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.1理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.1知道什么是传感器，理解传感器工作原理3初步掌握各种常用元件的简单应用预习导学一、电学量通断二、减小半导体不好变好电阻三、减小增大电阻四、洛伦兹力电压电压想一想M、N间的电压如何计算？(在图中设E、F间通入的电流恒为I，外加磁场为B，薄片厚度为d，单位体积内自由电荷数为n，单个带电粒子带电量为q)答案片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场．带电粒子同时受到电场力作用．当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到稳定，且有qUL＝qvB①(L为MN之间的宽度)．再根据电流的微观解释I＝nqSv②，S＝ld③，由①②③整理后，得U＝IBnqd.令k＝1nq，所以U＝kIBd.传感器及其工作原理课堂讲义一、对传感器的正确理解1．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．2．在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示的或如何控制开关的．传感器及其工作原理课堂讲义例1关于传感器，下列说法正确的是()A．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的B．传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的C．传感器是将非电学量转变为电学量的装置D．以上说法都不正确传感器及其工作原理课堂讲义二、常见的传感器1．光敏电阻(1)特点：阻值随光照强度的增大而减小．(2)机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小．2．热敏电阻(1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关．温度变化，阻值有明显变化．(2)分类：由半导体材料制成，其导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻．①正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增加．②负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而下降．③临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降．传感器及其工作原理课堂讲义二、常见的传感器3．金属热电阻特点：电阻率随温度的升高而增大．金属电阻随温度的升高而增加．4．霍尔元件：霍尔电势高低的判断方法由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向．在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷．传感器及其工作原理课堂讲义例22007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于巨磁电阻效应的开发用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是()A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．金属热电阻随温度升高而减小传感器及其工作原理课堂讲义例3在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡没电源不能用电流挡指针偏转角度较大说明阻值变小换用倍率小的挡传感器及其工作原理课堂讲义例4如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽为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，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？左手定则电场力与洛伦兹力平衡时，有eUb＝evB，电流I＝neSv＝nev·bd故U＝IBned上表面聚集负电荷下表面聚集正电荷故下表面电势高传感器及其工作原理对点练习对传感器的理解1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器遥控器是利用红外线传输信号的传感器及其工作原理对点练习光敏电阻的特性2.如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是()A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变二极管的电流增大发光增强光敏电阻阻值减小灯泡L的电流增大L功率增大电阻减小同理可知L功率变小传感器及其工作原理对点练习热敏电阻的特性3.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显温度升高后，电阻将明显变化温度升高后，电阻变大，但不明显传感器及其工作原理对点练习霍尔元件原理分析及应用4.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是()A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化UH＝kIB/d，B增强时UH将变大两极处磁场与地面垂直，所以工作面应保持水平赤道处磁场与地面平行，所以工作面应保持竖直磁场与工作面夹角为θ，qvBsinθ＝qUH/D，θ变化时，UH将变化传感器及其工作原理