高考物理 传感器及其应用讲义 新人教版

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1、2011年高考物理传感器及其应用讲义新人教版温故自查1．传感器的定义：国家标准GB7665－87对传感器有如下的定义，“能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”．通俗地说，传感器(sensor)在现代技术中是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并且能够把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量；其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的信号按一定的规律转变为便于利用的电信号，把非电学量转换为电学量以后，就可以方便

2、的进行测量、传输、处理和控制了．2．传感器的原理：传感器受到的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号非常微弱，通常经过放大后再送给控制系统产生各种控制动作．传感器的原理也可以用下图表示：3．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：(1)按输入量分类，如输入量分别为、、、、等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器．这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据

3、测量对象选择需要的传感器．(2)按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、器、、、、等．温度压力位移速度加速度电容传感电感传感器霍尔传感器光电传感器光栅传感器4．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有、、、霍尔元件等．(1)热敏电阻是由半导体材料制成的，常态时其阻值约为10kΩ，其电阻率随温度的变化而迅速变化，温度升高时，其电阻率显著减小．(2)光敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率在光照射下显著减小，在没有光照射下其阻值可以达到几十兆欧，在一般室内光照射下，电阻可以降至几千欧，利用多用电表的欧姆挡测

4、量不同温度下热敏电阻的阻值以及不同光照条件下光敏电阻的阻值，就可以了解热敏电阻随温度以及光敏电阻随光照的变化规律．光敏电阻热敏电阻金属热电阻(3)有些金属的电阻率随温度的升高而增加，利用这个特点也可以制成温度传感器．热敏电阻和金属热电阻都可以把温度这个热学量转化为电学量(电阻)，相比之下热敏电阻的灵敏度较好．(4)霍尔元件能够把磁感应强度转换为电压，当电流一定时，霍尔电压UH与磁感应强度B成正比．考点精析如图所示，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，导体板单位体积中自由电子的个数为n，

5、当电流I通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝.式中的比例系数k称为霍尔系数，U称为霍尔电压．霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成电场，电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力和洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差．设电流I是由电子的定向移动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，由图可

6、知，电流I的方向向右，根据左手定则，四指指向电子运动的反方向，自由电子受到的洛伦兹力方向向上，这样导体的上侧面会聚集电子，而导体板整体不带电，所以导体板的下侧面就会出现多余的正电荷，从而使导体板的上侧面A的电势低于下侧面A′的电势．当导体板上、下两侧之间形成稳定的电势差时，静电力与洛伦兹力达到平衡，霍尔元件就是利用上述原理把磁感应强度B这个非电学量转化为电压U这个电学量的．因此，霍尔元件又称磁敏元件.实验目的1．知道传感器的作用．2．观察热敏电阻和光敏电阻的阻值是如何随热信号和光信号而变化的．实验原理传感器

7、是将它所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件．例如：热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号；光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可达到自动控制等各种目的．实验器材铁架台，温度计，多用电表，烧杯，开水(可装在热水瓶内)，冷水，热敏电阻，光敏电阻，导线，纸带，光电计数器，钩码．实验步骤1．热敏电阻特性实验：如图所示．①在烧杯内倒入少量冷水，放在铁架台上，将悬挂在铁架台上的温度计放入水中．②将多用电表的选择开关置于“

8、欧姆”挡，将两支笔短接，调零后再将两支表笔分别与热敏电阻的两个输出端相连．③将热敏电阻放入烧杯内的水中，在欧姆挡上选择合适的倍率，再重新调零，把两支表笔接到热敏电阻两输出端，观察表盘指示的热敏电阻的阻值，填入表格内．实验记录：④分几次向烧杯内倒入开水，观察不同温度时热敏电阻的阻值，记录在表格内．⑤通过比较这些测得的数据，看看热敏电阻的阻值是怎样随温度变化的⑥将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡，拆