山东省2018_2019学年高中物理第六章传感器第1节传感器及其工作原理讲义（含解析）新人教版

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1、第1节传感器及其工作原理1．传感器按照一定的规律把非电学量转化为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。2．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。3．热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。4．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。5．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。一、传感器1．传感器的定义能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量

2、)，或转换为电路的通断的元件。2．非电学量转换为电学量的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。二、光敏电阻1．特点光照越强，电阻越小。2．原因无光照时，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。三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。2．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻

3、也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。四、霍尔元件1．霍尔元件如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。2．霍尔电压UH＝k(1)其中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。(2)一个霍尔元件的厚度d、霍尔系数k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件。1．自主思考——判一判(1)所有传感器的材料都是由半导体材料

4、做成的。(×)(2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(√)(3)传感器只能感受温度和光两个物理量。(×)(4)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(×)(5)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(×)(6)霍尔元件工作时，产生的电压与外加的磁感应强度成正比。(√)2．合作探究——议一议(1)为什么传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量呢？提示：电学量具有易测量，易控制，测量精度和速度较高，易放大、反馈、存储和可远距离传输等特点。特别是电信号能方便地与计算机连接而进行信息处理

5、，所以传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量。(2)光敏电阻和热敏电阻的特性成因相同吗？提示：不相同。半导体材料受到的光照增强时，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，即载流子数增多，于是导电能力明显地增强，电阻减小，这是光敏电阻的特性成因。对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电能力明显地增强，电阻减小，这是热敏电阻的特性成因。(3)霍尔元件的成因是什么？提示：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，在导体板的

6、一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压。传感器的工作原理1．传感器的组成和工作流程(1)传感器的组成①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏，湿敏等)制成的。②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学

7、量，如电压、电流、电阻等。(2)传感器的工作流程2．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。1．关于传感器，下列说法正确的是(　　)A．所有传感器都是由半导体材料做成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．以上说法都不正确解析：选B　大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻。

8、传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”。故只有B正确。2.[多选]如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是(　　)A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的解析：选CD　干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁