2017-2018学年高中物理第三章传感器1传感器学案教科版选修3

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1、1传感器[目标定位]　1.知道什么是传感器及其工作原理.2.掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用.一、传感器1.定义把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置.2.结构非电信息,(1)敏感元件：能直接感受非电信息，如压力、光照、温度、磁场、气体等，并将这些信息变换成易于测量的物理量，形成电信号.(2)处理电路：把微小电信号进行放大，并除去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的电学量(如电压、电流和频率等)，这类电路称为处理电路.3.传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度

2、、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.4.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.深度思考传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？答案　传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等)，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中

3、有极其重要的作用.例1　如图1所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的(　　)图1A．距离变化B．正对面积变化C．介质变化D．电压变化解析　在声音信号转换为电信号过程中介电常数没变，正对面积未变．振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转换为电

4、信号，故A选项正确．答案　A例2　传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图2中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成.图2压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g＝10m/s2.请回答：压

5、力F/N0250500750100012501500…电阻R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处.(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则这个人的体重是________kg.解析　(1)由题图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300Ω，此时A中电流I＝＝A＝1.6×10－2A.(2)当电流I＝20mA＝20×10－3A时，压力传感器的电阻R＝＝Ω＝240Ω，对应表格中，这个人的体重为50kg.答案　(1)1.6×10－2

6、　(2)50传感器问题的分析思路不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化.因此，我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.二、敏感元件的原理1.原理利用物理学中能直接感受到的非电信息转换成易于测量的物理量，形成电信号.2.敏感元件分类：(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应.(2)化学类：基于化学反应的原理.(3)生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能.3.半导体热敏电阻的热敏特性：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性

7、，可以实现对温度的测量.4.干簧管是一种能感知磁场的敏感元件.当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触；当磁力小于簧片的弹力时，两者分开.因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关.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3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

8、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(　　)图3A.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，