第六章傳感器第六章傳感器第一節傳感器及其工作原理新知初探自主學習一、什么是傳感器1.定義：感受_________量，并能把它們按照一定的規律轉換為________量，或轉換為電路的________的一類元件．2.工作原理非電學電學通斷二、光敏電阻[自主探究]實驗現象：將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋，用手掌遮光時電阻值很大；在室內自然光的照射下,電阻值較小；用陽光直接照射下，電阻值很小．成功發現1．特點：電阻值隨光照增強而________．減小2．原因分析：光敏電阻由半導體材料制成，無光照時，載流子_____，導電性能______；隨著光照的增強，載流子__________，導電性__________．3．作用：把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量．少差增多增強三、熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻率隨溫度升高而__________電阻率隨溫度升高而_________制作材料__________金屬優點靈敏度好化學穩定性好，測溫范圍大作用將________這個熱學量轉換為________這個電學量減小增大半導體溫度電阻四、霍爾元件圖6－1－2要點探究講練互動要點1光敏電阻、熱敏電阻的特性1.光敏電阻(1)光敏電阻的特性光敏電阻是利用半導體材料制成的，在被光照射時電阻發生變化，即隨照射光強度的增加而減小．(2)光敏電阻阻值變化的原因半導體材料受到的光照增強時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，即載流子數增多，于是導電性明顯地增強，電阻減小．2.熱敏電阻(1)熱敏電阻的特性熱敏電阻可分為正溫度系數的熱敏電阻和負溫度系數的熱敏電阻，正溫度系數的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負溫度系數的熱敏電阻隨溫度升高阻值減小．(2)熱敏電阻阻值變化的原因對于負溫度系數的熱敏電阻，溫度升高時，有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時空穴增多，即載流子數增多，于是導電性明顯地增強，阻值減小．

圖6－1－3熱點示例創新拓展電容式傳感器

1.原理電容器的電容C取決于極板正對面積S，極板間距離d及極板間電介質這幾個因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化．2.常見電容式傳感器名稱傳感器原理測定角度θ的電容式傳感器當動片與定片之間的角度θ發生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況名稱傳感器原理測定液面高度h的電容式傳感器在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質，液面高度h發生變化時，引起正對面積發生變化，使電容C發生變化．知道C的變化，就可以知道h的變化情況名稱傳感器原理測定壓力F的電容式傳感器待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，膜片發生形變，使極板間距離d發生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道

F的變化情況名稱傳感器原理測定位移x的電容式傳感器隨著電介質進入極板間的長度發生變化，電容C發生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況第二節傳感器的應用新知初探自主學習一、力傳感器的應用——電子秤1.組成及敏感元件：由_________和________組成，敏感元件是__________．2.工作原理金屬梁應變片應變片電阻電壓3.作用：應變片將_____________這個力學量轉換為_______這個電學量．二、溫度傳感器的應用1.電熨斗(1)組成：它主要由調溫旋鈕、升降螺絲、絕緣支架、觸點、雙金屬片、彈性銅片、電熱絲、金屬底板等幾部分組成．(2)敏感元件：____________．(3)工作原理：溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的________________不同，雙金屬片發生形變從而控制電路的通斷．物體形變電壓雙金屬片熱膨脹系數2.電飯鍋(1)它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結而成的．(2)敏感元件：_________________．(3)工作原理：①居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約_________時，失去磁性，這一溫度稱為“居里溫度”．②自動斷電原理：用手按下開關通電加熱，開始煮飯，當鍋內加熱溫度達到約103℃時，感溫鐵氧體103℃鐵氧體失去磁性，與永磁體失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關斷開．三、光傳感器的應用——火災報警器火災報警器利用了光傳感器，主要構造有：帶孔的罩子內裝有發光二極管LED、光電三極管和不透明的__________．擋板要點探究講練互動要點1傳感器問題分析1.分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉換為便于測量的電學量的器件．我們可以把傳感器的應用過程分為三個步驟：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、傳輸；(3)利用所獲得的信息執行某種操作．2.分析傳感器問題要注意四點(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規律．(3)電路結構分析認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規律．(4)執行機構工作分析傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程，還包含根據所獲得的信息控制執行機構進行工作的過程．要點2傳感器的應用實例分析名稱結構圖工作原理應變式電子秤在外力作用下，金屬梁上下表面的兩個應變片發生彎曲，上下應變片的阻值變化不一樣．傳感器把上下應變片的電壓之差輸出．外力越大，輸出的電壓差值也就越大名稱結構圖工作原理電熨斗常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數不同，上層金屬膨脹大，下層金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環進行，起到自動控制溫度的作用．名稱結構圖工作原理電飯鍋開始煮飯時按下開關按鈕，由于常溫下感溫鐵氧體具有鐵磁性，永磁體將吸引感溫磁體，因此手松開后這個按鈕不會恢復到圖示位置，這時電飯鍋處于加熱狀態．煮飯水沸騰時，水的溫度保持沸點不變．當飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度上升，當溫度超過103℃時，感溫鐵氧體失去鐵磁性，由于彈簧的作用，按鈕開關將恢復到如圖所示的位置，切斷加熱電源．名稱結構圖工作原理火災報警器平時，光電三極管收不到LED發出的光，呈現高電阻狀態．煙霧進入罩內后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發出警報.第三節實驗：傳感器的應用新知初探自主學習一、實驗目的1.了解光控開關和溫度報警器的工作原理．2.練習用傳感器制作自動控制設備．二、實驗器材1.光控開關實驗：斯密特觸發器、發光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6V，0.3A)、可變電阻R1(最大阻值51kΩ)、電阻R2(330Ω)、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5V)、導線若干、黑紙．2.溫度報警器實驗：斯密特觸發器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1kΩ)、集成電路實驗板、直流電源(5V)、導線若干、燒杯(盛有熱水)．三、實驗步驟1.光控開關實驗步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上．(2)檢查各元件的連接，確保無誤．(3)接通電源，調節電阻R1，使發光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮．(4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻，觀察發光二極管或燈泡的狀態．(5)逐漸撤掉黑紙，觀察發光二極管或燈泡的狀態．2.溫度報警器實驗步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上．(2)檢查各元件的連接，確保無誤．(3)接通電源、調節電阻R1，使蜂鳴器常溫下不發聲．(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發聲．(5)將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發聲．四、注意事項1.安裝前，對器材進行測試，確保各元件性能良好后，再進行安裝．2.光控開關實驗中，二極管連入電路的極性不能反接，否則繼電器不能正常工作．3.光控開關實驗中要想天更暗時“路燈”才會亮，應該把R1的阻值調大些．4.溫度報警器實驗中，要使蜂鳴器在更低的溫度時報警，應該把R1的阻值調大些．要點探究講練互動要點1光控開關1.電路圖如圖6－3－1所示的光控電路，用發光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.

圖6－3－12.工作原理白天，光強度較大，光敏電阻RG電阻值較小，加在斯密特觸發器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發光二極管LED不導通；當天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發器的輸入端A的電壓上升到某個值(1.6V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發光二極管LED導通發光(相當于路燈亮了)，這樣就達到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的．它是用來控制路燈自動亮、熄的控制裝置．3.發光時間調節要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些，這樣要使斯密特觸發器的輸入端A電壓達到某個值(如1.6V)，就需要RG的阻值達到更大，即天色更暗．

圖6－3－2要點2溫度報警器1.電路圖(如圖6－3－3所示)圖6－3－32.工作原理常溫下，調整R1的阻值使斯密特觸發器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發聲；當溫度升高時,熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發器輸入端A電勢升高，當達到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發出報