5.1傳感器及其工作原理新粵教版（2019）高中物理選擇性必修第二冊

第五章新課引入思考：日常生活中，為什么電飯煲能自動加熱和保溫，而不會把飯燒焦？其實這要歸功于現代傳感器技術的發展和應用。什么是傳感器

農貿市場上，用于稱重的桿秤已被更為靈敏的電子秤(如圖所示)替代。電子秤受到重物的壓力，內部的稱重傳感器就會把受到的壓力大小這一信息轉化為電信號，并對電信號進行處理后，顯示出對應重物質量的相應數字。

像稱重傳感器這種能夠感受到被測量的信息，并將其按照一定的規律轉化為可用信號的器件或裝置，稱為傳感器。

1、傳感器是指這樣一類器件或裝置：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出。

2、傳感器的組成：由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成什么是傳感器敏感元件：直接感受被測量，并將其變換成與被測量成一定關系的易于被測量的物理量。轉換元件：將敏感元件輸出的物理量轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的電學量。轉換電路：將轉換元件輸出的電學量轉換成易于測量的電學量。什么是傳感器

如圖所示，將電容式話筒與電阻串聯，用電壓表測量電阻兩端的電壓。閉合開關后，對著話筒說話。思考1：當說話的音量變化時，觀察電壓表的示數如何變化。思考2：分析電容式話筒是怎樣把聲音信號轉換成電信號的。

實驗中，電容式話筒的關鍵部件是由振動膜片和固定電極組成的，相當于一個電容器。當聲波信號使振動膜片振動時，振動膜片和固定電極的距離發生變化，使電容的大小也發生相應的變化，電阻兩端的電壓也隨之發生變化。由此，話筒就把聲音信號轉換成了電信號。

實驗中，聲波是被測量，聲波傳到振動膜片上，振動膜片是敏感元件，振動膜片和固定電極組成的話筒是轉換元件，電源、電阻組成的是轉換電路，電壓表測得的電壓是電學量，三個部分組成了一個傳感器，如圖所示。傳感器的分類

傳感器的種類繁多，涉及多個學科領域，如一輛小汽車就用上多種傳感器，如圖所示。

根據檢測量的不同，傳感器可以分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器等。傳感器的分類1、物理傳感器：壓電傳感器、光電傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等

2、化學傳感器：半導體氣體傳感器、濕敏傳感器、離子傳感器等。利用電化學氣體傳感器制成的可燃氣體報警器傳感器的分類

3、生物傳感器：酶傳感器、細胞傳感器、免疫傳感器等。利用葡萄糖生物傳感器制成的血糖儀傳感器的分類

1、溫度傳感器：一種將溫度變化轉換為電學量變化的裝置，它通過測量傳感器元件的電學量隨溫度的變化來實現溫度的測量。

2、常見溫度傳感器的敏感元件：熱敏電阻、熱電偶、熱雙金屬片等。溫度傳感器的原理熱敏電阻是利用半導體材料的阻值隨溫度的變化而變化的特性來實現溫度測量。

如圖所示，將一溫度計和一連接有歐姆表的熱敏電阻器放入裝有水的燒杯中。燒杯被固定在鐵架臺上。用酒精燈給水加熱。測出水中各個溫度下電阻表的讀數，并將實驗數據填入下表中。

采用作圖法分析數據，根據表中的實驗數據，在右圖中作出R-t圖線。分析熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規律，可以得到什么實驗結論？

實驗中選用不同的熱敏電阻，可能呈現出不同的溫度特性.根據溫度特性的不同，熱敏電阻可分為三類：第一類，正溫度系數熱敏電阻，它的阻值隨溫度的上升而增加；第二類，負溫度系數熱敏電阻，它的阻值隨溫度的上升而下降；第三類，臨界溫度系數熱敏電阻，它的阻值在很小的溫度范圍內急劇下降。只要知道了熱敏電阻的溫度特性，即可依據電阻與溫度的關系，將溫度這一熱學量轉化為電阻阻值這一電學量。其他溫度傳感器也是類似的原理。

與其他溫度傳感器的敏感元件相比，熱敏電阻靈敏度高、測量線路簡單，并且體積小、穩定性好、價格便宜，主要用于小溫差溫度的測量、溫度補償和電路的自動調整等。電腦、空調、冰箱等電器使用的溫度傳感器大多是熱敏電阻。

1、光敏傳感器：一種能夠感受光信號，并按照一定規律把光信號轉化成電信號的傳感器。

2、光敏傳感器的敏感元件：光敏電阻。光電傳感器的原理光敏電阻是光電傳感器的敏感元件，如圖所示。大多數的光敏電阻由半導體材料制成。

如圖右所示，用多用電表電阻擋來研究光敏電阻的阻值變化。觀察實驗現象，并思考下列問題：思考1：有光照射和無光照射時，光敏電阻的阻值有何不同？思考2：改變光的照射強度，光敏電阻的阻值有何變化？

實驗表明，無光照射時，光敏電阻的阻值較大；有光照射時，光敏電阻的阻值較小，并且隨光照的增強而減小。光敏電阻廣泛應用于照相機自動測光、室內光線控制、報警器、電子玩具、光控音樂、電子驗鈔機等各個領域。

常見光電傳感器的敏感元件除了光敏電阻外，還有光電池、光敏晶體管等。根據它們的電阻特性即電阻與光照強度的關系，可以將光照強度這一光學量轉化為電阻這一電學量，這就是光電傳感器的原理。課堂小結2.傳感器的分類：物理傳感器、化學傳感器、生物傳感器3.溫度傳感器的原理1.傳感器的概念和組成4.光電傳感器的原理：光電傳感器、光敏電阻1.關于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是（）A.非電學量→敏感元件→轉換電路→電學量→轉換器件B.電學量→敏感元件→轉換電路→轉換器件→非電學量C.非電學量→敏感元件→轉換器件→轉換電路→電學量D.非電學量→轉換電路→轉換器件→敏感元件→電學量C練習練習2.下列關于傳感器說法中不正確的是（）A．電子秤所使用的測力裝置是力傳感器，它將壓力大小轉化為可變電阻，進而轉化為電壓信號B．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉換為聲信號C．電熨斗能自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片，這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷D．光敏電阻能夠把光照強度這個光學量轉換為電阻這個電學量B3.如圖所示為一種呼氣酒精測試儀的原理圖，其中酒精氣體傳感器的電阻值r′的倒數與接觸到酒精氣體的濃度c成正比。則下列說法正確的是（）A．電壓表的示數無法表示濃度c的變化B．電壓表的示數越大，表示濃度c越小C．酒精氣體傳感器把電信息轉化成非電信息D．當醉酒人員對傳感器呼氣時，電壓表示數變大D練習4.卡拉OK用的話筒，內有將聲音信號轉換為電信號的傳感器．其中有一種是動圈式的，如圖所示．在彈性膜片后面粘接一