第六章傳感器第六章傳感器第一節傳感器及其工作原理第六章傳感器學習目標1.了解傳感器的概念，知道非電學量轉換成電學量的技術意義．2．通過實驗，知道常見敏感元件的工作原理．3．能夠結合已學的知識，分析傳感器在實際中的應用事例．新知初探自主學習一、什么是傳感器自研教材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．非電學電學通斷成功體驗傳感器的作用是什么？提示：把非電學量轉換為電學量，或轉換為電路的通斷．二、光敏電阻自主探究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．這說明了光敏電阻具有什么特點？它把什么量轉換為什么量？成功發現1．特點：電阻值隨光照增強而____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____，導電性能____3．作用：把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量．減小．少差增多增強．三、熱敏電阻和金屬熱電阻自主探究1．如圖甲，將一只熱敏電阻接到多用電表的兩端，分別用手和冷水去改變熱敏電阻的溫度，用手時電阻值較小，用冷水時，電阻值較大．這說明了什么？甲乙2．如圖乙為實驗測出的熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值－溫度特性圖線，由圖線分析，熱敏電阻、金屬熱電阻有什么不同？熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻率隨溫度升高而減小電阻率隨溫度升高而增大制作材料半導體金屬優點靈敏度好，測溫精度高化學穩定性好，測溫范圍大作用將溫度(熱學量)轉換為電阻(電學量)成功體驗四、霍爾元件自研教材1．組成：在一個很小的矩形半導體薄片上，制作四個電極E、F、M、N，就成為一個霍爾元件．成功體驗在電流通過磁場中的霍爾元件時，為什么在它的兩個面之間會產生電壓？提示：因為電流通過霍爾元件時，它內部的運動電荷(載流子)在磁場力的作用下，向垂直電流和磁場的方向漂移，從而在此方向上產生電壓．要點探究講練互動要點一光敏電阻、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．(2013·山東實驗中學高二檢測)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時(

)A．電壓表的示數增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大例1【思路點撥】當照射光強度增大時，光敏電阻阻值發生變化，然后根據直流電路的動態分析方法進行判斷．【解析】光的強度是被測量，光敏電阻R3為光敏感元件，同時也是轉換器件．當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數增大，A項正確，D項錯誤．由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，可知R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B項正確；結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項正確．故選ABC.【答案】

ABC【規律總結】

解決光敏電阻相關的問題，要分兩步走(1)明確光敏電阻的阻值隨光照如何變化．(2)結合光敏電阻阻值的變化，利用閉合電路的歐姆定律等相關運算，解決光敏電阻對電路的影響問題．跟蹤訓練1在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現對電路相關物理量的控制．如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當環境溫度降低時(

)A．電容器C的帶電量增大B．電壓表的讀數增大C．電容器C兩板間的電場強度減小D．R1消耗的功率增大如圖所示，電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為h，有一磁感應強度為B的勻強磁場，垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內的自由電子數為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？例2【答案】見解析跟蹤訓練2如圖所示，截面為矩形的金屬導體，放在磁場中，當導體中通有電流時，導體的上、下表面的電勢的關系為(

)A．φM＞φN

B．φM＝φNC．φM＜φND．無法判斷解析：選A.霍爾效應形成的原因是因為帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力作用，做定向移動形成的，根據左手定則，電子受到向下的洛倫茲力作用，向N板運動，則M板剩下正電荷，所以φM＞φN.故選A.要點三電容式傳感器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的變化情況如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發生變化，使聲音信號被話筒轉化為電信號，其中導致電容變化的原因是電容器兩板間的(

)例3A．距離變化B．正對面積變化C．介質變化D．電壓變化【解析】平行板電容器的電容C∝εrS/d，本例中的介質沒有變化，正對面積也沒有變化，引起電容變化的因素是板間距離d.故選A.【答案】

A【規律總結】

電容式傳感器是應用了電容器的電容跟板間距離、正對面積、電介質及引起它們改變的因素(如力、位移、壓強、聲音等)的關系，將這些非電學量轉化為電容器的電容這個電學量．跟蹤訓練3(2013·四川南充高中高二檢測)如圖所示為一測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物質，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉方向與電流方向相同．如果發現指針正向右偏轉，則導電液體深度h的變化為(

)A．正在增大B．正在減小C．不變D．無法確定尋規探法思維啟迪傳感器在實際中的應用【范例】

如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數，可以了解油量情況，你認為電壓表應該接在圖中的________兩點之間，按照你的接法