2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用普通高中教科書物理人教版

選擇性必修第二冊

第五章傳感器引入新課演示實(shí)驗(yàn)干簧管演示實(shí)驗(yàn)音樂茶杯

演示實(shí)驗(yàn)聲光控開關(guān)生活中的實(shí)例傳感器的概念、作用及工作原理探究實(shí)驗(yàn)（分組)探究光敏電阻的特性探究實(shí)驗(yàn)（分組)探究金屬熱電阻和熱敏電阻的特性霍爾元件實(shí)例分析以及思考題總結(jié)課堂練習(xí)及作業(yè)目錄1.電飯煲為什么能自動加熱和保溫而不會使飯燒焦？2.電冰箱、空調(diào)為什么可以自動控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而保持恒溫？3.全自動洗衣機(jī)為什么可以自動完成洗衣過程？4.電梯門為什么不夾人？5.自動門為什么會自動開啟？6.怎樣實(shí)現(xiàn)自動通風(fēng)、自動噴水、自動報(bào)警？

…………

這一切，都要?dú)w功于現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。問題第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動傳感器技術(shù)的進(jìn)步上世紀(jì)實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)的自動化，幾乎主要依靠傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。

“沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)現(xiàn)在已為全世界所公認(rèn)。科學(xué)技術(shù)越發(fā)達(dá)、自動化程度越高，對各種傳感器的需求越大..資料第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

信息采集的關(guān)鍵是傳感器，傳感器的性能在很大程度上決定著整個(gè)信息技術(shù)的性能，所以傳感器技術(shù)已成為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要支柱之一，在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中占有十分重要的地位，是高新技術(shù)競爭的核心技術(shù)之一。其開發(fā)研究和生產(chǎn)能力與應(yīng)用水平直接影響到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

各發(fā)達(dá)國家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。我國從20世紀(jì)80年代以來也將傳感器技術(shù)列入國家高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。

傳感器作為向自然界獲取信息的工具，幾乎滲透到科學(xué)技術(shù)、社會生產(chǎn)和人民生活的每一個(gè)角落，彩電、冰箱、空調(diào)……資料回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用干簧管控制電路的通斷

演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)：小盒子

A

的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵

B

放到盒子上面燈泡就發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅。盒子里有什么裝置？第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用盒子里的奧秘原因原因：玻璃管內(nèi)封入兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，電路導(dǎo)通。所以，干簧管能起到開關(guān)的作用。總結(jié)：磁場這種非電信號可以實(shí)現(xiàn)電路的自動控制

回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

出示一只音樂茶杯，茶杯平放桌上時(shí)，無聲無息，提起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂，邊閃爍著五彩的光芒。音樂茶杯的工作開關(guān)又在哪里？開啟的條件是什么？音樂茶杯用書擋住底部（不與底部接觸），音樂停止，可見音樂茶杯受光照強(qiáng)度的控制。光照變化（光強(qiáng)變化）

光照時(shí)光敏電阻阻值減小

電路接通，音樂響起。演示實(shí)驗(yàn)回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用聲光控開關(guān)控制電路的通斷

①在光照情況下，聲音不能控制電燈點(diǎn)亮。②關(guān)閉教室內(nèi)的光源或其它方法降低光照，聲音能“打開”電燈，并延時(shí)幾秒后熄滅。③用物體遮擋光眼處，在光照情況下聲音能控制電燈。

樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過樓道時(shí)，開關(guān)自動接通，燈就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過，開關(guān)都是斷開的，燈總是不亮，這種開關(guān)用的就是聲光控開關(guān)總結(jié)：聲、光這種非電信號可以實(shí)現(xiàn)電路的自動控制

演示實(shí)驗(yàn)回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用請舉一些生活中的實(shí)例

實(shí)例力信號電信號聲信號電信號第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用請舉一些生活中的實(shí)例

實(shí)例光信號電信號聲信號電信號回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用總結(jié)1、什么是傳感器傳感器是指這樣一類元件：它能感受例如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們轉(zhuǎn)換成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。從而能方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用廣義上講——傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置。簡單地說——傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以傳感器由敏感元器件感知元件和轉(zhuǎn)換器件（將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成適宜傳輸和測量的量的器件，如電學(xué)量）兩部分組成；有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。總結(jié)1、什么是傳感器第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用總結(jié)2、傳感器的作用傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。

非電學(xué)量→傳感器→電學(xué)量

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

傳感器：非電學(xué)量→傳感器→電學(xué)量

角度位移速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照傳感器電壓電流電阻電容總結(jié)3、傳感器的工作原理第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用實(shí)例思考：小汽車?yán)锩娓鞣N非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的情況。為了制作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來看幾個(gè)實(shí)際的例子。實(shí)例形形色色的傳感器回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用比較光敏電阻在不同光照條件下電阻之不同

分組實(shí)驗(yàn)第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)思考問題：（1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？（2）光敏電阻受到光照時(shí)會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？（3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？（4）如下圖所示，隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？

Ω將光敏電阻和多用表的歐姆檔相連，隨著光照不同，表有何變化？思考比較光敏電阻在不同光照條件下電阻之不同

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用（1）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。（2）光敏電阻受到光照時(shí)電阻會變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。（3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。（4）隨著光照強(qiáng)度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。結(jié)論第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用視頻比較光敏電阻在不同光照條件下電阻之不同

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用例1.如圖所示為光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的工作原理是（

）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次原理工作原理：光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。光敏電阻是由硫化鎘制成的，硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。科學(xué)漫步第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用光敏電阻總結(jié)光照增強(qiáng)半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加材料的電阻率減小回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用金屬熱電阻和熱敏電阻將熱敏電阻和多用表的歐姆檔相連，把熱敏電阻放到剩水的杯中，向杯里倒入熱水分組實(shí)驗(yàn)第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)并結(jié)合教材98頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？（3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？（4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？思考金屬熱電阻和熱敏電阻第1節(jié)傳感器及其工作原理第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用金屬熱電阻和熱敏電阻（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好（2）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。（3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化電阻量這個(gè)電學(xué)量。（4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大結(jié)論第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而____減小１）特性：金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而_____增大總結(jié)金屬熱電阻和熱敏電阻1.金屬電阻2.熱敏電阻

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用2）異同點(diǎn):金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好、測量范圍大、但是靈敏度差。熱敏電阻化學(xué)穩(wěn)定性差、測量范圍小、但是靈敏度好。總結(jié)金屬熱電阻和熱敏電阻熱敏電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量

轉(zhuǎn)換成為電阻這個(gè)電學(xué)量第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用思考電容式位移傳感器電容式位移傳感器能夠把物體_____這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個(gè)電學(xué)量位移電容如圖，當(dāng)被測物體左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動，如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化，用什么方法可以檢測電容的變化？回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾元件原理背景知識：霍爾元件是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極E、F、M、N而成（如圖所示）。若在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓U。1879年美國物理學(xué)家霍爾觀察到，在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元件。第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用探究霍爾元件上的電壓U與電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系

設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運(yùn)動的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，則電流的微觀表達(dá)式為

①載流子在磁場中受到的洛倫茲力載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢差載流子受到的電場力為當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場力平衡，即②

由①②式得③

式中的nq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對于確定的導(dǎo)體，nq是常數(shù)。令則上式可寫為④

第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用霍爾元件能夠把___________這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個(gè)電學(xué)量磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓結(jié)論霍爾元件第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1、自動排氣扇，其中A為水汽傳感器，當(dāng)水汽的濃度增大時(shí)，其內(nèi)部電阻減小水汽濃度———電流———控制電路通斷非電學(xué)量———傳感器———電學(xué)量———控制電路通斷實(shí)例分析第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用2、如圖：自來水廠在河中的取水電路，當(dāng)水中的離子濃度較低時(shí)，取水電動機(jī)保持工作狀態(tài)，當(dāng)水中離子濃度增大到一定程度時(shí)，取水電動機(jī)停止工作。實(shí)例分析回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1．制作傳感器需要的敏感元件有光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。2．光敏電阻的阻值隨光的強(qiáng)度增大而減小。光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。3．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小；金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。4．霍爾元件的霍爾電壓公式為：霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。5．電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量小結(jié)回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)由光敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路。要求是：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅。可供選擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab解：光敏電阻受到光照射時(shí)電阻變小，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將交流電源與路燈接入c、e之間。220V

光暗時(shí)光敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。光亮?xí)r，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強(qiáng)，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。思考題回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用溫度傳感器閱讀材料第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用紅外線傳感器——實(shí)現(xiàn)無接觸測量應(yīng)用領(lǐng)域：航空攝影、衛(wèi)星遙感、家電遙控、防盜防火報(bào)警器、自動門、生物探測器……第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用我國第一種實(shí)用化的生物傳感器—SBA-30型乳酸分析儀SBA-70型生物傳感在線分析系統(tǒng)生物傳感器——用以檢測和識別生物體內(nèi)化學(xué)成分。應(yīng)用領(lǐng)域：最典型的應(yīng)用是在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，醫(yī)院里各種進(jìn)行生化分析的儀器之中……第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用

現(xiàn)代傳感器既是高科技的結(jié)晶，又在高科技中起舉足重輕的作用。

一輛現(xiàn)代化汽車所用傳感器達(dá)數(shù)十種……哥倫比亞號

如美國‘阿波羅’登月飛行器每個(gè)安裝的各種傳感器達(dá)3200個(gè)。在現(xiàn)代的飛機(jī)、汽車、甚至家用電器也是如此….回到首頁第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用題1、如圖所示為光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次AC課堂練習(xí)題第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用題2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是（）A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻AC第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用題3、如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？下表面第2節(jié)常見傳感器的工作原理及應(yīng)用題4.氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測，它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化．在如圖甲所示的電路中,不同的一氧化碳濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,電壓表的指針位置就與一氧化碳濃度有了對應(yīng)關(guān)系,觀察電壓表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標(biāo).有一種氧化錫傳感器，其技術(shù)資料中給出的是電導(dǎo)(即電阻的倒數(shù))-CO濃度曲線，如圖乙所示．在下列表示一氧化碳濃度c與電壓表示數(shù)U0之間關(guān)系的圖象中正確的是()V保護(hù)電阻氧化錫傳感器R0R甲0CO濃度電導(dǎo)乙0U0cU0cU0c0U0cACDB00D