传感器及其工作原理 (3)

学习目标,知道非电学量转换成电学量的技术意义；,通过实验，知道常见传感器的工作原理；,初步探究利用和设计简单的传感器.,重、难点,几种常见传感器的工作原理,第一节 传感器及其工作原理,一、传感器,干簧管,（,一种能够感知磁场的传感器）,磁体靠近干簧管时 簧片被磁化而接通,干簧管起到开关的作用,遥控器控制电视开关,日光控制路灯的开关,声音强弱控制走廊照明灯开关等,自动门,安检门,传感器的定义,传感器是指这样一类元件：它能感受诸如,力、温度、光、声、化学成分,等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是,电压、电流,等电学量），或,转换为电路的通断,。,非电学量,传感器,电学量,角度,位移,速度,压力,温度,湿度,声强,光照,传感器,电压,电流,电阻,电容,非电学量转换为电学量，就可以方便地进行测量、传输、处理和控制了,非电学量,敏感元件,转换器件,转换电路,电学量,传感器的工作原理,根据演示实验并结合教材内容，思考问题：,（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？,（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？,（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？,（4）如下图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？,1、光敏电阻,演示实验：将光敏电阻和多用表的欧姆档相连，随着,光照不同，表有何变化？,二、常见制作传感器的元件,（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。,（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。,（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。,（4）随着光照强度的增加，多用表的指针偏角逐渐变大。,光敏电阻工作原理,：,光照增强 半导体材料中的载流子（自由电子,和空穴）浓度增加 材料的电阻率减小,2热敏电阻和金属热电阻,根据演示实验并结合教材有关内容，思考问题：,（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？,（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？,（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？,（4）,随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化？,演示实验：将热敏电阻和多用表的欧姆档相连，把热敏电阻放到剩水的杯中，向杯里倒入热水，,（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。,金属导体的导电性能随温度升高而降低,半导体材料的导电性能随温度升高而变好,（2）热敏电阻,灵敏度高,，但,化学稳定性较差,，,测量范围较小,； 金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。,（3）热敏电阻和金属热电阻能够将温度这个热学量转化电阻量这个电学量。,（4）随着水温升高，多用表的指针偏角逐渐变大,电容式传感器能够把,位移,这个力学量转化为,电容,这个电学量。,插入电介质，电容增大,四霍尔元件,霍尔元件能够把,磁感应强度这个磁学量,转化为,电压,这个电学量。,推导霍尔电压的公式,设载流子的电荷量为,q,，沿电流方向定向运动的平均速率为,v,，单位体积内自由移动的载流子数为,n,，垂直电流方向导体板的横向宽度为,a,，则电流的微观表达式为,载流子在磁场中受到的洛伦兹力,载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差,载流子受到的电场力为,当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 ,由式得,式中的,nq,与导体的材料有关，对于确定的导体，,nq,是常数。,令,则上式可写为,小 结,1制作传感器需要的敏感元件有,光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。,2光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。,3热敏电阻的阻值随温度的升高而减小；金属热电阻的阻值随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。,4霍尔元件的霍尔电压公式为：,霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。,5电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量,例1、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（ ）,A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻,B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻,C用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻,D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻,AC,