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1传感器及其工作原理,第六章传感器,学习目标1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用.,内容索引,自主预习预习新知夯实基础,重点探究启迪思维探究重点,达标检测检测评价达标过关,自主预习,一、传感器及工作原理1.传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_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、电流等量)，或转换为电路的的元件.2.非电学量转换为电学量的意义：把转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和.,物理,电学,通断,控制,非电学量,二、光敏电阻的特点及工作原理1.当半导体材料受到或者温度时，会有更多的电子获得能量成为电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强.2.光敏电阻是用材料(如硫化镉)制成的.它的特点是光照越强，电阻越.它能够把这个光学量转换为这个电学量.,光照,升高,自由,半导体,小,光照强弱,电阻,三、热敏电阻和金属热电阻的特点1.热敏电阻：用材料制成.可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻.(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻.(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻.2.金属热电阻：金属的电阻率随温度而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成传感器，称为热电阻.,半导体,增大,升高,减小,温度,四、霍尔元件的特点1.霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受和二力平衡.2.霍尔电压：UHk(d为薄片的厚度，k为霍尔系数).其中的变化与成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.,电场力,洛伦兹力,B,UH,即学即用1.判断下列说法的正误.(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.()(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.()(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低.()(4)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出.(),答案,2.如图1所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数_(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度_(填“变亮”或“变暗”).,答案,图1,变小,变亮,重点探究,导学探究干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图3电路，当条形磁铁靠近干簧管时：,一、传感器,答案灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通.,图2图3,(1)会发生什么现象，为什么？,答案,(2)干簧管的作用是什么？,答案干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器.,图2图3,答案,知识深化1.传感器的原理：,非电学量,传感器(敏感元件、转换器件、转换电路),电学量,2.在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量；(3)是如何显示或控制开关的.,解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大.把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小.,例1如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数可以了解油量情况.若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？,图4,答案见解析,答案,解析,导学探究在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是什么？,二、光敏电阻,图5,答案,答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.,例2(多选)如图6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大,图6,解析,答案,解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误.因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确.结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.,导学探究如图7所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？,三、热敏电阻和金属热电阻,图7,答案,答案由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏.,例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图8所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大,图8,答案,解析,解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I知I变小，又UEIr，电压表的读数U增大，B正确；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2UU1，U1IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E，QCU2可知Q、E都增大，故A正确，C错误.,含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤1.明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小.2.分析整个回路的电阻的增减、电流的增减.3.分析部分电路的电压、电流如何变化.,导学探究如图9所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间会出现电压，称为霍尔电压UH.(1)分析为什么会出现电压.,四、霍尔元件,图7,答案,答案薄片中的载流子在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压.,(2)试推导UH的表达式.,图7,答案,答案设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，受力分析如图当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定.,再根据电流的微观表达式InqvS，Sl2d,令k，其中n为材料单位体积的载流子的个数，q为单个载流子的电荷量，它们均为常数.则有,知识深化霍尔电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面.,例4如图10所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系(上板为M，下板为N)是A.MNB.MNC.MN.故选A.,答案,解析,达标检测,1.(对传感器的理解)在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是A.光传感器B.温度传感器C.声传感器D.磁传感器,答案,1,2,3,4,解析滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果.,2.(光敏电阻的特性)如图11所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变,图11,答案,解析,1,2,3,4,解析R2与灯泡L并联后与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当热敏电阻R2温度降低时，它的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，A、B、D均错误.,3.(热敏电阻的特性)如图12所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱,答案,解析,图12,1,2,3,4,4.(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图13所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则A.电势abB.电势baC.仅电流增大时，|ab|增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然一样,答案,解析,图12,1,2,3,4,解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向a侧偏转，所以ba，B正确，A错误；因|ab|k，所以电流增大时，|ab|增大，C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，|ab|0，即不产生霍尔效应，故D错误.,1,2,3,4,
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