高二物理傳感器及其工作原理

1、第六章 傳感器列舉生活中的一些自動控制實例列舉生活中的一些自動控制實例 遙控器控制電視開關遙控器控制電視開關 日光控制路燈的開關日光控制路燈的開關 聲音強弱控制走廊照明燈開關等聲音強弱控制走廊照明燈開關等 自動門等自動門等 安檢門安檢門 6.1 6.1 傳感器及其工作原理傳感器及其工作原理一、什么是傳感器一、什么是傳感器（1 1）什么是傳感器？）什么是傳感器？磁感應強度的變化磁感應強度的變化 簧片的磁化和去磁簧片的磁化和去磁 電路的通斷電路的通斷 演示：演示：干簧管和音樂茶杯能夠感受非電學量并將它按照干簧管和音樂茶杯能夠感受非電學量并將它按照一定的規(guī)律轉化成電學量的一類元件或組件。一定的規(guī)律轉

2、化成電學量的一類元件或組件。能夠感受非電學量并將它按照一定的規(guī)律轉化能夠感受非電學量并將它按照一定的規(guī)律轉化成電學量的一類元件或組件。成電學量的一類元件或組件。傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、力、溫度、光、聲、化學成分光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成律轉化成電壓、電流電壓、電流等電學量，或轉化為等電學量，或轉化為電路的通斷電路的通斷。傳感器的定義：傳感器的定義：（2 2）傳感器的作用是什么？）傳感器的作用是什么？傳感器的作用是把非電學量轉化為電學量或電傳感器的作用是把非電學量轉化為電學

3、量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、測量、傳輸、處理和控制處理和控制。 非電學量非電學量傳感器傳感器電學量電學量 角度角度位移位移速度速度壓力壓力溫度溫度濕度濕度聲強聲強光照光照 傳感器傳感器電壓電壓電流電流電阻電阻電容電容敏感元件敏感元件轉換器件轉換器件轉換電路轉換電路（3 3）傳感器的工作原理）傳感器的工作原理 二、常見制作傳感器的元件二、常見制作傳感器的元件 1 1、干簧管、干簧管：是一種能夠感知磁場的傳感器：是一種能夠感知磁場的傳感器 根據(jù)演示實驗并結合教材根據(jù)演示實驗并結合教材p p5757的內(nèi)容，思考問題：的內(nèi)容，思考問題：（1 1）光敏電阻的電阻

4、率與什么有關？）光敏電阻的電阻率與什么有關？（2 2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？釋？（3 3）光敏電阻能夠將什么量轉化為什么量？）光敏電阻能夠將什么量轉化為什么量？（4 4）如下圖所示，隨著光照強度的增加，多用表的）如下圖所示，隨著光照強度的增加，多用表的指針將如何偏轉？指針將如何偏轉？2、光敏電阻、光敏電阻演示實驗：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？（1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關。）光敏電阻的電阻率與光照強度有關。（2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導體

5、材料，無光照時，載流子鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照增強，載極少，導電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好。流子增多，導電性能變好。（3）光敏電阻能夠將光學量轉化為電阻這個）光敏電阻能夠將光學量轉化為電阻這個電學量。電學量。（4）隨著光照強度的增加，多用表的指針偏）隨著光照強度的增加，多用表的指針偏角逐漸變大。角逐漸變大。光敏電阻工作原理：三熱敏電阻和金屬熱電阻三熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實驗并結合教材根據(jù)演示實驗并結合教材5858頁有關內(nèi)容，思考問題：頁有關內(nèi)容，思考問題：（1 1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化）金屬導體與半導體材

6、料的導電性能與溫度的變化關系是否相同？關系是否相同？（2 2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將什么量轉化為什么）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將什么量轉化為什么量？量？（4 4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？演示實驗：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，（1 1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化 關系不相同。關系不相同。 金屬導體的導電性能隨溫度升高而降低金屬導體的導電性能隨溫度升

7、高而降低 半導體材料的導電性能隨溫度升高而變好半導體材料的導電性能隨溫度升高而變好（2 2）熱敏電阻）熱敏電阻靈敏度高靈敏度高，但，但化學穩(wěn)定性較差化學穩(wěn)定性較差， 測量范圍較小測量范圍較?。唤饘贌犭娮璧幕瘜W穩(wěn)定性；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性 較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。（3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將溫度這個熱學量轉）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將溫度這個熱學量轉 化電阻量這個電學量?；娮枇窟@個電學量。（4 4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。熱敏電阻和金屬熱電阻的溫度曲線。

8、電容式傳感器能夠把電容式傳感器能夠把位移位移這個力學這個力學量轉化為量轉化為電容電容這個電學量。這個電學量。 插入電介質(zhì)，電容增大插入電介質(zhì)，電容增大四霍爾元件四霍爾元件 一個確定的霍爾元件一個確定的霍爾元件的的d d、k k、為定值，再保、為定值，再保持持i i不變，則不變，則u uh h的變化的變化就與就與b b成正比。這樣，霍成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應強爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉化為電度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。壓這個電學量。推導霍爾電壓的公式推導霍爾電壓的公式 設載流子的電荷量為設載流子的電荷量為q q，沿電流方向定向運動的平均速率為，沿電流方向定向運動的平均速率

9、為v v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n n，垂直電流方向導體板的橫向，垂直電流方向導體板的橫向寬度為寬度為a a，則電流的微觀表達式為，則電流的微觀表達式為 載流子在磁場中受到的洛倫茲力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移，兩個側面出現(xiàn)電勢差載流子在洛倫茲力作用下側移，兩個側面出現(xiàn)電勢差載流子受到的電場力為載流子受到的電場力為當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即 由由式得式得 式中的式中的nqnq與導體的材料有關，對于確定的導體，與導體的材料有關，對于確定的導體，nqnq是常數(shù)。是常數(shù)。 令令

10、則上式可寫為則上式可寫為 in q a d vhufqafq v bqvb huqahibunqd1knqhibukd小小 結結1 1制作傳感器需要的敏感元件有光敏電制作傳感器需要的敏感元件有光敏電 阻、阻、 熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。2 2光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。 光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。3 3熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減??；金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。熱屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大。熱 敏電阻或金屬

11、熱電阻將溫度這個熱學量轉敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個熱學量轉 化為電阻這個電學量?；癁殡娮柽@個電學量。4 4霍爾元件的霍爾電壓公式為：霍爾元件的霍爾電壓公式為： 霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為 電壓這個電學量。電壓這個電學量。5 5電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉化電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉化 為電容這個電學量為電容這個電學量 hibunqd例例1 1、如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，、如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中其中r r1 1為光敏電阻，為光敏電阻，r r2 2為定值電阻此光電計數(shù)為定值電阻此光電計數(shù)器的基本工作原理是

12、（器的基本工作原理是（ ）a a當有光照射當有光照射 r r1 1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓b b當有光照射當有光照射r r1 1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓c c信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次d d信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次acac例例2 2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將、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這三只元件分別接入如圖所示電路中的a a、b b兩點后，兩點后，用黑紙包住元件或者把元件

13、置入熱水中，觀察歐姆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（表的示數(shù)，下列說法中正確的是（ ）a a置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化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較大，這只元件一定是熱敏電阻b b置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變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化，這只元件一定是定值電阻c c用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件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，這只元相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元 件一定是光敏電阻件一定是光敏電阻d d用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件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，這只元件一相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一 定是定值電阻定是定值電阻acac