第49課時(shí)傳感器

1、第49課時(shí)傳感器1傳感器傳感器的定義：能把 (如力、光、聲、化學(xué)成分等)轉(zhuǎn)化為(電壓、電流等)或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的一種組合元器件.傳感器在生活、生產(chǎn)和科技領(lǐng)域通常應(yīng)用在現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)控制中，擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化的任務(wù).2. 干簧管(1) 作用：是一種感知磁場(chǎng)的傳感器.(2) 結(jié)構(gòu)：如圖甲所示，在玻璃管內(nèi)封入兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片.工作原理：如圖乙所示，當(dāng)干簧管放置于磁場(chǎng)中時(shí)，兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片因被磁化而 相互吸引接觸，電路導(dǎo)通，干簧管起到了開關(guān)的作用.3. 光敏電阻(1) 作用：能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量.(2) 特性：硫化鎘的電阻率與所受光照的強(qiáng)度有關(guān)，隨著光照

2、的增強(qiáng)，導(dǎo)電性變好，電阻率 變小，電阻也隨之變小.4. 熱敏電阻和金屬熱電阻(1) 熱敏電阻：利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而迅速減小的特性，從而將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化.(2) 金屬熱電阻：利用金屬的電阻隨溫度的升高而增大的特性，從而將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的變化.比擬：熱敏電阻的靈敏度高；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差.5. 霍爾元件(1)結(jié)構(gòu)：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(如下圖).(2)霍爾效應(yīng)：假設(shè)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(chǎng)B ,薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)

3、，使M、N間出現(xiàn)電壓U.霍爾電壓：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)霍爾元件長(zhǎng)為 a,寬為b,厚為d,那么當(dāng)薄片中載流子到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，f洛=Eq，即qBv=半口，又因I= nqSv = nqbdv,所以U =嵩，即U = °d(k為霍爾系數(shù))因此，我們就可以根據(jù)電壓U的變化得知磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化.(4)作用：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.6. 電容式位移傳感器 原理：如圖，被測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng).物體位置的變化就轉(zhuǎn)換成了電容量的變化.7. 電感式位移傳感器原理結(jié)構(gòu)：如圖(甲)、(乙)所示.把位移這個(gè)外電學(xué)量轉(zhuǎn)

4、化為電學(xué)量8. 力電傳感器的應(yīng)用一一電子秤(1)結(jié)構(gòu)：如下圖，是一種常用的力電傳感器，它由金屬架和應(yīng)變片組成，應(yīng)變片是一種敏 感元件，現(xiàn)在多用半導(dǎo)體材料制成.(2)應(yīng)變式傳感器的原理：彈簧鋼制成的架形元件右端固定，在架的上下外表各貼一個(gè)應(yīng)變片,當(dāng)架的自由端受壓力 F，那么架發(fā)生彎曲，上外表拉伸，下外表壓縮，上外表應(yīng)變片的電阻變大， 下外表應(yīng)變片的電阻變小.壓力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的阻值變化越大.如果讓應(yīng)變片中通過(guò)恒定電流，那么上外表應(yīng)變片兩端的電壓變大，下外表應(yīng)變片兩端的電壓變小傳感器就 把這兩個(gè)電壓的差值輸出.(3) 功能：能夠把壓力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量.9. 聲電傳感器的

5、應(yīng)用一一話筒(1) 話筒(聲電傳感器)的作用是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào).(2) 動(dòng)圈式話筒，如下圖 構(gòu)造：主要由三局部組成：永久磁鐵、線圈、膜片. 原理：膜片在聲波作用下振動(dòng)，使得與膜片相連的線圈中產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電流.電容式話筒，如下圖fl 構(gòu)造：Q是絕緣支架，M是薄金屬膜，N是固定電極，M和N 形成一個(gè)電容器，被直流電源充電. 原理：當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生了變化，電路中形成變 化的電流，于是電阻兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓. 特點(diǎn)：保真度好10. 溫度傳感器的應(yīng)用如下圖，它由上下兩種膨脹系數(shù)(線膨脹)不同的金屬結(jié)合而成.a.雙金屬片傳感器一一電熨斗(1)雙金屬片溫度傳感器的結(jié)

6、構(gòu)： (2)原理：熱脹冷縮原理溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，可使觸點(diǎn) 接觸或別離.(3) 作用：做成溫度傳感器.電熨斗的構(gòu)造：如下圖，調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性銅片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，到達(dá)控制不同溫度的目的.b.鐵氧體傳感器一一電飯鍋(1)主要元件是感溫鐵氧體，是用氧化錳、氧化鋅、氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成.(2)感溫鐵氧體的特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是上升到約 磁性，不能被磁體吸弓I,這個(gè)溫度叫材料的“居里溫度或“居里點(diǎn).電飯鍋結(jié)構(gòu)：如圖甲所示.然后再接入圖乙所示電路：103 C,就失去了鐵接線入螺釘電熱板v乙控溫原理：開始煮飯時(shí)向下

7、壓按鈕，杠桿使永磁體與感溫磁體相互吸住而接觸，同時(shí)彈簧被壓 縮，壓桿抬起，下面的簧片向上彈起，兩個(gè)觸點(diǎn)接通，使電熱板通電.水沸騰后，大致保持100C的溫度.飯煮熟后，鍋底溫度會(huì)上升到103C，于是感溫磁體失去磁性不能與永磁體相吸，永磁體就在重力和彈簧彈力的共同作用下落下，杠桿左端下降，將簧片壓下使觸點(diǎn)別離，電熱板停止 發(fā)熱-八、11. 光電傳感器的應(yīng)用 一一火災(zāi)報(bào)警器(1)結(jié)構(gòu)：如下圖.乙結(jié)構(gòu)和原理2光敏器件是光電三極管.3原理：光電三極管是煙霧火警報(bào)警器中的光電傳感器平時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光被不透明擋板擋住當(dāng)有煙霧時(shí)，煙霧對(duì)光有散射作用，光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報(bào)警電路工作題型一

8、：熱敏電阻和光敏電阻的特性【例1】2021蘇州市一模遙控器能調(diào)換電視機(jī)頻道，利用的是光傳感器以下屬于應(yīng)用這類傳感器的是A. 紅外報(bào)警裝置B. 金屬電阻溫度計(jì)C. 電子電路中使用的“干簧管D. 霍爾元件【變式訓(xùn)練1】2021南通一模如下圖的電路中，Ri是定值電阻，R2是光敏電阻，電源的內(nèi)阻不能忽略閉合開關(guān) S,當(dāng)光敏電阻上的光照強(qiáng)度增大時(shí)，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A. 通過(guò)R2的電流減小B. 電源的路端電壓減小C. 電容器C所帶的電荷量增加D. 電源的效率增大【變式訓(xùn)練2】 壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了 判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示將壓敏電阻和一

9、塊擋板固定在絕緣小車上，電流表示數(shù)如圖乙所示，以下判斷正確的乙中間放置一個(gè)絕緣重球.小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中, 是A. 從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B. 從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C. 從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D. 從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)題型二：傳感器的應(yīng)用【例2】 圖甲為在溫度為10 C左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻Ri = 20 k Q, R2= 10 k Q, R3= 40 k Q, Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示.當(dāng)a、b端電壓Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān) S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲

10、發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高;當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在 C .VM在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶【變式訓(xùn)練3】多項(xiàng)選擇演示位移傳感器的工作原理如下圖，物體動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p,通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來(lái)反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想的，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 A. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B. 物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C. 物體M不動(dòng)時(shí)，電路中有電流D. 物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)課堂練習(xí)一、 單項(xiàng)選擇題1. 2021泰州一模關(guān)于傳感器，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A傳感器能將非電學(xué)量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電學(xué)量B. 金屬熱電阻是一種可以將

11、電學(xué)量轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量的傳感器C. 干簧管是能夠感知電場(chǎng)的傳感器D. 半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大2. 2007年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了法國(guó)和德國(guó)的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)，基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用在以下有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A. 熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測(cè)控裝置中B. 光敏電阻是一種光電傳感器C. 電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D. 電阻在電路中主要起到通過(guò)直流、阻礙交流的作用3. 以下圖所示的電路中，兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)，且R與LED相距不遠(yuǎn)，以下

12、說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭B. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭C. 當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí),P向左移動(dòng)時(shí),P向右移動(dòng)時(shí),L消耗的功率增大L消耗的功率減小L消耗的功率可能不變D.無(wú)論怎樣移動(dòng)觸頭 P, L消耗的功率都不變4. 如圖是一火警報(bào)警器電路的示意圖.其中R3為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，這種半導(dǎo)體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而增大值班室的顯示器為電路中電流表，電源兩極間接一 報(bào)警器當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓 U的變化情況是A. I變大，U變小B. 11變小，U變大C.I變小，U變小D.I變大，U變大二、多項(xiàng)選擇題5. 如右圖所示，電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成了一個(gè)電容器，a、b通過(guò)導(dǎo)線與恒定電源兩極相接.假設(shè)聲源 S做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，那么A. a板振動(dòng)過(guò)程中，a、b板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變.痛 材 LB. a板振動(dòng)過(guò)程中，a、b板所帶的電量變化''I4 匸C. a板振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流計(jì)中始終有方向不變的電流|!D. a板向右的位移最大時(shí)，a、b板構(gòu)成的電容器的電容最大©'6. 2021江蘇美國(guó)科學(xué)家 Willard S . Boyle與George E. Smith因電荷耦合器件CCD的重要 創(chuàng)造榮獲2021年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).