人教新課標(biāo)高中物理選修傳感器及其工作原理張市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第六章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理第1頁第1頁第2頁第2頁1知道什么是傳感器及傳感器工作原理2掌握制作傳感器慣用元件特性(重點(diǎn))3在理解傳感器特性基礎(chǔ)上，掌握各元件簡(jiǎn)樸應(yīng)用(難點(diǎn))第3頁第3頁一、什么是傳感器1定義感受 量，并能把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為量，或轉(zhuǎn)換為電路一類元件2工作原理非電學(xué)電學(xué)通斷第4頁第4頁二、光敏電阻1特點(diǎn)電阻值隨光照增強(qiáng)而 2原因分析光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，無光照時(shí)，載流子 ，導(dǎo)電性能 ；伴隨光照增強(qiáng)，載流子 ，導(dǎo)電性 3作用把這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量減小很少不好不好變好光照強(qiáng)弱電阻第5頁第5頁三、熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度升高而_電

2、阻率隨溫度升高而_制作材料長(zhǎng)處靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大作用將 這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量減小增大半導(dǎo)體金屬溫度電阻第6頁第6頁利用半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理闡明氧化錳熱敏電阻電阻率為何會(huì)隨溫度升高而減??？提醒：溫度越高，半導(dǎo)體中載流子數(shù)目越多，因此導(dǎo)電性能越強(qiáng)第7頁第7頁四、霍爾元件1構(gòu)成在一個(gè)很小矩形半導(dǎo)體薄片上，制作4個(gè)電極E、F、M、N，就成為一個(gè)霍爾元件第8頁第8頁2原理E、F間通入恒定電流I，同時(shí)外加與薄片垂直磁場(chǎng)B時(shí)，薄片中載流子就在 力作用下，向著與 和都垂直方向漂移，使M、N間出現(xiàn) (如圖)洛倫茲電流磁場(chǎng)電壓第9頁第9頁3霍爾電壓UH ，d為薄片厚度，k為霍爾系數(shù)一個(gè)霍爾元件d、

3、k為定值，若保持I恒定，則UH就與B成 4作用把這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量正比磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓第10頁第10頁第11頁第11頁一、傳感器1傳感器作用：能像人感覺器官那樣感受外界信息，并能按照一定規(guī)律和要求，把這些信息轉(zhuǎn)換成可用輸出信息器件和裝置，叫做傳感器傳感器是各種測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)“感受器官”2傳感器特點(diǎn)：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成份等非電學(xué)量，并能把它們按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路通斷第12頁第12頁3傳感器原理：傳感器感受通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出通常是電學(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱，

4、通常要通過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作即：第13頁第13頁二、光敏電阻1特點(diǎn)：阻值伴隨光照強(qiáng)度增大而減小2電阻改變?cè)颍毫蚧k是一個(gè)半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子很少，導(dǎo)電性能不好；伴隨光照增強(qiáng)，載流子也增多，導(dǎo)電性能變好，電阻變小第14頁第14頁3作用：光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻大小這個(gè)電學(xué)量4構(gòu)成材料：光敏電阻普通由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照而溫度升高時(shí)，會(huì)有更多電子取得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多空穴，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。第15頁第15頁三、熱敏電阻和金屬熱電阻1熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度改變明顯，如圖所表示為某一熱敏電阻電阻溫度特

5、性曲線第16頁第16頁2熱敏電阻兩種型號(hào)及其特性：熱敏電阻器是電阻值隨溫度改變而改變敏感元件在其工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增長(zhǎng)是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器普通慣用是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器第17頁第17頁3熱敏電阻器分類分類方式類別電阻溫度特性正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)材料金屬、半導(dǎo)體(單晶、多晶、陶瓷)結(jié)構(gòu)珠狀、片狀、桿狀、膜狀工作方式直熱式、旁熱式工作溫度常溫、高溫、低溫用途測(cè)溫、控溫、輻射能(功率)測(cè)量、穩(wěn)壓(穩(wěn)輻)等第18頁第18頁4金屬熱電阻：有些金屬電阻率隨溫度升高而增大，這樣電阻能夠制成溫度傳感器，稱為熱電阻如圖為某金屬

6、導(dǎo)線電阻溫度特性曲線第19頁第19頁【溫馨提醒】按熱敏電阻隨溫度改變規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高，電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高電阻減小第20頁第20頁四、霍爾元件工作原理霍爾元件就是利用霍爾效應(yīng)來設(shè)計(jì)一個(gè)矩形霍爾材料薄片，在其前、后、左、右分別引出一個(gè)電極，如圖所表示，沿PQ方向通入電流I，垂直于薄片加勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，則在MN間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差U. 第21頁第21頁第22頁第22頁第23頁第23頁五、電容式傳感器1原理電容器電容C取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾種原因，假如某一物理量(如角度、位移x、深度h等)改

7、變能引起上述某一原因改變，從而引起電容改變，那么測(cè)定電容器電容就能夠擬定上述物理量改變第24頁第24頁2用途第25頁第25頁圖(1)是用來測(cè)定角度電容式傳感器，當(dāng)動(dòng)片與定片之間角度發(fā)生改變時(shí)，引起極板正對(duì)面積S改變，使電容C發(fā)生改變，知道C改變，就能夠知道改變情況圖(2)是測(cè)定液面高度h電容式傳感器，在導(dǎo)線芯外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生改變時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生改變，使電容C發(fā)生改變知道C改變，就能夠知道h改變情況第26頁第26頁圖(3)是測(cè)定壓力F電容式傳感器，待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)候，膜片發(fā)生形

8、變，使極板間距離d發(fā)生改變，引起電容C改變，知道C改變，就能夠知道F改變情況圖(4)是測(cè)定位移x電容式傳感器，伴隨電介質(zhì)進(jìn)入極板間長(zhǎng)度發(fā)生改變，電容C發(fā)生改變，知道C改變，就能夠知道x改變情況第27頁第27頁第28頁第28頁第29頁第29頁關(guān)于干簧管，下列說法正確是A干簧管接入電路中相稱于電阻作用B干簧管是依據(jù)熱脹冷縮原理制成C干簧管接入電路中相稱于開關(guān)作用D干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制對(duì)傳感器理解 第30頁第30頁思緒點(diǎn)撥：解答本題時(shí)應(yīng)把握下列兩點(diǎn)：(1)干簧管原理是磁鐵磁效應(yīng)使兩個(gè)簧片磁化成相反磁極(2)干簧管在電路中起到開關(guān)作用解析：干簧管能感知磁場(chǎng)，是由于兩個(gè)簧片由軟磁性材料制成

9、，當(dāng)周圍存在磁場(chǎng)時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，就會(huì)互相吸引，可當(dāng)做開關(guān)來使用，作為控制元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制答案：CD第31頁第31頁【題后總結(jié)】干簧管接入電路，管內(nèi)兩個(gè)簧片在磁場(chǎng)作用下控制電路通斷，起到自動(dòng)控制電路作用，因此在實(shí)際生活、生產(chǎn)中有大量利用，如光電報(bào)警器等第32頁第32頁【針對(duì)訓(xùn)練】 1.下列說法正確是()A傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集任務(wù)B干簧管是一個(gè)能夠感知磁場(chǎng)傳感器C傳感器不是電視遙控接受器主要元件D傳感器是把力、溫度、光、聲、化學(xué)成份轉(zhuǎn)換為電信號(hào)主要工具答案：BD第33頁第33頁如圖，R1、R2為定值電阻，L是小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)A電壓表示數(shù)增大BR2中電流強(qiáng)度減小C小燈

10、泡功率增大 D電路路端電壓減少對(duì)光敏電阻理解 第34頁第34頁解析：答案：ABCD第35頁第35頁【題后總結(jié)】本題易錯(cuò)點(diǎn)：不明確光照強(qiáng)度增大后，光敏電阻阻值如何改變，以至于無法判斷電路中電流、電壓分派關(guān)系如何改變第36頁第36頁【針對(duì)訓(xùn)練】 2.如圖所表示，R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則()第37頁第37頁AR3電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)BR3電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)CR3電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)DR3電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)解析：R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小，R3兩端電壓降減小，故a點(diǎn)電勢(shì)將升高，因其它

11、阻值不變，因此a點(diǎn)電勢(shì)將高于b點(diǎn)電勢(shì)答案：A 第38頁第38頁對(duì)熱敏電阻特性理解 在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度改變可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量控制如圖所表示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器當(dāng)環(huán)境溫度減少時(shí)第39頁第39頁A電容器C帶電荷量增大B電壓表讀數(shù)增大C電容器C兩板間電場(chǎng)強(qiáng)度減小DR1消耗功率增大第40頁第40頁答案：AB 第41頁第41頁【題后總結(jié)】熱敏電阻和金屬熱電阻區(qū)別及聯(lián)系(1)區(qū)別：熱敏電阻和金屬熱電阻導(dǎo)電性能與溫度改變關(guān)系不相同，熱敏電阻導(dǎo)電性能普通隨溫度升高而增強(qiáng)；金屬熱電阻導(dǎo)電性能隨溫度升高而減少熱敏電阻和金屬熱電阻優(yōu)缺點(diǎn)：熱敏

12、電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較??；金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性較好；測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差(2)聯(lián)系：熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量第42頁第42頁【針對(duì)訓(xùn)練】 3.如圖所表示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)IU關(guān)系曲線圖第43頁第43頁(1)為了通過測(cè)量得到如上圖所表示IU關(guān)系完整曲線，在下圖所表示a和b兩個(gè)電路中應(yīng)選擇是圖_(2)在圖c所表示電路中，電源電壓恒為9 V，當(dāng)給熱敏電阻加熱后，電流表讀數(shù)將_(選填“增大”、“減小”或“不變”)第44頁第44頁解析：由于圖中要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)，所測(cè)電壓調(diào)整范圍較大，且從零開始改變，因此

13、應(yīng)選取滑動(dòng)變阻器分壓式接法，故應(yīng)選圖a；熱敏電阻溫度升高時(shí)，其電阻值減小，故干路中電流增大答案：(1)a(2)增大第45頁第45頁 如圖所表示，有電流I流過長(zhǎng)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勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？霍爾元件工作原理 第46頁第46頁思緒點(diǎn)撥：當(dāng)電子在金屬導(dǎo)體中定向移動(dòng)時(shí)，受到洛倫茲力會(huì)使其在上表面匯集，下表面將有等量正電荷，在導(dǎo)體中形成電場(chǎng)，由于上表面帶負(fù)電，則電勢(shì)低，伴隨正、負(fù)電荷不斷地向下、上表面積累，電場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即qEqvB時(shí)，電荷將不再

14、偏移，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓第47頁第47頁第48頁第48頁第49頁第49頁第50頁第50頁第51頁第51頁答案：(1)evB(2)見解析 第52頁第52頁如圖所表示為測(cè)定壓力電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容改變，造成靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱入時(shí)指針向右偏)電容式傳感器應(yīng)用 第53頁第53頁A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不動(dòng)D向左

15、偏到某一刻度后不動(dòng)第54頁第54頁答案：A 第55頁第55頁【題后總結(jié)】電容式傳感器是應(yīng)用了電容器電容跟板間距離、正對(duì)面積、電介質(zhì)及引起它們改變?cè)?如力、位移、壓強(qiáng)、聲音等)關(guān)系，將這些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容器電容這個(gè)電學(xué)量第56頁第56頁【針對(duì)訓(xùn)練】 5.如圖所表示，是一個(gè)測(cè)定液面高度傳感器，在導(dǎo)線芯外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器兩極，把這兩極接入外電路，當(dāng)外電路中電流改變闡明電容值增大時(shí)，則導(dǎo)電液體深度h改變?yōu)?)第57頁第57頁Ah增大Bh減小Ch不變 D無法擬定答案：A第58頁第58頁第59頁第59頁誤區(qū)：不能正確結(jié)識(shí)生活中傳感器【典型例題】 在一些星級(jí)賓館洗手間經(jīng)常裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)傳感器就開通電熱器加熱，有熱空