傳感器及其敏感元件 【核心知識(shí) 精講精研 】 高二物理 （滬科版2020上海選擇性必修第二冊(cè)）

§9.1傳感器及其敏感元件盒子里面有什么裝置？原理：當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！新課引入一、傳感器傳感器作用：代替、補(bǔ)充、延伸人的感覺器官人體與傳感器光傳感器濕度、氣體傳感器聲音傳感器味傳感器壓力、溫度傳感器視覺嗅覺聽覺味覺觸覺、溫覺1.概念：2.工作原理：

傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路（或電路的通斷）電學(xué)量一、傳感器

傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。

非電學(xué)量

→

傳感器

→

電學(xué)量

角度位移速度壓力溫度濕度聲強(qiáng)光照

傳感器電壓電流電阻電容二、非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義

把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極。1.光敏電阻的制作硫化鎘光強(qiáng)——電阻率小光弱——電阻率大光敏電阻三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻2.光敏電阻的特性與原理實(shí)驗(yàn)觀察光敏電阻特性【實(shí)驗(yàn)原理】光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而不斷減小，用歐姆表連接電阻，用不同強(qiáng)度的光照射電阻，通過觀察歐姆表的示數(shù)變化，來研究光敏電阻與光強(qiáng)的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線、電源。三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻【實(shí)驗(yàn)步驟】（1)將光敏電阻、多用電表、按圖甲的方式連接好，其中多用電表置于“×100”擋；（2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；（3)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。（4）用強(qiáng)光照射（如太陽(yáng)光直接照射或拿亮度較大的手電筒、小燈泡等）觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄?！緮?shù)據(jù)處理】根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。環(huán)境1234567阻值（）三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻光敏電阻實(shí)物圖光照情況受光表面暴露受光表面遮住電阻阻值電阻小電阻大光學(xué)量→電阻三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻光敏電阻特性：

光敏電阻對(duì)光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增大而電阻值減小。三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻空穴自由電子SiSiSiSiSiSiSiSiSi

溫度提高，一些電子掙脫原子核的束縛變?yōu)樽杂呻娮?。為什么半?dǎo)體材料對(duì)溫度更敏感？

而電子原來的位置就變?yōu)榭昭?，這些空穴相當(dāng)于帶正電荷的粒子

一旦半導(dǎo)體接進(jìn)電路，形成電場(chǎng)，自由電子沿著空穴前進(jìn)，相當(dāng)于正負(fù)電荷都在移動(dòng)形成電流

溫度越高，掙脫的自由電子就越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。

E光敏電阻工作原理：光照增強(qiáng)半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加材料的電阻率減小三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻你擋住電梯門時(shí)，為什么門就自動(dòng)打開，松手后又自動(dòng)關(guān)閉？3.光敏電阻的應(yīng)用——計(jì)數(shù)器A是發(fā)光儀器B是接收光信號(hào)的儀器無物品、有光照、電阻小、電壓低有物品、擋光、電阻大、電壓高

這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過處理，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。三、傳感器的敏感元件（一）光敏電阻

觀看視頻，神奇的機(jī)器工人金屬熱電阻鉑電阻電阻—溫度特性曲線RTo規(guī)

律：

電阻隨溫度的升高而增大。優(yōu)缺點(diǎn)：

熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做

電阻溫度計(jì)。三、傳感器的敏感元件（二）金屬熱電阻三、傳感器的敏感元件（二）金屬熱電阻金屬熱電阻的應(yīng)用：

如圖所示，一些汽車的低油位報(bào)警裝置采用熱敏電阻來檢測(cè)油箱的警戒液位。若給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。

當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮（圖甲）。

當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮（圖乙）。

通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。三、傳感器的敏感元件（二）金屬熱電阻觀察熱敏電阻特性

將多用電表的選擇開關(guān)調(diào)到電阻擋（注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩?，然后仿照?qǐng)D所示的方法，將一只熱敏電阻連接到多用電表表筆的兩端。分別用手和冷水改變熱敏電阻的溫度，觀察電阻的變化情況。三、傳感器的敏感元件（三）熱敏電阻實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象熱敏電阻放溫水后，電流表讀數(shù)明顯增大，溫度升高，熱敏電阻的阻值顯

著減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論三、傳感器的敏感元件（三）熱敏電阻1.熱敏電阻特性：熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而_____，具有負(fù)溫度系數(shù)減小RTo電阻—溫度特性曲線三、傳感器的敏感元件（三）熱敏電阻2、金屬熱電阻和熱敏電阻（1）金屬熱電阻：規(guī)律：電阻隨溫度的升高而增大。（2）熱敏電阻：規(guī)律：電阻隨溫度的升高而減小。溫度→電阻電阻隨溫度的變化關(guān)系三、傳感器的敏感元件（三）熱敏電阻3.應(yīng)用實(shí)例——低油位報(bào)警裝置

當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。

當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。液位報(bào)警示意圖油位高→電阻大→燈不亮油位低→電阻小→燈亮三、傳感器的敏感元件（三）熱敏電阻1、傳感器的概念：2、傳感器的工作原理：3、敏感元件：（1）光敏電阻（光電傳感器）（2）熱敏電阻和熱電阻（溫度傳感器）（3）電容式傳感器（位移傳感器）（4）霍爾元件（磁傳感器）非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。課堂小結(jié)1.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的工作原理是（）A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次AC牛刀小試2.(多選)圖示是觀察阻值隨溫度變化情況的示意圖?，F(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?下列關(guān)于歐姆表示數(shù)的變化情況正確的是(

)

BCA.如果R為金屬熱電阻，示數(shù)變大，且變化非常明顯B.如果R為金屬熱電阻，示數(shù)變大，但變化不明顯C.如果R為熱敏電阻，示數(shù)變小，且變化非常明顯D.如果R為熱敏電阻，示數(shù)變小，且變化不明顯牛刀小試3.如圖所示是一火警報(bào)警器的一部分電路示意圖，其中R2為用熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報(bào)警器，當(dāng)傳感器R2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變大B．I變小，U變小C．I變小，U變大D．I變大，U變小B報(bào)警器熱敏電阻牛刀小試

4.傳感器是一種采集信號(hào)的重要器