传感器6_1传感器及其工作原理课件新人教版选修3_2.ppt

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1、第1节 传感器及其工作原理, 学习目标定位 1知道什么是传感器，理解非电学量转化成电学量的意义 2通过实验理解敏感元件的工作原理 3了解传感器在生活中的应用,课前预习 自主学习,基础知识梳理,一、传感器 1定义 能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，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 、 等电学量)，或转换为电路的 的一类元件 2作用 把非电学量转换为 量，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了,电压,电流,通断,电学,3工作过程,二、传感器的分类 1光敏电阻 光敏电阻是一种电阻值随入射光的 而改变的电阻器 2热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻

2、利用 变化使半导体的导电性能发生显著变化的特性制成的电子元件 (2)金属热电阻 根据金属的电阻率随温度的升高而 ，利用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻,强弱,温度,增大,(3)热敏电阻或金属热电阻能够把 这个热学量转换为 这个电学量,温度,电阻,3霍尔元件 霍尔元件是利用 制成的新型磁敏元件霍尔传感器是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电路构成的 4电容式传感器 电容式传感器是能够把物体 这个力学量转换为电容这个电学量的电子元件,霍尔效应,位移,知识精讲 易错辨析,教材要点解读,要点一 光敏电阻,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量,(多选)如图所示，R1、R2为定值电

3、阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( ) A电压表的示数增大 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大 【分析】 R3的变化R并变化R总变化I总变化U端变化各电流、电压的变化,例 1,【解析】 当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，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，则小灯泡的功率增大，C项正确 【答案】 ABC,【方法总结】 (1)光敏

4、电阻的阻值随光照强度的增加而减小 (2)光敏电阻阻值的变化可以引起电路中其他物理量的变化，通过分析电路解决问题,如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向_(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向_(选填“左”或“右”)转动,变式训练 1-1,解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光照射Rt，电阻减小，指针右偏 答案：左 右,要点二 热敏电阻和金属热电阻,按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度

5、系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小,(多选)如图是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值实验中观察到当温度升高时灯更亮对实验现象分析正确的有( )A温度升高，电路中的电流减小 B温度升高，电路中的电流增大 C温度升高，热敏电阻的阻值增大 D温度升高，热敏电阻的阻值减小,例 2,【解析】 热敏电阻随温度的升高，电阻值变小，根据闭合电路欧姆定律可知，温度升高，电路中的电流增大，A、C选项错误，B、D选项正确 【答案】 BD,【方法总结】 (1)热敏电阻其阻值随温度的变化而变化，有的随温度的升高而增

6、大(PTC元件)有的随温度的升高而减小(NTC元件) (2)温度变化引起电阻阻值变化，从而改变电路中的电流或电压,如图甲为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用该热敏电阻和继电器做成温控电路(如图乙所示)(1)简要分析温控电路的工作过程：_.,变式训练 2-1,(2)设继电器的线圈电阻为50 ，继电器线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6 V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？ 解析：(1)温度升高，热敏电阻的阻值变小，继电器线圈中的电流增加温度升高到一临界值t0时，继电器线圈中的电流将达到或超过继电器的工作电流值，继电器将吸

7、合，右侧电路接通，小灯泡发光；当温度低于t0时，继电器线圈中的电流小于工作电流，右侧电路断开，小灯泡不亮,答案：见解析,1构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量2霍尔效应的原理 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；,要点三 霍尔元件,4霍尔效应的应用 霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中例如，用霍尔效应可以确定一种半导体材料是电子型还是空穴型半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影

8、响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法 利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途例如，测量磁场，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号(如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等),(2017北京模拟)电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔转把”，属于传感器非接触控制转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲开启电源时，在霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙以下关于“霍尔转把”叙述正确的是

9、( ),例 3,A为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极 B按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快 C图乙中从霍尔器件的左右侧面输出控制车速的霍尔电压 D若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制 【解析】 根据霍尔元件的工作原理可知，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上下端分别为N、S极时，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器件不能输出控制车速的电势差，A选项错误；,当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，因此车速变快，B选项正确；永久磁铁的N、S极可能在左、右侧

10、面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的电势差，不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后表面，C选项错误；当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反，但由图丙可知，不会影响车速控制，D选项错误 【答案】 B,【方法总结】 解决磁电转换问题的基本思路： (1)明确磁场方向 (2)明确载流子的电性及运动方向 (3)据左手定则判断载流子偏转方向 (4)求极板间的电压和确定极板的正负 (5)据闭合电路的欧姆定律求解,变式训练 3-1,(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表

11、的“”接线柱与_(选填“M”或“N”)端通过导线相连(2)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向_(选填“a”或“b”)，S2掷向_(选填“c”或“d”),(3)已知薄片厚度d0.40 mm，该同学保持磁感应强度B0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如表所示.根据表中数据画出UHI图线，请利用图线求出该材料的霍尔系数为_103 VmA1T1.(保留2位有效数字) 解

12、析：(1)正电荷在磁场中运动受到洛伦兹力作用，根据左手定则可知，正电荷向M端偏转，应将电压表的“”接线柱与M端通过导线相连,(2)为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向b，S2掷向c. (3)根据表格数据画出UHI图线，如图所示：,答案：(1)M (2)b c (3)见解析 1.5(1.41.6),1原理 电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度、位移x、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化,要点四 电容式传感器,2常见电容式传感器,如图所示的电路可将声音信号转化

13、为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b，与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a通过导线与恒定电源两极相接，若声源S沿水平方向做有规律的振动，则( )Aa振动过程中，ab板间的电场强度不变 Ba振动过程中，ab板所带电量不变 Ca振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流 Da向右的位移最大时，ab两板所构成的电容器的电容最大,例 4,【答案】 D,(多选)传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域，下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的是( ),变式训练 4-1,解析：图A中通过转动

14、动片来改变正对面积，改变电容，A选项正确；图B中是通过加入电介质来改变电容的，B选项错误；C图中是通过导电液体深度的变化来改变正对面积，改变电容的，C选项正确；D图中是通过压力的变化来改变极板间距来改变电容的，D选项错误 答案：AC,知识反馈 自查自评,课堂巩固训练,1(多选)常用的测温仪器使用的元件可以是( ) A金属热电阻 B红外线敏感元件 C光敏电阻 D发光二极管 解析：金属热电阻或热敏电阻把温度信号转化为电信号，A选项正确；一切物体不断的辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越强，红外线敏感元件可以感温测温，B选项正确；光敏电阻光照时，电阻变化，与温度无关，C选项错误；发光二极管通电发光，

15、与温度无关，D选项错误 答案：AB,2(多选)(2017西安区期中)在某次发射科学实验卫星“双星”中，放置了一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度磁强计的原理如图所示(背面)，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e.金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则下列说法正确的是( ),答案：BC,3传感器是把非电学量(如高度、温度、压力等)的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用如图是一种

16、测定液面高度的电容式传感器的示意图金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，即 电源接通后，电容C减小，反映h减小 电源接通后，电容C减小，反映h增大 电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小 电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大 以上判断正确的是( ),A B C D,答案：B,4光敏电阻是由半导体材料制成的，受到光照射时，其导电性能显著增强将其与电磁继电器组合，就可用来自动控制街道路灯的开与关图中所示是自动控制路灯的工作原理图，当光照暗到一定程度时，路灯能点亮电阻R1、R2之一为光敏电阻，另一为定值电阻当放大电路的输入a端电压升高至某一值时，使经过继电器J的电流增大到受继电器J控制的电键S闭合，路灯就点亮则_是光敏电阻，若要提高电路的灵敏度，则_(选填“增大”或“减小”)定值电阻的阻值,解析：分析自动控制路灯的工作原理图可知，当光照暗到一定程度时，路灯能点亮当放大电路的输入a端电压升高至某一值时，经过继电器J的电流增大，电键S闭合，路灯被点亮；R2是光敏电阻，无光照时其阻值变大，从而使a端的电压升高，最终将路灯点亮；若要提高电路的灵敏度，即当光很弱时路灯可以点亮，应将定值电阻的阻值减小 答案：R2 减小,