第4章 41 传感器的原理 42 探究热敏电阻的温度特性曲线Word格式文档下载.docx

第4章 41 传感器的原理 42 探究热敏电阻的温度特性曲线Word格式文档下载.docx

《第4章 41 传感器的原理 42 探究热敏电阻的温度特性曲线Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 41 传感器的原理 42 探究热敏电阻的温度特性曲线Word格式文档下载.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

类型

特性

举例

物理型传感器

利用被测物理量变化时，敏感元件的电学量（如电压、电阻、电容等）发生明显的变化的特性制成的

力学传感器

化学型传感器

用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的

离子传感器

生物型传感器

利用生物体组织的各种生物、化学与物理效应制成的

酶传感器、免疫传感器、抗原抗体传感器等

1．传感器是把电学量转换为非电学量的装置．（×

）

2．地震救灾时使用的生命探测仪是利用了生物传感器．（√）

3．计算机用的鼠标器是一个光敏传感器．（√）

1．光敏电阻和热敏电阻各是由什么材料制成的？

金属与热敏电阻的电阻率各有什么特点？

【提示】　光敏电阻和热敏电阻由半导体材料制成；

金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻的电阻率随温度升高而减小且非线性变化．

2．所有的敏感元件都是把非电学量转化为电学量吗？

【提示】　是的．不同的传感器中的敏感元件不同，工作原理也不相同，但都是将非电学量转化为电学量的．

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求．

探讨1：

传感器的基本作用是什么？

【提示】　将被测量的非电学量转换成电学量．

探讨2：

不便于测量和控制的非电学量有哪些？

【提示】　角度、位移、速度、压力、温度、声强、光照等．

探讨3：

便于测量和控制的电学量有哪些？

【提示】　电流、电压等．

1．传感器的工作原理

传感器感受的一般是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再输送给自动控制系统以使其产生各种控制动作．

传感器：

非电学量―→传感器―→电学量

换能器：

一种形式的能量

另一种形式的能量

2．三类传感器的异同

（1）相同点：

都能将感受到的非电学量信息转化成电学量，都是利用敏感元件的某种敏感效应制成的．

（2）不同点：

三类传感器的工作原理不同，所利用的敏感元件的敏感效应不同．

生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质．

3．一些常见的传感器

传感器种类繁多，具体功能各不相同，下表给出一些常见的传感器及其工作原理.

传感器品种

工作原理

可被测定的非电学量

力敏电阻、热敏电阻、半导体传感器

阻值变化

力、质量、加速度、温度、湿度、气体

电容传感器

电容量变化

力、质量、加速度、液面、湿度

感应传感器

电感量变化

力、质量、加速度、旋进数、转矩、磁场

霍尔传感器

霍尔效应

角度、旋进度、力、磁场

压电传感器，超声波传感器

压电效应

压力、加速度、距离

1．下列说法正确的是（　　）

A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器

B．湿敏传感器只能是物理传感器

C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出

D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应

【解析】　各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非电学量转化为电学量，故A错；

湿敏传感器为化学传感器，故B错；

传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错；

由物理传感器定义知D正确．

【答案】　D

2．关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是（　　）

A．物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域

B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量

C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作

D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求

【解析】　不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错；

物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；

生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错、D对．

3．如图411所示的电路可将声音信号转化为电信号，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构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝Asin（100πt）的振动，则（　　）

图411

A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变

B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变

C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流

D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大

【解析】　由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据场强E＝

，C＝

可判断A错、D对；

再由Q＝CU可知，B错；

由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错．

传感器的优点

电学量具有便于控制、放大、衰减、波形整理、显示、可储存、远距离传输等技术方面的优点，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集．

探究热敏电阻的温度特性曲线

一、探究热敏电阻的阻值随温度变化的方案

1．探究方案

（一）

（1）实验电路如图421所示

图421

（2）原理

固定热敏电阻θ两端的电压U0，测量热敏电阻在各温度下的电流值Ii.由欧姆定律求得其电阻R＝

，探究阻值跟温度的关系．

（3）实验步骤

①将热敏电阻用塑料薄膜紧贴着包裹一层，使得水浴时热敏电阻的引线不直接与水接触．

②用带有导线的金属夹夹住热敏电阻的引线，连接好电路．

③闭合开关，记下电压表及电流表读数，计算出热敏电阻阻值，并记下热敏电阻的温度（即水温）t.

④多次改变水的温度，调节滑键P的位置，使电压表示数保持U0不变，记下电流表读数及水温，计算出对应的电阻值．

⑤作出热敏电阻Rt图线．

2．探究方案

（二）

（1）实验器材：

热敏电阻、多用电表、烧杯（备用冷、热水）、温度计、铁架台．

（2）实验步骤

①如图422所示，将一热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值．

图422

②将热敏电阻放入装有少量冷水并插有温度计的烧杯中，记录温度、电阻值．

③再分几次向烧杯中倒入热水观察不同温度下热敏电阻的阻值．

把测量到的温度、电阻值填入表中．

次数

1

2

3

4

5

t/°

C

R/Ω

④在图423中，粗略描绘出热敏电阻的阻值R随t变化的Rt图线．

图423

二、热敏电阻的温度特性

1．热敏电阻由半导体材料制成，所用材料根据其温度特性可分为三类：

（1）负温度系数：

它的电阻随温度的升高而减小，像NTC热敏电阻；

（2）正温度系数：

它的电阻随温度的升高而增大，像PTC热敏电阻；

（3）临界温度系数：

它的电阻在很小的温度范围（临界）内急剧下降，像CTC热敏电阻．

2．用途：

CTC型热敏电阻，阻值随温度急剧变化，因此常用作开关元件；

PTC和NTC型热敏电阻用于温度测量中．

三、热敏电阻与金属热电阻

氧化锰热敏电阻

金属热电阻

特点

电阻率随温度的升高而减小

电阻率随温度的升高而增大

制作材料

半导体

金属

优点

灵敏度好

化学稳定性好，测温范围大

作用

将温度这个热学量转换为电阻这个电学量

电熨斗、电饭锅、火灾报警器等是生活中常见的传感器的应用实例，其中热敏电阻、金属热电阻是常用的敏感元件．

金属热电阻的阻值随温度的升高怎样变化？

【提示】　增大．

负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高怎样变化？

在含有热敏电阻传感器的电路中，欧姆定律是否依然成立？

【提示】　减小　成立．

一、常见几种传感器的工作原理

1．光敏电阻和热敏电阻的原理

光敏电阻和热敏电阻一般是由半导体材料做成，当半导体材料受到光照增强或温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，于是导电性能明显增强，电阻减小．

2．金属热电阻的原理

金属的电阻率随温度升高而增大，随温度降低而减小，故能感受周围温度的变化．

3．热敏电阻和金属热电阻的区别

两者原理不同，材料不同，同样的温度变化电阻变化不同，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，热敏电阻灵敏度高．热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度变化的图像如图424所示．

图424

二、两类热敏电阻的区别与应用

1．区别

NTC热敏电阻具有负温度系数，阻值随温度的升高而减小；

PTC热敏电阻具有正温度系数，阻值随温度的升高而增大．

2．应用

（1）PTC热敏电阻的应用

①电器过流过热的保护，主要应用于电脑、电视机、吹风机、热水机等；

②照明延时；

③消磁器，主要用于电视机的消磁电路；

④启动器，用于空调、冰箱等．

（2）NTC热敏电阻的应用

①家用电器，如应用于电饭锅、干燥箱的温度传感器上；

②电子礼品，如电子万年台历；

③应用于工业上，如应用于医药、化工生产设备中的温度传感器上；

④电池充电器等．

4．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（　　）

A．金属导体　　　　　　　B．绝缘体

C．半导体D．超导体

【解析】　上述四种材料只有半导体的电阻随温度升高而减小，故选C.

【答案】　C

5．（多选）温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的．电熨斗装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，其结构如图425所示．下列说法正确的是（　　）

图425

A．常温下，上、下触点应是接触的

B．熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物时，需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝

C．常温下，上、下触点应是分离的

D．温度过高时，上、下触点应是接触的

【解析】　常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属片膨胀大，下部金属片膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，从而起到自动控制温度的作用，所以A正确，C、D错；

熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制不同温度的目的，B正确．

【答案】　AB

6.如图426所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（　　）

图426

A．R1两端的电压增大

B．电流表的示数增大

C．小灯泡的亮度变强

D．小灯泡的亮度变弱

【解析】　R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错．

关于热敏电阻的两点提醒

（1）热敏电阻随温度的升高，电阻有可能减小，也有可能增大．

（2）并非所有半导体材料都可以当成光敏电阻或热敏电阻使用．