1传感器及其工作原理.docx

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1传感器及其工作原理

1传感器及其工作原理

【复习目标】

1、知道什么是传感器

2、了解传感器的常用元件的特征

【知识整理】

一、传感器：

传感器是指这样一类元件：

它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等＿＿＿＿＿量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等＿＿＿＿量，或转换为电路的通断。

把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换＿＿＿＿信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。

常见的传感器有：

＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力

传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。

二、常见传感器元件：

1、光敏电阻：

光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿

这个光学量转换为电阻这个电学量。

它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

２、金属热电阻和热敏电阻：

金属热电阻的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。

它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。

热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。

与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。

３、电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。

４、霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量

【典型例题】

例一、

如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。

若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动。

例二、传感器是一种采集信息的重要器件。

如图所示是一种测定压力的电容式传感器。

当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（）

A、当F向上压膜片电极时，电容将减小

B、当F向上压膜片电极时，电容将增大

C、若电流计有示数，则压力F发生变化

D、若电流计有示数，则压力F不发生变化

例三、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？

电势差是多少？

（此题描述的是著名的霍尔效应现象）

【针对训练】

1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器，热敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器。

2、为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。

当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。

3、

如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（）

A、h增大　　B、减小

C、h不变D、无法确定

4、如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（）

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

5、如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度

发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。

【能力训练】

1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（）

A、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

B、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好

C、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好

D、半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好

2、霍尔元件能转换哪两个量（）

A、把温度这个热学量转换为电阻这个电学量

B、把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

C、把力转换为电压这个电学量

D、把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

３、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（）

Ａ、电介质进入极板的长度

Ｂ、两极板间距

Ｃ、两极板正对面积

Ｄ、极板所带电量

４、如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（）

Ａ、电压表的示数增大

Ｂ、Ｒ２中电流减小

Ｃ、小灯泡的功率增大

Ｄ、电路的路端电压增大

5、如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（）

Ａ、Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势

Ｂ、Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势

Ｃ、Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势

Ｄ、Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势

6、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

7、如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。

现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（）

A、如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显

B、如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显

C、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显

D、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显

8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。

以下说法中正确的是（）

A、将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大

B、在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

C、在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

D、改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化

9、如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿

2、传感器的应用实例

（一）

【复习目标：

】

１、知道传感器应用的一般模式.

２、理解电子秤的原理----力传感器的应用.

３、理解话筒的原理----声传感器的应用.

４、理解电熨斗的原理----温度传感器的应用.

5、会设计简单的有关传感器应用的控制电路.

【知识整理】：

一、力传感器的应用-----电子秤

1.电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用.

2.工作原理:

如图6-2-1所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的

电阻＿＿＿,下表面应变片的电阻变小.F越大,弯曲形变＿＿＿,应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那末上面应变片两端的电压变大,下面应变片两端的电压变小.传感器把这两个电压的差值输出.外力越大,输出的电压差值也就,＿＿＿

二、声传感器的应用----话筒

1、话筒是一种常用的＿＿＿＿,其作用是把＿＿＿＿转换成＿＿＿＿.话筒分为＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿等几种.

2、电容式话筒:

原理:

是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.

3.驻极体话筒:

它的特点是＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是＿＿＿＿.

三、温度传感器的应用-----电熨斗

1.在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是＿＿＿＿,当温度发生变化时,双金属片的＿＿＿＿不同,从而能控制电路的通断

2.电熨斗的自动控温原理:

常温下,上、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀＿＿＿＿,下部金属膨胀＿＿＿,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,重新接通电源,从而保持温度不变.

四．温度传感器的应用——电饭锅

1．电饭锅中的温度传感器主要元件是＿＿＿，它的特点是：

常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。

这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。

2．感温铁氧体是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合烧制而成的。

五．温度传感器的应用——测温仪

1．温度传感器可以把＿＿＿转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。

2．测温仪中的测温元件可以是＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿等，还可以是＿＿＿＿＿等。

六．光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器

1．机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个＿＿＿＿＿。

2．有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、

光电三极管和不透明的挡板。

平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。

烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。

与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。

典型例题：

例1用如图6-2-2所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0㎏的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上其压力大小可以直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,a在后.汽车静止时,传感器a、b的示数均为10N（取g=10m／s2）

（1）若传感器a示数为14N，b的示数为6.0N,求此时汽车的加速度和方向?

（2）当汽车一怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零？

例2动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象,图6-2-3甲所式是话筒原理,图

6-2-3乙所式是录音机的录音、放音原理图,由图可知:

1话筒工作时录音磁铁不动,线圈振动而产生感应电流.

2录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流

3

录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场甲

4录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝

隙处产生变化的磁场

其中正确的是:

A②③④B①②③C①②④D①③④

例3设计制作一个温度自动控制装置（温控报警器）:

自己设计一个有热敏电阻作为传感器的简单自动控制试验.在图6-2-4中画出设计电路,并进行连接

例4．如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接受器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。

车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接受并转换成电信号，由电子电路记录和显示。

若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；小车的速度表达式为V＝＿＿＿＿＿＿；行程的表达式为S＝＿＿＿＿＿。

针对训练