1、揭開傳感器的“面紗”第1、2節(jié)常見傳感器的工作原理1. 傳感器能夠?qū)⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，按工作原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。2傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成，其中敏感元件是傳感器的核心部分。3光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，光照越強(qiáng)電阻越小，導(dǎo)電性越好。4熱敏電阻的電阻率隨溫度的變化有明顯變化，常見兩種類型，即正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC 熱敏電阻 ) ，其電阻率隨溫度的升高而增大；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC 熱敏電阻 ) ，其電阻率隨溫度的升高而減小。一、什么是傳感器1定義能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置。2作用傳感器在自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制

2、系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著信息采集和轉(zhuǎn)化任務(wù)，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。二、種類繁多的傳感器1傳感器的分類( 按工作原理 ) 及特點(diǎn)原理舉例特點(diǎn)利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物電容傳感器、 電感傳品種多、應(yīng)用廣、發(fā)物理傳感器理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)感器，光電、壓電傳展快對(duì)象信息感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)氣敏傳感器、 濕敏傳廣泛應(yīng)用于環(huán)保、火信息感器災(zāi)報(bào)警、醫(yī)療衛(wèi)生利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和組織傳感器、 細(xì)胞傳含有生命物質(zhì)，專一生物傳感器性好，易操作、快速、檢測(cè)信息感器、酶?jìng)鞲衅鳒?zhǔn)確1/102傳感器的一般結(jié)構(gòu)敏感轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換非電學(xué)量 元件元件電路電學(xué)量三、光電傳感器和溫度傳感器光電傳感器能夠感受光信號(hào)， 并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)

3、換成定義電信號(hào)的器件或裝置主要有光敏電阻、 光敏晶體管、 光電池類型等光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，光照越兩種電阻強(qiáng)，電阻越小原理電學(xué)性質(zhì)隨光照變化而變化溫度傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置主要有熱敏電阻、熱電偶等熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成， NTC隨溫度升高，電阻減小， PTC隨溫度升高，電阻增大電學(xué)性質(zhì)隨溫度變化而變化1自主思考判一判(1) 傳感器能夠?qū)⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，其核心部件是敏感元件。( )(2) 光電傳感器、溫度傳感器屬于物理傳感器，氣敏傳感器、濕敏傳感器屬于化學(xué)傳感器。( )(3) 光敏電阻電學(xué)性質(zhì)隨光照增強(qiáng)電阻減小。 ( )(4) 熱敏電阻電學(xué)性質(zhì)隨溫度升高，電阻一定減小

4、。 ( ×)(5) 干簧管繼電器在電路中作用相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。 ( )2合作探究議一議(1) 在家庭生活中，人們不必直接接觸就可以控制一些機(jī)器，試舉一些生活中的例子，看哪些生活用品是通過傳感器來完成的。提示：電視機(jī)及空調(diào)機(jī)的遙控器、電冰箱、自動(dòng)干手機(jī)、自動(dòng)水龍頭、樓道內(nèi)的聲控?zé)舻取?2) 在光電報(bào)警裝置中，干簧管的工作原理是什么？它在電路中所起的作用是什么？提示：如圖所示， 當(dāng)干簧管處于磁場(chǎng)中時(shí)， 兩個(gè)軟鐵質(zhì)簧片被磁化，相互吸引而接通電路，它在電路中起到開關(guān)的作用。2/10(3) 熱敏電阻的阻值一定隨溫度的升高而減小嗎？提示：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高不一定減小，正溫度系數(shù)的熱敏電阻(

5、PTC) ，其阻值隨溫度的升高而增大；而負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，其阻值隨溫度的升高而減小。若題目中無特別說明，一般是指負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器的工作原理如下所示。1下列說法正確的是()A凡將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器都是物理傳感器B濕敏傳感器只能是物理傳感器C物理傳感器只能將采集到的信息轉(zhuǎn)化為電壓輸出D物理傳感器利用的是物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)解析：選 D各種傳

6、感器雖然工作原理不同，但基本功能相似，多數(shù)是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量， 故 A 錯(cuò)；濕敏傳感器為化學(xué)傳感器，故 B 錯(cuò)；傳感器既可將信息轉(zhuǎn)化為電壓輸出，也可轉(zhuǎn)化為電流、電阻等輸出，故C 錯(cuò)；由物理傳感器定義知D正確。2下列關(guān)于傳感器的說法中正確的是()A所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的3/10D以上說法都不正確解析：選 B 半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如用金屬絲可制作溫度傳感器，故 A 錯(cuò)誤， B 正確。傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，故C 錯(cuò)誤。對(duì)光敏電阻、熱

7、敏電阻的考查1光敏電阻(1) 特點(diǎn)： 光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化。光照增強(qiáng)時(shí)，電阻減小；光照減弱時(shí)，電阻增大。(2) 原因：制作光敏電阻的硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能較差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能增強(qiáng)。(3) 作用：光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。(4) 光電計(jì)數(shù)器圖 5-1-1 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。 當(dāng)光被工件擋住時(shí)， R1 阻值增大，電路中電流減小， R2 兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，通過一個(gè)工件就獲得一次低電壓，計(jì)數(shù)一次。圖 5-1-12金屬熱電阻和熱敏電

8、阻(1) 金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。 它能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差。(2) 熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而升高或降低。熱敏電阻主要有兩種：正溫度系數(shù)熱敏電阻 (PTC) ：指隨溫度的上升電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻，可專門用作恒定溫度傳感器( 圖 5-1-2 甲) 。4/10圖 5-1-2負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC)：指隨溫度的上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 ( 圖 5-1-2 乙 ) 。熱敏電阻是開發(fā)早、 種類多、發(fā)展較成熟的敏感元件。 熱敏

9、電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化， 由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨(dú)特的性能， 所以在應(yīng)用方面， 它不僅可以作為測(cè)量元件 ( 如測(cè)量溫度、流量、液位等 ) ，還可以作為控制元件 ( 如熱敏開關(guān)、限流器 ) 和電路補(bǔ)償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等多個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展前景極其廣闊。1( 多選 ) 如圖 5-1-3 所示為電阻R隨溫度 T變化的 R- T圖線，下列說法中正確的是()圖 5-1-3A圖線 1 是金屬熱電阻的R- T 圖線，它是用金屬材料制成的B圖線 2 是熱敏電阻的R- T 圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C圖線 1 的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大

10、、靈敏度高D圖線 2 的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高解析：選 ABD由題圖可知， 圖線 1 是金屬熱電阻的R- T 圖線，圖線 2 是熱敏電阻的R- T圖線，根據(jù)它們的材料和特點(diǎn)可知，選項(xiàng)A、 B、 D正確。2如圖 5-1-4所示是一自動(dòng)控制電路示意圖，R1 為光敏電阻，當(dāng)照射到R1 處的光消失時(shí)，電流表A 中的電流I 及 ab 間的電壓 U的變化情況是 ()圖 5-1-4A I 變大， U變大BI 變小， U變小C I 變小， U變大D I 變大， U變小解析：選 A光敏電阻無光照射時(shí)其阻值變大，閉合回路的干路電流I 干變小， U E IU并干 r ，所以 U增大；由于I 干 變小

11、，則 UR3 變小，而 U增大，則 U并 增大；由 I I R2 R2 可得， I增大，故A 符合題意。3 ( 多選 ) 有定值電阻、熱敏電阻及光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖5/105-1-5所示的電路中的A、 B 兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件置于熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是()圖 5-1-5A置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，

12、這只元件一定是定值電阻解析：選AC熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度的變化而變化； 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化，定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照強(qiáng)度變化而變化；由此可知A、 C 正確。 B 中置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變，這只元件可能是定值電阻也可能是光敏電阻。D 中用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件可能是熱敏電阻也可能是定值電阻。1關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是 ( ) A非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量轉(zhuǎn)換元件B電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件非電學(xué)量C非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量D非電

13、學(xué)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件電學(xué)量解析：選 C傳感器工作的一般流程為非電學(xué)量被感知，然后通過轉(zhuǎn) 敏感元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，因此 A、 B、 D 錯(cuò)，換元件轉(zhuǎn)換電路易于傳輸或測(cè)量的C對(duì)。2關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻，下列說法中正確的是()A光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小B光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器C熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度感知很靈敏D熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器6/10解析：選 A光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，能把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，且其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，故A 正確， B

14、 錯(cuò)誤；熱敏電阻也是用半導(dǎo)體材料制成的，能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，故C、 D錯(cuò)誤。3下列器件不是應(yīng)用溫度傳感器的是()A電熨斗B話筒C電飯煲D 測(cè)溫儀解析：選 B電熨斗、 測(cè)溫儀、 電飯煲均應(yīng)用了溫度傳感器，話筒沒有應(yīng)用溫度傳感器。4為了節(jié)約能源、合理適時(shí)地使用路燈，要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動(dòng)點(diǎn)亮熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的()A壓敏性B光敏性C熱敏性D 三種特性都利用了解析：選 B由題意可知， 這一裝置要對(duì)光敏感，能區(qū)分白天 ( 光線強(qiáng) ) 與夜晚 ( 光線暗 ) ，所以選 B，雖然白天與夜晚溫度也不相同，但溫度除與晝夜有關(guān)外，還與季節(jié)有關(guān)

15、，因此不能選 C。5 ( 多選 ) 下列說法中正確的是()A干簧管是傳感器B水銀溫度計(jì)是傳感器C托盤天平是傳感器D氣敏電阻是傳感器解析：選AD全面理解傳感器的概念是解決本題的關(guān)鍵。干簧管能夠感受磁場(chǎng)，且能將磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷，因此是傳感器，A 正確。水銀溫度計(jì)能夠感受熱學(xué)量，但不能將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，因此不是傳感器，B 錯(cuò)誤。托盤天平能夠感受力學(xué)量，但不能將力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，因此不是傳感器，C 錯(cuò)誤。氣敏電阻能夠感受氣體濃度這一化學(xué)量，且能將化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，因此是傳感器，D 正確。6隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入了家庭。洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加

16、熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。 手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?)A改變了濕度B 改變了溫度C改變了磁場(chǎng)D 改變了電容解析：選 D根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，即手靠近，電熱器開始工作，手撤離，電熱器停止工作，不難判斷出傳感器的種類。人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，因此物理學(xué)上有人體電容之說。手靠近干手機(jī)相當(dāng)于連接進(jìn)一個(gè)電容器，故可以確認(rèn)干手機(jī)內(nèi)設(shè)置有電容式傳感器，手靠近改變了電容。能否利用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上可行，但作為干手機(jī)， 這種傳感器的設(shè)置是有很大缺陷的。干手機(jī)周圍的環(huán)境( 如濕度和溫度) 一年7/10四季都在變化， 與手是否靠近無關(guān)， 假如濕度、溫度發(fā)生變化干

17、手機(jī)就馬上工作， 豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”。故 D 正確。7如圖 1 所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)椋瑒t可判斷 ()圖 1A B >C <D不能確定 和 的關(guān)系解析：選 C光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針偏轉(zhuǎn)角度變小，故 <。8如圖 2 所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，、b通過導(dǎo)a線與恒定電源兩極相接。若聲源S 做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則

18、()圖 2A a 振動(dòng)過程中，a、 b 板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變B a 振動(dòng)過程中，a、 b 板間所帶電荷量不變C a 振動(dòng)過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流D a 向右的位移最大時(shí)，a、 b 板所構(gòu)成的電容器的電容最大解析：選 D由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓U保持U S不變，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)E d， C 4kd可判斷 A 錯(cuò)、 D對(duì)。再由 Q CU可知， B 錯(cuò)。由于 Q變化，8/10電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，C 錯(cuò)。9如圖 3 所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器，下列說法中正確的是()圖 3A嚴(yán)重污染時(shí)，LDR是高電阻

19、B輕度污染時(shí)，LDR是高電阻C無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定D該儀器的使用不會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊懡馕觯哼xA嚴(yán)重污染時(shí)，透過污水照到LDR 上的光線較少，LDR 電阻較大， A 對(duì)， B錯(cuò)； LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化，C 錯(cuò)；白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同，或多或少會(huì)影響LDR的電阻， D錯(cuò)。10. 如圖 4 是一火警報(bào)警裝置的一部分電路示意圖，其中R2 是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、b 接報(bào)警器，當(dāng)傳感器R2 所在處出現(xiàn)火情時(shí)，電流表的電流I和 a、 b 兩端電壓 U與出現(xiàn)火情前相比()圖 4A 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變小解析：選 D當(dāng) R2 的阻值隨溫度升高而減小時(shí)，電路的總電阻減小，總電流增大，電源兩端的電壓減小，R1