第一節認識傳感器第二節傳感器的原理[學習目標]1.認識傳感器的看法和種類，知道將非電學量轉變為電學量的技術意義.2.知道常見敏感元件的工作原理.3.經過實驗認識溫度傳感器、光電傳感器的工作原理，感悟基礎知識學習和應用的重要性．一、傳感器及傳感器的分類[導學研究](1)當你走進一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？(2)你知道小轎車上都有哪些傳感器嗎？答案(1)人體發出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機，實現自動開關門．(2)有速度、轉速傳感器、溫度傳感器、加快度傳感器等．[知識梳理](1)傳感器是把非電學量變化變換為電學量變化的一種元件．認識傳感器就是明確傳感器如何“感覺”非電學量，常有的“感覺”方式有改變接入電路的電阻、電容等．(2)傳感器的構成：一般由敏感元件、變換元件和變換電路三部分構成．(如圖1所示，以話筒為例)圖1(3)傳感器的分類①按被丈量進行區分，可分為加快度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、負荷傳感器、扭矩傳感器等．②按傳感器的工作原理進行區分，可分為電阻應變式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器、渦流式傳感器、動圈式傳感器、磁電式傳感器、差動變壓器式傳感器等．③按能量傳達方式進行區分，可分為有源傳感器和無源傳感器兩大類．[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)全部傳感器都是由半導體資料制成的．()(2)傳感器不可以感知氣味．()(3)傳感器只好經過感知電壓的變化來傳達信號．()(4)金屬資料也可以制成傳感器．()答案(1)×(2)×(3)×(4)√二、溫度傳感器的原理[導學研究

]

如圖

2所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻RT(溫度高升，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央．若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？圖2答案因為酒精蒸發，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度高升，電阻值減小，指針將向右偏．[知識梳理](1)溫度傳感器是一種將溫度變化變換為電學量變化的裝置．(2)熱敏電阻：用半導體資料制成．按熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的規律，熱敏電阻可分為正溫度系數的熱敏電阻和負溫度系數的熱敏電阻．①正溫度系數的熱敏電阻隨溫度高升電阻增大．②負溫度系數的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度高升電阻減小．[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)熱敏電阻是將溫度的高低這一熱學量轉變為電阻這一電學量．()(2)利用溫度傳感器可測較低或較高的溫度．()(3)利用溫度傳感器可以實現溫度自動控制．()(4)電飯煲蒸米飯，是依據蒸米飯的經驗時間，來設計固定的蒸飯時間．()答案(1)√(2)√(3)√(4)×三、光電傳感器的原理[導學研究]如圖3所示圖3(1)有光照耀和無光照耀時，光敏電阻ROS的阻值有何不一樣？(2)改變光的照耀強度，光敏電阻ROS的阻值有何變化？答案(1)無光照耀時，光敏電阻ROS電阻較大，電流表讀數較小；有光照耀時，光敏電阻ROS電阻較小，電流表讀數較大．(2)ROS電阻隨光照的加強而減小．[知識梳理]1．光電傳感器是一種將光學量變化變換為電學量變化的傳感器．2．光敏電阻一般由半導體資料制成，其特色為光照越強，電阻越小．[即學即用]判斷以下說法的正誤．(1)光敏電阻的阻值隨光輝的強弱變化，光照越強電阻越小．()(2)有光照在光敏電阻上，電阻上的自由電子會發生定向挪動．()(3)光敏電阻的阻值只會隨人造光的強弱而變化，不可以感知自然光的變化．()答案(1)√(2)×(3)×一、傳感器的理解1．傳感器的原理：傳感器非電學量→敏感元件、變換器件、→電學量變換電路2．在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是如何將非電學量轉變為電學量；(3)是如何顯示或控制開關的．例1如圖4是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．此中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，經過觀察電壓表示數，可以認識油量狀況．若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數如何變化？圖4答案見分析分析把電壓表接在b、c之間，油量增添時，R減小，電壓表的示數減小；油量減少時，R增大，電壓表的示數增大．把電壓表接在c、d之間，油量增添時，R減小，電路中電流增大，則R′兩端的電壓增大，電壓表的示數增大，同理，油量減少時，電壓表的示數減小．二、對光敏電阻、熱敏電阻的認識及應用例2(多項選擇)在溫控電路中，經過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現對電路相關物理量的控制．如圖5所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當環境溫度降低時()圖5A．電容器C的帶電荷量增大．電壓表的讀數增大C．電容器C兩板間的電場強度減小D．R1耗費的功率增大答案

AB分析

當環境溫度降低時，

R2變大，電路的總電阻變大，由

I＝

E知

I變小，又

U＝E－Ir，R總電壓表的讀數

U增大，

B

正確；又由

P1＝I2R1可知，

R1耗費的功率

P1變小，D

錯誤；電容器兩板間的電壓

U2＝U－U1，U1＝IR1，可知

U1變小，

U2變大，由場強

U2E′＝d，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯誤．例3(多項選擇)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時()圖6．電壓表的示數增大．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大答案ABC分析當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤．因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確．聯合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確．含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動向分析步驟(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光輝強弱)是增大還是減小．(2)分析整個回路的電阻的增減，電流的增減．(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化.1．關于傳感器，以下說法正確的選項是()．全部傳感器都是由半導體資料制成的．金屬資料也可以制成傳感器C．傳感器主若是經過感知電壓的變化來傳達信號的D．水銀溫度計是一種傳感器答案B分析大多數傳感器是由半導體資料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故

A

錯，B對；傳感器將非電學量變換為電學量，所以傳感器感知的應當是

“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感覺熱學量，但不可以把熱學量轉變為電學量，所以不是傳感器，故

D錯．2．如圖7所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，極管(電流越大，發出的光越強)，且R與LED

L為小燈泡，R為光敏電阻，間距不變，以下說法中正確的選項是

LED(

為發光二)圖7A．當滑動觸頭P向左挪動時，L耗費的功率增大B．當滑動觸頭P向左挪動時，L耗費的功率減小C．當滑動觸頭P向右挪動時，L耗費的功率可能不變D．不論如何挪動滑動觸頭P，L耗費的功率都不變答案A分析滑動觸頭P左移，其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發光加強，使光敏電阻減小，最后達到增大流過燈泡的電流的成效．選擇題(1～5題為單項選擇題，6～9題為多項選擇題)1．霍爾元件能()．把溫度這個熱學量變換成電阻這個電學量．把磁感覺強度這個磁學量變換成電壓這個電學量C．把力這個力學量變換成電壓這個電學量D．把光照強弱這個光學量變換成電阻這個電學量答案B分析依據霍爾元件的工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，所以，它將磁感覺強度這個磁學量變換成電壓這個電學量，故

B正確．2.如圖

1所示，R3是光敏電阻

(光照時電阻變小

)，當開關

S閉合后，在沒有光照耀時，

a、b兩點等電勢．當用光照耀電阻

R3時，則

(

)圖1A．a點電勢高于b點電勢B．a點電勢低于b點電勢C．a點電勢等于b點電勢D．a點電勢和

b點電勢的大小沒法比較答案

A分析

R3是光敏電阻，當有光照耀時電阻變小，

R3兩端電壓減小，故

a點電勢高升，因其余電阻的阻值不變，所以

a點電勢高于

b點電勢，故

A正確．如圖2所示，是電容式話筒的表示圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極．在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發生變化，從而使聲音信號被話筒轉變為電信號，此中以致電容變化的原由是電容器兩板間的()A．距離變化C．電介質變化

圖2B．正對面積變化D．電壓變化答案

A分析

振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發生變化，從而將聲音信號轉變為電信號，故A正確．4．溫度傳感器廣泛應用于室內空調、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特征來工作的．如圖3甲所示，電源的電動勢E＝9V，內阻不計；G為敏捷電流表，內阻

Rg保持不變；

R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關系如圖乙所示．閉合開關

S，當R的溫度等于

20℃時，電流表的示數

I1＝2mA；當電流表的示數

I2＝3.6mA

時，熱敏電阻的溫度是()圖3A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃答案D分析在20℃時，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500Ω，在溫度為t時，E＝(Rg＋R22，代入數據)I得R2＝2000Ω，從題圖乙中可以看出t＝120℃，應選D.在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發現，設計了一種報警裝置，電路如圖4所示．M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發生變化，以致S兩端的電壓U增大，裝置發出警報，此時()圖4A．RM變大，且R越大，U增大越顯然B．RM變大，且R越小，U增大越顯然C．RM變小，且R越大，U增大越顯然D．RM變小，且R越小，U增大越顯然答案C分析當RM變大時，回路的總電阻R總變大，依據I總＝E，得干路中的電流減小，S兩端R總的電壓U＝I總RS減小，應選項A、B錯誤；當RM變小時，回路的總電阻R總變小，依據I總＝E，得干路中的電流增大，S兩端的電壓U＝I總RS增大，并且R越大，RM變小時，對R總回路的總電阻變化的影響越顯然，即U增大越顯然，應選項C正確，選項D錯誤．如圖5所示為一種自動跳閘的閘刀開關，O是轉軸，A是絕緣手柄，C是閘刀卡口，M、N接電源線，閘刀處于垂直紙面向里、磁感覺強度B＝1T的勻強磁場中，C、O間距離為10cm.當磁場力為0.2N時，閘刀開關會自動跳開．則要使閘刀開關能跳開，CO中經過的電流的大小和方向為()圖5A．電流方向C→OB．電流方向O→CC．電流大小為2AD．電流大小為1A答案BC分析只有當OC遇到向左的安培力時，閘刀才能自動跳開，依據左手定章知電流的方向是O→C，CO所受安培力大小為F安＝BIL＝1×I×0.1N＝0.2N，從而解得I＝2A.7.如圖6所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數的表示圖，此中A是發光儀器，B是光敏電阻(光照加強時電阻變小)，以下說法中正確的選項是()圖6A．當傳遞帶上沒有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數變小B．當傳遞帶上沒有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數變大C．當傳遞帶上有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數變小D．當傳遞帶上有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數變大答案AD分析光敏電阻的阻值與光照強度相關，光照強度越大，光敏電阻阻值越小．當傳遞帶上沒有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數變小，選項A正確；相反，當傳遞帶上有物件擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數變大，選項

D正確．8．電容式傳感器是用來將非電信號轉變為電信號的裝置．因為電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個要素，當某一物理量發生變化時就能惹起上述某個要素的變化，從而惹起電容的變化，關于這四個傳感器的作用，以下說法正確的選項是(

如圖)

7所示是四個電容式傳感器的表示圖，圖7．甲圖的傳感器可以用來丈量角度．乙圖的傳感器可以用來丈量液面的高度C．丙圖的傳感器可以用來丈量壓力D．丁圖的傳感器只好用來丈量速度答案ABC9.壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學利用壓敏電阻設計了判斷電梯運動狀態的裝置，其裝置表示圖如圖8所示，將壓敏電阻平放在電梯內，受壓面向上，在上邊