第2節

常見傳感器的工作原理及應用第五章傳感器我們知道，傳感器可以把非電學量轉換為對應關系的電學量輸出。那么，常見的傳感器是怎樣感知非電學量，并將其轉換為電學量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應用呢？非電學電學量？1.認識傳感器就是把非電學量轉換為電學量的裝置，其主要元件是敏感元件。2.了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳感器的敏感元件。3.利用電容器的結構改變影響電容的性質，設計電容式位移傳感器。知識點一：光敏電阻1.光敏電阻（1）把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個互不相連的梳狀電極，這樣就制成了一個光敏電阻。硫化鎘光敏電阻（2）硫化鎘表面受到的光照強度不同時，兩個電極間的電阻也不一樣，光敏電阻是光電傳感器中常見的光敏元件。（3）光敏電阻特性光敏電阻對光敏感，當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變。一般會隨著光照強度的增大而電阻值減小。下面我們通過實驗來研究光敏電阻特性。（1）實驗器材多用電表、遮光盒、手電筒、導線（2）實驗步驟①選擇開關置于倍率為×100的電阻擋，同時把多用電表重新進行歐姆調零。2.實驗：觀察光敏電阻特性②如圖，連接光敏電阻，在室內自然光的照射下，觀察電阻的大小，把數據記錄到表格中。③用遮光盒遮住光線，用多用電表測出此時光敏電阻的阻值，把數據記錄到表格中。④用手電筒照射光敏電阻，用多用電表測出此時光敏電阻的阻值，把數據記錄到表格中。實驗器材模擬光照條件光敏電阻阻值無自然光遮光盒幾乎無光手電筒較強光約350歐約25000歐約100歐（4）實驗結論①光敏電阻在被光照射時電阻發生變化，一般會隨著光照強度的增大而電阻值減小。原因是：硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能差；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好。②光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。3.光敏電阻的應用——光電計數器（1）光電計數器的組成如圖：A是發光儀器，B是接收光信號的儀器，B中的主要元件是由光敏電阻組成的光電傳感器。ABAB（2）光電計數的原理當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值較小，供給信號處理系統的電壓變低；當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，供給信號處理系統的電壓變高。這種高低交替變化的信號經過處理，就會轉化為相應的數字，實現自動計數的功能。1.如圖所示，額溫槍因其具有快速、無接觸測溫的特點，廣泛應用在各類新型冠狀病毒防控場所．額溫槍核心部件的傳感器是（）A．位移傳感器 B．聲音傳感器C．力傳感器 D．紅外溫度傳感器D練一練知識點二：金屬熱電阻和熱敏電阻1.金屬熱電阻金屬熱電阻:金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻。1RTO金屬熱電阻隨溫度的變化關系2.熱敏電阻:用半導體材料制成。有些半導體在溫度上升時導電能力增強，因此可以用半導體材料制作熱敏電阻。2RTO熱敏電阻隨溫度的變化關系有一種熱敏電阻是用氧化錳等金屬氧化物燒結而成的，它的電阻隨溫度的變化非常明顯。分類熱敏電阻金屬熱電阻制作材料導電原理優點特點作用3.熱敏電阻和金屬熱電阻的區別半導體金屬自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動靈敏度較好化學穩定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差負溫度系數的熱敏電阻，電阻率隨溫度的升高而減小電阻率隨溫度的升高而增大將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量4.實驗：觀察熱敏電阻特性（1）實驗器材半導體熱敏電阻、電流表、熱水、導線、電建、電源、燒杯。（2）實驗步驟①把電流表、開關、電源、熱敏電阻串聯在電路中，閉合開關，觀察電流表的示數。②向燒杯中注入熱水，使熱敏電阻浸沒在熱水中，閉合開關，觀察電流表的示數。（3）現象把熱敏電阻串聯到電路中，閉合開關，電路中有電流通過，使熱敏電阻浸沒在熱水中，電流表的示數增大。（4）實驗結論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。5.熱敏電阻的應用（1）利用金屬熱電阻和熱敏電阻的阻值與溫度之間的對應關系，可用來測量溫度。（2）低油位報警裝置若給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會發熱。如圖甲所示，當液面高于熱敏電阻的高度時，熱敏電阻發出的熱量會被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。甲如圖乙所示，當液體減少、熱敏電阻露出液面時，發熱導致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設定值。乙1.下列關于傳感器的說法正確的是（）A．干簧管相當于一個對干濕度敏感的彈簧管B．熱敏電阻和金屬熱電阻都是用半導體材料制成的，當溫度升高時形成更多的空穴，導電能力明顯增強C．電熨斗裝有雙金屬片溫度傳感器，可以使其上下層溫度不同從而自動控制電路D．煙霧散射式火災報警器有可能在有大量煙民同時吸煙的場所出現誤報警D練一練知識點三：電阻應變片1.電阻應變片：是一種使用非常廣泛的力敏元件。電阻應變片2.金屬的電阻應變效應（1）根據電阻的定義式：拉力→L變長→S變小→電阻變大；壓力→L變短→S變大→電阻變小（2）電阻應變效應①金屬導體在外力作用下發生機械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發生變化的現象，稱為金屬的電阻應變效應。金屬電阻應變片就是利用這一原理制成的。②壓阻效應：當單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化的現象，稱為壓阻效應。③電阻應變片的功能：能夠把物體形變這個力學量轉換為電阻這個電學量。3.力傳感器的應用及工作原理（1）我們經常見到的電子秤，它所使用的測力器件是力傳感器。（2）常用的一種力傳感器是由金屬梁和電阻應變片組成的，其結構如圖所示，稱為應變式力傳感器。應變式力傳感器（3）力傳感器的工作原理應變片應變片金屬梁應變片測力原理F上表面應變片的電阻變大，下表面應變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變越大，應變片的電阻變化就越大。在梁的自由端施力F，則梁發生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮。（4）力傳感器的應用應變式力傳感器也用來測量其他各種力，如汽車和卷揚機的牽引力等。力傳感器汽車稱重的地磅應變片是把形變這個力學量轉換為電壓這個電學量。4.電容式傳感器原理：電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間的距離d以及極板間的電介質這三個因素。如果某個物理量的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定這個物理量的變化，由此可以制成電容式傳感器。思考討論：如圖所示，當被測物體在左、右方向發生位移時，電介質板隨之在電容器兩極板之間移動。如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。用什么方法可以檢測電容的變化？被測物體電介質板電容器極板

電容式位移傳感器

拓展學習霍爾元件霍爾元件的應用及原理1—測量磁場的大小導體的霍爾效應要強于導體。在一個很小的矩形半導體（如砷化銦）薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件（右圖下）。在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁感應強度為B的磁場，則在M、N間可出現霍爾電壓UH。通過分析可知，霍爾電壓UH與磁感應強度B有線性關系，因此利用霍爾元件可以測量磁感應強度的大小和方向。霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量。霍爾效應霍爾原件的工作原理霍爾元件的應用及原理2—測量微小位移在兩塊磁感應強度相同、同極相對放置的磁體縫隙中放入霍爾元件，當霍爾元件處于中間位置時，磁感應強度B為0，霍爾電壓UH為0，可將該點作為位移的零點。當霍爾元件沿著±z方向移動時，則有霍爾電壓輸出，且電壓大小與位移大小成正比，從而能夠實現微小位移的測量。利用霍爾元件測量微小位移1.目前，傳感器已經廣泛應用于生產、生活、科學研究等各個領域，關于傳感器的應用，下列說法中正確的是（）A．自動洗衣機中的壓力傳感器、數字體重計所用的測力裝置都應用了力傳感器B．走廊照明燈的聲控開關、紅外報警裝置都是應用了聲傳感器C．發光二極管是一種常用的光傳感器，其作用是將光信號轉換為電信號D．霍爾元件能把磁感應強度這個磁學量轉換成電阻這個電學量練一練A常見傳感器的工作原理及應用