PAGEPAGE6揭開傳感器的“面紗”常見傳感器的工作原理1．傳感器的定義及作用(1)定義：能夠感受外界信息，并將其依據肯定的規律轉換成電信號的器件或裝置。(2)作用：傳感器在自動測量和自動限制系統中擔負著信息采集和轉化任務，把非電學量轉化為電學量。(3)分類：我們可以按傳感器工作原理的不同把傳感器分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器。(4)結構：eq\x(非電學量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉換元件)→eq\x(轉換電路)→eq\x(電學量)有一種電水壺為了防止燒干后引起事故，在水壺上安裝了傳感器，當壺中的水削減到肯定程度時，就會自動斷電，這種水壺上安裝了什么樣的傳感器？解析：這種水壺上安裝了壓力傳感器。當水壺中的水削減到肯定程度時，壓力減小，壓力傳感器使電路斷開，起愛護作用。2．光電傳感器(1)定義：是一種能夠感受光信號，并依據肯定規律把光信號轉換成電信號的器件或裝置。(2)敏感元件：光敏電阻。(3)特性：光敏電阻器是用金屬硫化物等半導體材料制成的，當光照耀到這些半導體物質上時，它的電阻率減小，阻值也隨之減小。入射光強，電阻小；入射光弱，電阻大。(4)作用：用于光的測量和光的限制。3．溫度傳感器(1)定義：一種將溫度改變轉換為電學量改變的裝置。(2)敏感元件：常見的溫度傳感器有熱敏電阻和熱電偶等。(3)特性：熱敏電阻是用半導體材料制成的，其電阻值隨溫度改變明顯，NTC熱敏電阻(負溫度系數)的阻值，隨溫度上升而減小，PTC熱敏電阻的阻值隨溫度上升而增大，金屬熱電阻的電阻率一般隨溫度上升而增大。傳感器是將非電學量轉換為電學量的裝置，請列舉日常生活中見到的傳感器。解析：公路兩旁的自動限制路燈開關的裝置，樓道內的聲控燈裝置，有些汽車、電動車上安裝的自動報警裝置等。1．核心元件(1)敏感元件是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏)制成的。(2)轉換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的、與被測物理量成肯定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件。2．組成傳感器的一般工作過程是：通過對某一物理量敏感的元件，將感受到的物理量按肯定規律轉換成便于測量的量。一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三個部分組成。eq\x(非電學物理量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉換元件)→eq\x(轉換電路)→eq\x(電學量)→eq\x(輸出)3．分類傳感器依據工作原理的不同可以分為以下三類：分類工作原理舉例物理傳感器利用物質的物理性質和物理效應感知并檢測出待測對象信息壓電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學傳感器利用化學反應識別和檢測信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學反應識別和檢測信號酶傳感器、組織傳感器、細胞傳感器等[典例1]全面了解汽車的運行狀態(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車平安行駛和駕駛員平安的舉措之一，為仿照汽車油表原理，某同學自制一種測定油箱油量多少或改變多少的裝置。如圖所示，其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。該同學在裝置中運用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過視察電壓表示數，可以了解油量狀況，你認為電壓表應當接在圖中的________兩點之間，依據你的接法請回答：當油箱中油量削減時，電壓表的示數將________(填“增大”或“減小”)。[思路探究]eq\x(變阻器的連接方式)→eq\x(電阻改變)→eq\x(電流改變)→eq\x(電壓改變)[解析]由題圖可知當油箱內液面高度改變時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的改變，且當R′?R時，UR＝IR可視為UR與R成正比，所以電壓表應接在b、c之間，當油量削減時，電壓表示數將增大。[答案]b、c增大1．傳感器是將能感受的物理量(如力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)的一類元件，在自動限制中有相當廣泛的應用，如圖所示的裝置是一種測定液面高度的電容式傳感器。金屬芯線與導電液體構成一個電容器，從電容C大小的改變狀況就能反映出液面高度h的凹凸狀況，則兩者的關系是()①C增大表示h增大②C增大表示h減小③C減小表示h減小④C減小表示h增大A．只有①正確B．只有①、③正確C．只有②正確D．只有②、④正確解析：選B液面高度的改變，相當于電容器極板正對面積的改變。當h增大時，相當于正對面積增大，則電容應增大；當h減小時，相當于正對面積減小，電容C應減小，B正確。1．光敏電阻(1)特點：光敏電阻一般由金屬硫化物等半導體材料做成，當半導體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導電性能明顯增加。(2)特性：光敏電阻的電阻隨光照的增加而減小。光敏電阻在被光照耀時電阻發生改變，這樣光敏電阻可以把光照強弱轉換為電阻大小這個電學量。2．熱敏電阻(1)特點：熱敏電阻由半導體材料制成，有溫度系數大、靈敏度極高、反應快速、體積小、壽命長等優點。(2)分類：①正溫度系數熱敏電阻(PTC熱敏電阻)這種熱敏電阻的電阻率隨溫度上升而增大，其特性與金屬熱電阻相像，其電阻隨溫度的改變圖象如圖甲所示；②負溫度系數熱敏電阻(NTC熱敏電阻)這種熱敏電阻的電阻率隨溫度上升而明顯減小，其電阻隨溫度的改變圖象如圖乙所示。甲乙3．用途熱敏電阻是一種靈敏度極高的溫度傳感器，在測溫過程中反應特別快。電子體溫計及家用電器(電腦、空調、冰箱等)的溫度傳感器，主要運用熱敏電阻。[典例2]如圖所示是一火警報警器的一部分電路示意圖，其中R2為用NTC半導體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器，當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的改變狀況是()A．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[思路探究](1)明確NTC半導體熱敏材料制成的R2其電阻隨溫度如何改變。(2)知道R2在電路中的位置及電路結構。[解析]當R2處出現火情時，NTC熱敏材料制成的傳感器的電阻將減小，則此時電路中的總電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知：外電路電壓將減小，U減小；電路中的總電流增大，所以R1上的電壓增大，顯示器兩端的電壓將減小，電流I減小，B正確。[答案]B[總結提能]解決含有熱敏電阻的動態分析問題的思路(1)應明確熱敏電阻的電阻特性。(2)依據閉合電路歐姆定律及串、并聯電路的性質來分析電路中某一電阻改變而引起的整個電路中各部分電學量的改變狀況。(3)基本流程：R局→R總→I總→U端→R局。2．現有熱敏電阻、電熱絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關各一個，導線若干，如圖所示，試設計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時，電熱絲自動通電加熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖并說明工作過程。解析：熱敏電阻與滑動變阻器及電磁繼電器構成低壓限制電路，電路圖如圖所示。工作過程：閉合開關S，當溫度低于設計值時，熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器的電流小，電磁鐵磁性弱，不能將銜鐵P吸下，觸點K接通，電熱絲加熱；當溫度達到設計值時，熱敏電阻阻值減小到某值，通過電磁繼電器的電流變大達到工作電流，電磁鐵磁性增加，將銜鐵P吸下，觸點K斷開，電熱絲斷電，停止加熱；當溫度低于設計值時，又重復前述過程。答案：見解析1．下列關于傳感器的說法中正確的是()A．全部傳感器的材料都是由半導體材料做成的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改變來傳遞信號的D．以上說法都不正確解析：選B半導體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，A錯誤，B正確；傳感器不但能感知電壓的改變，還能感受力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，C錯誤。2．下列關于物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器的說法中正確的是()A．物理傳感器利用材料的某種物理性質工作，因而只能用于機械加工行業不能用于化工領域B．化學傳感器是利用某種化學反應來工作的，因而只能輸出某種化學物質而不能輸出電學量C．生物傳感器的適用范圍廣，可在隨意溫度條件下工作D．生物傳感器由于含有生命物質，因而對運用傳感器的環境條件有肯定要求解析：選D不論哪種傳感器都可以將非電學量轉化成電學量輸出，B錯誤；物理傳感器在化工領域也可以運用，如溫度傳感器等，A錯誤；生物傳感器能夠運用的前提是感受器中的生命物質保持生物活性，C錯誤，D正確。3．下列說法正確的是()A．凡將非電學量轉化為電學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化為電壓輸出D．物理傳感器利用的是物質的物理性質和物理效應解析：選D各種傳感器雖然工作原理不同，但基本功能相像，多數是將非電學量轉化為電學量，A錯誤；濕敏傳感器為化學傳感器，B錯誤；傳感器既可將信息轉化為電壓輸出，也可轉化為電流、電阻等輸出，C錯誤；由物理傳感器定義知，D正確。4．用多用電表的歐姆擋測量NTC熱敏電阻和光敏電阻的阻值時，下列說法中正確的是()①測