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1、传感器及其工作原理 【学习目标】1、 知道什么是传感器2、 了解传感器的常用元件的特征【自主学习】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
2、;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。、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。、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。、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
3、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
4、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。、 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、 h减小C、h不变D、无法确定4、
5、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
6、,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、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( )、电介质进入极板的长度、两极板间距、两极板正对面积、极板所带电量、如图所示,、为定值电阻,是小灯泡,为光敏电阻,当照射光强度增大时,( )、电压表的示数增大、中电流减小、小灯泡的功率增大、电路的路端电压增大5、如图所示,是光敏电阻,当开关闭合后在没有光照射时,a、b两点等电势,当用光照射电阻时,则( )
7、、的电阻变小,a点电势高于b点电势、的电阻变小,a点电势低于b点电势、的电阻变小,a点电势等于b点电势、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
8、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【学后反思】_
9、。参考答案典型例题:例1、 分析:若往Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻Rt温度降低,电阻值增大,所以电流减小,指针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻Rt温度升高,电阻值减小,电流增大,指针向右偏。左 右例2、分析:热敏电阻的阻值随温度变化而变化,定值电阻和光敏电阻不随温度变化;光敏电阻的阻值随光照变化而变化,定值电阻和热敏电阻不随之变化。 答案:AC例3、分析:当F向上压膜片电极时,电容器的电容将增大,电流计有示数,则压力F发生了变化。 答案:BC例4、解:因为自由电荷为电子,故由左手定则可判断电子向上偏,则上表面聚集负电荷,下表面带多余的正电荷,故下表面电势高,设其稳定电压为U。当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时,即q=QvB又因为导体中的电流IneSvnevbd故U答案:下表面电势高 电势差为针对训练:1、 光电 热电2、 声控 声音 电3、 A 4、C5、角度增大,正对面积减小,电容器电容变小能力训练:1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A 、C 7、C 8、ABD9、