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1、高考综合复习传感器和简单的逻辑电路专题复习 总体感知知识网络 命题规律 传感器是现行教材新课程标准新增加的内容，本专题的知识与我们的生活息息相关，传感器是自动化控制装置中不可缺少的器件，在信息技术高速发展和电子计算机广泛应用的今天，传感器发挥着越来越重要的作用，本部分知识易与实际问题相联系，具有很高的实用性，因此今后将是高考的热点之一。 传感器为力学、电学、磁学的一个大综合，通过传感器把它们联系在了一起，特别是简单电路的设计，不论是对敏感元件基础知识的检查，还是器材的组装、调试、器材连接、电路设计，考的既具体又灵活。 传感器虽是新增内容，实际上有关传感器的题目在各地高考中已多次出现，多数题是以
2、情景题出现，考查学生的归纳理解能力。近年来高考特别重视动手能力的考查，而不局限于只会做题，更注意于考生的研究方法和创新思维。复习策略1应知道求解传感器问题的思路 传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解。但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键。因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构，这样才能对题目的要求作出解释或回答。另外，平时应多注意实际生产、生活中的一些实例，多一些思考，多动一下手，多查一下资料，开阔自己的视野，丰富自己的经验，做到学以致用、活学活用的目的。2特别注意加速度计与加速
3、度传感器 加速度传感器实际上是变式加速度计，它将加速度信号转换为电压信号输出，该传感器可以制作成振动传感器（因为振动物体的加速度一般不为零），振动传感器可以广泛地应用在报警、测量等领域（如汽车、摩托车防盗报警器等）。 第一部分 传感器、简单的逻辑电路及其应用 知识要点梳理知识点一传感器 知识梳理 1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、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，把非电学量转换成电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。2制作传感器的敏感元件 （1）光敏电阻 光敏电阻的材料是一种半导体，无光照
4、时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。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。 （2）热敏电阻和金属热电阻 热敏电阻：指用半导体材料制成，其阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图为某热敏电阻的阻值温度特性曲线。 金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增加，这样的电阻也可以制作温度传感器。 热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换成电学量（电阻），但热敏电阻的灵敏度较好。 特别提醒：热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小，对正温度系数的热敏电阻（PTC）其阻值随温度的升高而增大，而负温度系数的热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。 （3）电容式位
5、移传感器 能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。 （4）霍尔元件 把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量，产生的电压称为霍尔电压，式中的d为薄片的厚度，k为霍尔系数，与薄片的材料有关。 疑难导析 1、关于传感器的分类 序号分类方法传感器的种类说明1按输入量分类位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等传感器以被测物理量命名2按工作原理分类应变式、电容式、电感式、热电式、电压式传感器以工作原理命名3按物理现象分类结构型传感器传感器依赖其结构参数的变化实现信息转换特性型传感器传感器依赖其敏感元件物理特征的变化实现信息转换4按能量关系分类能量转换型传感器传感器直接将被测量的能量转换
6、为输出的能量能量控制型传感器由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量5按输出信号分类模拟式传感器输出为模拟量数字式传感器输出为数字量2、如何求解传感器问题 传感器问题具有涉及的知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，有的原理甚至较难理解。但不管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键。因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构，这样才能对题目的要求作出解释或回答。另外，平时多应注意实际生产、生活中的一些实例，多一些思考，多动一下手，多查一下资料，开阔自己的视野，丰富自己的经验，做到学以致用、活学活用的目的。3、传感器的一般应用模
7、式 传感器是将所感受到的物理量（如力、热、光等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。其工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量，一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如图所示。 例如，许多食品加工设备（如电烤箱）都要控制在一定的温度范围内工作，可使食品味道鲜美且不失养分，如图所示的控制电路，开始工作时，温度较低，阻值较小，继电器吸合，A与C接通，电热丝L通电加热，达到一定温度时，电阻增大，继电器放开，A与B接通，灯亮铃响，停止加热，温度降低到某一值时，继电器又吸合，A与C接通，又开始加热如此反复，维持在一定的温度范围（）内。 空调
8、、电冰箱就是利用这一原理维持在一定温度范围内的。 再例如，如图所示是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是光电传感器光敏电阻。 当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的信号时，光敏电阻的电阻变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 ：有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，
9、下列说法中正确的是（ ） A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻 B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻 答案：AC 解析：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。知识点二传感器的应用 知识梳理 1力传感器的应用电子秤 （1）力传感器 我们经常见到的电子秤所使用的测力装置是力传感
10、器，常用的一种力传感器是由金属架和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在大多用半导体材料制成。 （2）工作原理 如图所示，弹性钢制成的梁形元件上、下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施加F，则梁发生弯曲，上表面拉伸而使电阻增大，下表面压缩而使电阻减小，如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上、下应变片两端产生了一个电压差，传感器把这个电压差值输出，外力越大，输出的电压差值也就越大。2声传感器的应用话筒 （1）话筒 话筒是一种常用的声传感器，类型虽多，但其作用都是将声信号转换为电信号。常见类型有：动圈式话筒、电容式话筒、驻极体话筒。 （2）电容式话筒的工作原理 如图所示，金属膜片M和固定电极N形
11、成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。 （3）动圈式话筒的工作原理 如图所示是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的。当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动。音圈在永磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号）。感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定。这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 特别提醒：动圈式话筒和电容式话筒的工作原理不同，要搞清它们的区别和联系。3温度传感器的应用 温度传感器一般由半导体材料制成的热
12、敏电阻和金属热电阻制成。它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。 （1）电熨斗 如图所示，内部装有双金属片温度传感器，双金属片的上部金属膨胀系数大，下部金属膨胀系数小，则双金属片受热向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。 特别提醒：熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的。 （2）电饭锅 主要元件是感温铁氧体，常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，接通电源，但是当上升到约103的“居里温度”时，就
13、失去了铁磁性，不能被磁体吸引了，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源从而停止加热。 特别提醒：如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因水温保持在100，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103才能自动断电。 （3）测温仪 测温仪可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来，由于电信号可以由测温地点传输到其他地方，所以应用温度传感器可以远距离读取温度的数值。 测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线、敏感元件等。4光传感器的应用 （1）机械式鼠标 鼠标器移动时，滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计x、
14、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。 （2）火灾报警器 如图为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED，光电三极管和不透明的挡板，平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后，对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。 疑难导析 霍尔效应与霍尔元件 如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与电流垂直、磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体时，在导体的上侧面A和下侧面之间会产生电势差。由于这种现象是1879年美国物理学家EH霍尔观察到的
15、，所以这种现象被称为霍尔效应。 实验表明， 当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系式，式中的比例系数称为霍尔系数。 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧面之间会形成稳定的电势差。 霍尔电压关系式的导出过程如下： 又根据电流强度的微观表达式 故， 其中为单位体积内的自由电荷数，为载流子电量，对于固定的材料而言为定值， 若令，则。 霍尔效应广泛应用于半导体的测试中。例如用霍尔效应来确定一种半导体的材料是电子型还是空穴型。半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究导体载流子浓度的变化提供了重要的方法。 利用霍尔效应
