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1、第五章第五章 传感器传感器学习目标物理与STSE1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术的意义.2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理.3.了解传感器的常用元件的特征（a）吸顶式家用 （b）壁挂式家用可燃气体报警器 可燃气体报警器知识点一什么是传感器1.定义：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转化可用信号的器件或装置.2.组成.（1）敏感元件：直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量.（2）转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出.（3）转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量.知识点二传感器的分类分类：（1）按被测
2、量分类：加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等.（2）按工作原理分类：电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器等.（3）按能量传递方式分类：有源传感器和无源传感器两大类.知识点三温度、光电传感器的原理1.温度传感器的原理.（1）作用：将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量.（2）热敏电阻特性：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增加，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而下降.（3）应用：电饭煲、空调机、电热水器、微波炉等.2.光电传感器的原理.（1）作用：利用
3、敏感元件光敏电阻，将光照强弱转换为电阻这一电学量.（2）光敏电阻特性：光敏电阻的阻值随光照的增强而减小.（3）应用：路灯光电自动开关电路和红外楼道照明开关电路.小试身手1.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是（）A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移答案：C2.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数变小（填“变大
4、”或“变小”），小灯泡的亮度变亮（填“变亮”或“变暗”）.3.某温控电路的原理如图所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在1527 的环境中工作.当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法中正确的是 （）A.环境温度降低，RM的阻值减小B.环境温度升高，Uab变大C.滑片P向下移动时，Uab变大D.调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度答案：D探究一认识传感器1.传感器的组成和工作流程.（1）传感器的组成.敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的.转换元件：将
5、敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等，或电路的通断.（2）传感器的工作流程.2.传感器的原理：传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等.这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作.3.传感器的另一种分类方式.项目物理型传感器化学型传感器 生物型传感器敏感元件被测物理量变化时，敏感元件的电学量（如电阻、电压、电容等）会发生明显变化敏感元件能把化学物质的成分、浓度等化学量
6、转换为电学量工作原理利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关的信息利用化学反应识别和检测信息利用生物体组织的各种生物、化学与物理效应识别和检测信息实例如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等如气敏传感器、湿敏传感器等如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等【典例1】如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极.在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 （）A.距
7、离变化B.正对面积变化C.电介质变化 D.电压变化解析：振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信息转化为电信号，故选项A正确.答案：A1.关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是（）A.非电学量敏感元件转换电路电学量转换元件B.电学量敏感元件转换电路转换元件非电学量C.非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量D.非电学量转换电路转换元件敏感元件电学量2.关于传感器，下列说法正确的是（）A.所有传感器都是由半导体材料做成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.以上说法都不正确解析：大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属
8、也可以做传感器，如金属热电阻.传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”.故只有B正确.答案：B3.现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现.例如将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕，从而达到省电的目的.实现这一功能可能用到的传感器为（）A.光传感器和位移传感器B.磁传感器和温度传感器C.磁传感器和声传感器D.压力传感器和加速度传感器解析：当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以可能用到的传感器为光感传器和位移传器，则A正确；当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力，所以
9、B、C、D错误.答案：A探究二温度传感器的理解和应用1.热敏电阻.分类负温度系数热敏电阻（NTC）：电阻值随温度升高而减小；正温度系数热敏电阻（PTC）：电阻值随温度升高而增大特点 对温度变化的响应敏感、灵敏度高应用 测温、温度控制或过热保护2.热双金属片温度传感器.原理利用了不同金属材料的热膨胀系数不同结构将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体应用控制电路的通断；用在温度控制装置中；保护电机3.热电阻传感器.原理利用了金属的电阻随温度的变化而变化.RR0（1t），其中为温度系数，R0为t0 时导体的电阻特点性能稳定；可在较大的温度范围内工作应用测温；测流体的流量【典例2】（多选
10、）如图所示，电源内阻不可忽略，R1为半导体热敏电阻，它的电阻随温度的升高而减小，R2为锰铜合金制成的可变电阻.当发现灯泡L的亮度逐渐变暗时，可能的原因是（）A.R1的温度逐渐降低B.R1的温度逐渐升高C.R2的阻值逐渐减小 D.R2的阻值逐渐增大解析：当R1的温度逐渐降低时，电阻增大，所以总电阻增大，总电流就减小，电源内阻所占电压减小，并联部分电压增大，所以通过R2的电流变大，而总电流减小，所以通过灯泡的电流减小，故A正确，B错误；当R2的阻值逐渐增大时，总电阻增大，总电流就减小，电源内阻所占电压减小，并联部分电压增大，所以通过灯泡L的电流就增大，反之，若R2的阻值逐渐减小，则通过灯泡L的电流
11、减小，故D错误，C正确.答案：AC4.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，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.小灯泡的亮度变弱解析：R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路.当温度降低时，R2电阻增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错.答案：C5.（多选）在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻（温度越高电阻越小），C为电容器.当环境温度
12、降低时（）A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大探究三光电传感器的理解和应用光敏电阻是由半导体材料制成的.它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大.【典例3】（多选）如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时（）A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大解析：当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小
13、，A项正确，D项错误.因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确.结合干路电流增大和通过R2的电流减小知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.答案：ABC6.如图所示，将一光敏电阻接在多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏角为；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏角为，则可判断（）A.B.D.不能确定解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，由欧姆挡的特点知，指针左偏，故指针自左向右的偏转角变小，故选项B正确.答案：B7.如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板（未画出）隔开，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED间距不变，下列说法中正确的是（）A.当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑片P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变解析：滑片P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大.答案：A
