《高中物理 3.1 认识传感器、3.2 传感器的原理 （粤教版选修3-2）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 3.1 认识传感器、3.2 传感器的原理 （粤教版选修3-2）（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一第一节认识传感器感器 第二第二节传感器的原理感器的原理课标定位定位学学习目目标：1.了了解解传感感器器的的概概念念和和种种类，知知道道非非电学学量量转换成成电学量的技学量的技术意意义2通通过实验知道常知道常见敏感元件的工作原理敏感元件的工作原理3能能够结合合已已学学的的知知识，分分析析传感感器器在在实际中中的的应用事例用事例重点重点难点：点：常常见敏感元件的工作原理敏感元件的工作原理 第第二二节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位课前自主学案课前自主学案一、什么是一、什么是传感器感器1定定义：能能够感感受受规定定
2、的的被被测量量，并并按按照照一一定定的的规律律转换成成_的器件或装置，通常由的器件或装置，通常由_和和_组成成2传感器的感器的组成成传感感器器一一般般由由_元元件件、转换元元件件和和_电路路三三部分部分组成方框成方框图如如图311所示所示可用信号可用信号敏感敏感元件元件转换元件元件敏感敏感转换(1)敏敏感感元元件件：相相当当于于人人的的感感觉器器官官，直直接接感感受受被被测量量并并将将其其变换成成与与被被测量量成成一一定定关关系系的的易易于于测量的物理量敏感元件的作用是量的物理量敏感元件的作用是获取信息取信息(2)转换元元件件：也也称称传感感元元件件，通通常常不不直直接接感感受受被被测量量，而
3、而是是将将敏敏感感元元件件输出出的的物物理理量量转换为电学量学量输出出转换元元件件的的作作用用是是将将非非电学学量量转换成成一一种种易易于于测量的量的电学量学量(3)转换电路路：是是将将转换元元件件输出出的的电学学量量转换成成易易于于测量量的的电学学量量，如如电压、电流流、频率率等等转换电路路的的作作用用是是将将电学学量量转换为另另一一种种电学量学量采采用用先先进工工艺技技术和和材材料料，能能使使敏敏感感元元件件和和转换元元件件合合为一一体体，这种种传感感器器是是集集成成传感感器器采采用用集集成成传感感器器稳定定性性好好、可可靠靠性性高高、体体积小小、重量重量轻，有利于微型化和降低成本，有利于
4、微型化和降低成本二、二、传感器的分感器的分类传感感器器的的原原理理有有各各种种各各样，它它与与许多多学学科科有有关关，其其种种类繁繁多多，分分类方方法法也也很很多多，但但是是目目前前一一般般可可以以按如下按如下进行分行分类：三、温度三、温度传感器的原理感器的原理1热敏敏电阻阻(1)温温度度特特性性：正正温温度度系系数数热敏敏电阻阻，温温度度升升高高，电阻阻_；负温温度度系系数数热敏敏电阻阻，温温度度升升高高，电阻阻_(2)特特点点：热敏敏电阻阻是是利利用用半半导体体材材料料的的阻阻值随随温温度度的的变化化而而变化化的的特特性性实现温温度度测量量的的与与其其他他温温度度传感感器器相相比比，热敏敏
5、电阻阻的的温温度度系系数数_、灵灵敏敏度度_、响响应迅迅速速、测量量线路路简单，并并且且体体积小小、寿寿命命长、价价格格便便宜宜、耐耐湿湿、耐耐酸酸、耐耐碱碱、耐耐热冲冲击、耐耐振振动，可可靠靠性性较高高热敏敏电阻阻主主要要用用于于点点温温度度、小小温温差差温温度度的的测量量，远距距离离、多多点点测量量与与控制，以及温度控制，以及温度补偿和和电路的自路的自动调整等整等增大增大减小减小大大高高2温度温度传感器的原理感器的原理图312(1)实验探探究究：将将热敏敏电阻阻接接入入如如图312所所示示的的电路路中中，改改变热敏敏电阻阻的的温温度度，观察察电压表表的的读数数变化化，体体会会将将温温度度这
6、一一_转换为_这一一电学量学量非非电学量学量电压(2)现象：温度象：温度变化，化，电压表示数表示数发生生变化化(3)结论：温温度度传感感器器可可以以将将热学学量量的的变化化转换为电学量的学量的变化化3温度温度传感器的感器的应用用在在日日常常生生活活中中，各各种种家家用用电器器的的自自动化化、智智能能化化工工作作都都离离不不开开温温度度传感感器器的的应用用，如如电饭煲、空空调机机、电热水水器器、微微波波炉炉、饮水水机机等等，都都是是通通过温度温度传感器感器进行行检测而而实现温度自温度自动控制控制四、光四、光电传感器的原理感器的原理1光光敏敏电阻阻的的特特点点：光光敏敏电阻阻的的电阻阻大大小小与与
7、光光照的照的强强弱弱_，光照，光照强强度越大，度越大，电阻阻_2光光电传感器的原理感器的原理有关有关越小越小图313(1)实验探探究究：将将热敏敏电阻阻接接入入如如图312所所示示的的电路路中中，改改变热敏敏电阻阻的的温温度度，观察察电压表表的的读数数变化化，体体会会将将温温度度这一一非非电学学量量转换为电压这一一电学量学量(2)现象：光照象：光照强强度度变化，化，电流表示数流表示数发生生变化化(3)结论：光光敏敏电阻阻可可以以将将光光学学量量的的变化化转换为电学量的学量的变化化3光光电传感器的感器的应用用光光电传感感器器的的工工作作原原理理是是将将_转换为_的的传感感器器光光电传感感器器的的
8、应用用：鼠鼠标器、火灾器、火灾报警器、光控开关等警器、光控开关等光学量光学量变化化电学量学量变化化核心要点突破核心要点突破一、一、传感器的原理及感器的原理及传感器中各元件的作用感器中各元件的作用1传感器的原理感器的原理传感感器器感感受受的的通通常常是是非非电学学量量，如如压力力、温温度度、位位移移、浓度度、速速度度、酸酸碱碱度度等等，而而它它输出出的的通通常常是是电学学量量，如如电压值、电流流值、电荷荷量量等等，这些些输出出信信号号是是非非常常微微弱弱的的，通通常常要要经过放放大大后后，再再送送给控控制制系系统产生生各各种种控控制制动作作传感感器器原原理理如如图314所示所示2各元件的作用各元
9、件的作用敏敏感感元元件件是是传感感器器的的核核心心部部分分，它它是是利利用用材材料料的的某某种种敏敏感感效效应(如如热敏敏、光光敏敏、压敏敏、力力敏敏、湿敏等湿敏等)制成的制成的转换元元件件是是传感感器器中中能能将将敏敏感感元元件件输出出的的、与与被被测物物理理量量成成一一定定关关系系的的非非电信信号号转换成成电信信号的号的电子元件子元件转换电路路的的作作用用是是将将此此电信信号号转换成成易易于于传输或或测量的量的电学量学量输出出即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1为解解决决楼楼道道的的照照明明，在在楼楼道道内内安安装装一一个个传感感器器与与电灯灯的的控控制制电路路相相接
10、接当当楼楼道道内内有有走走动而而发出出声声响响时，电灯灯即即与与电源源接接通通而而发光光，这种种传感感器器为_传感感器器，它它输入入的的是是_信信号号，经传感器感器转换后，后，输出的是出的是_信号信号答案：答案：声声音声声音电二、二、热敏敏电阻和金属阻和金属热电阻阻1热敏敏电阻阻用半用半导体材料制成，其体材料制成，其电阻阻值随温度随温度变化明化明显，如，如图315所示，所示，(1)为某一某一热敏敏电阻的阻的电阻阻温度特性曲温度特性曲线2热敏敏电阻的两种型号及其特性阻的两种型号及其特性热敏敏电阻阻器器是是电阻阻值随随温温度度变化化而而变化化的的敏敏感感元元件件在在工工作作温温度度范范围内内，电阻
11、阻值随随温温度度上上升升而而增增大大的的是是正正温温度度系系数数(PTC)热敏敏电阻阻器器；电阻阻值随随温温度上升而减小的是度上升而减小的是负温度系数温度系数(NTC)热敏敏电阻器阻器3热敏敏电阻的用途阻的用途热敏敏电阻器的用途十分广泛，主要阻器的用途十分广泛，主要应用于：用于：(1)利利用用电阻阻温温度度特特性性来来测量量温温度度、控控制制温温度和元件、器件、度和元件、器件、电路的温度路的温度补偿；(2)利利用用非非线性性特特性性完完成成稳压、限限幅幅、开开关关、过流保流保护作用；作用；(3)利利用用不不同同媒媒质中中热耗耗散散特特性性的的差差异异测量量流流量量、流速、液面等流速、液面等4金
12、属金属热电阻阻有有些些金金属属的的电阻阻率率随随温温度度的的升升高高而而增增大大，这样的的电阻阻也也可可以以制制作作温温度度传感感器器，称称为金金属属热电阻阻如如图315中中的的(2)为金金属属导线电阻阻温温度度特性曲特性曲线相相比比而而言言，金金属属热电阻阻化化学学稳定定性性好好，测温温范范围大，而大，而热敏敏电阻的灵敏度阻的灵敏度较好好即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(2011年年广广州州高高二二检测)现有有热敏敏电阻阻、电炉炉丝、电源源、电磁磁继电器器、滑滑动变阻阻器器、开开关关和和导线若若干干，如如图316所所示示试设计一一个个温温控控电路路要要求求温温度度低
13、低于于某某一一温温度度时，电炉炉丝自自动通通电供供热，超超过某某一一温温度度时，又又可可以以自自动断断电，画画出出电路路图并并说明明工工作作过程程解解析析：热敏敏电阻阻与与滑滑动变阻阻器器及及电磁磁继电器器构构成成低低压控制控制电路路答案：答案：(1)电路路图如如图所示所示(2)工工作作过程程：闭合合S当当温温度度低低于于设计值时热敏敏电阻阻阻阻值变大大，通通过电磁磁继电器器的的电流流不不能能使使它它正正常常工工作作，K接接通通电炉炉丝加加热当当温温度度达达到到设计值时，热敏敏电阻阻减减小小到到某某值，通通过电磁磁继电器器的的电流流达达到到工工作作电流流，K断断开开，电炉炉丝断断电，停停止止供
14、供热当当温温度度低低于于设计值时，又又重重复复前述前述过程程三、三、电容式容式传感器的原理及用途感器的原理及用途1原原理理：电容容器器的的电容容C取取决决于于极极板板正正对面面积S，极极板板间距距离离d及及极极板板间电介介质这几几个个因因素素，如如果果某某一一物物理理量量(如如角角度度、位位移移s、深深度度h等等)的的变化化能能引引起起上上述述某某一一因因素素的的变化化，从从而而引引起起电容容的的变化化，那那么么测定定电容器的容器的电容就可以确定上述物理量的容就可以确定上述物理量的变化化2用途用途图317甲甲是是用用来来测定定角角度度的的电容容式式传感感器器，当当动片片与与定定片片之之间的的角
15、角度度发生生变化化时，引引起起极极板板正正对面面积S的的变化化，使使电容容C发生生变化化，知知道道C的的变化化，就可以知道就可以知道的的变化情况化情况图乙乙是是测定定液液面面高高度度h的的电容容式式传感感器器，在在导线芯芯的的外外面面涂涂上上一一层绝缘物物质，放放入入导电液液体体中中，导线芯芯和和导电液体构成液体构成电容器的两个极，容器的两个极，导线芯外芯外面面的的绝缘物物质就就是是电介介质，液液面面高高度度h发生生变化化时，引引起起正正对面面积发生生变化化，使使电容容C发生生变化化知道知道C的的变化，就可以知道化，就可以知道h的的变化情况化情况图丙丙是是测定定压力力F的的电容容式式传感感器器
16、，待待测压力力F作作用用于于可可动膜膜片片电极极上上的的时候候，膜膜片片发生生形形变，使使极极板板间距距离离d发生生变化化，引引起起电容容C的的变化化，知知道道C的的变化，就可以知道化，就可以知道F的的变化情况化情况图丁丁是是测定定位位移移x的的电容容式式传感感器器，随随着着电介介质进入入极极板板间的的长度度发生生变化化，电容容C发生生变化化，知道知道C的的变化，就可以知道化，就可以知道x的的变化情况化情况特特别提醒：提醒：即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.(单选)如如图318所所示示是是电容容式式话筒筒的的示示意意图，它它是是利利用用电容容制制作作的的传感感器器，话
17、筒筒的的振振动膜膜前前面面有有薄薄薄薄的的金金属属层，膜膜后后距距膜膜几几十十微微米米处有有一一金金属属板板，振振动膜膜上上的的金金属属层和和这个个金金属属板板构构成成电容容器器的的两两极极，在在两两极极间加加一一电压U，人人对着着话筒筒说话时，振振动膜膜前前后后振振动，使使电容容发生生变化化，使使声声音音信信号号被被话筒筒转化化为电信信号号，其其中中导致致电容容变化化的的原原因因是是电容容器器两两板板间的的()图318A距离距离变化化B正正对面面积变化化C介介质变化化D电压变化化解解析析：选A.平平行行板板电容容器器的的电容容CrS/d，本本例例中中的的介介质没没有有变化化，正正对面面积也也
18、没没有有变化化，引引起起电容容变化的因素是板化的因素是板间距离距离d.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一光光传感器的感器的应用用(双双选)如如图319是是利利用用硫硫化化镉制制成成的的光光敏敏电阻阻自自动计数数的的示示意意图，其其中中A是是发光光仪器器，B是是光光敏敏电阻，下列阻，下列说法中正确的是法中正确的是()A当当传送送带上上没没有有物物品品挡住住由由A射射向向B的的光光信信号号时，光敏光敏电阻的阻阻的阻值变小，小，电压表表读数数变小小B当当传送送带上上没没有有物物品品挡住住由由A射射向向B的的光光信信号号时，光敏光敏电阻的阻阻的阻值变大，大，电压表表读数数变大大例例例例1 1C当当传
19、送送带上上有有物物品品挡住住由由A射射向向B的的光光信信号号时，光敏光敏电阻的阻阻的阻值变小，小，电压表表读数数变小小D当当传送送带上上有有物物品品挡住住由由A射射向向B的的光光信信号号时，光敏光敏电阻的阻阻的阻值变大，大，电压表表读数数变大大【精精讲精精析析】当当光光照照射射到到光光敏敏电阻阻B上上时，B电阻阻减减小小，电路路中中电流流增增大大，B两两端端电压减减小小，信信号号处理理系系统得得到到低低电压，计数数器器每每由由低低电压转到到高高电压，就，就计一个数，从而达到自一个数，从而达到自动计数目的数目的【答案答案】AD类型二类型二热敏敏电阻特性的理解阻特性的理解(单选)如如图3110是是
20、一一火火警警报警警装装置置的的一一部部分分电路路示示意意图，其其中中R2是是半半导体体热敏敏传感感器器，它它的的电阻阻随随温温度度升升高高而而减减小小，a、b接接报警警器器当当传感感器器R2所所在在处出出现火火情情时，电流流表表的的电流流I和和a、b两两端端电压U与出与出现火情前相比火情前相比()AI变大，大，U变大大BI变小，小，U变小小CI变小，小，U变大大DI变大，大，U变小小例例例例2 2图3110【思思路路点点拨】抓抓住住半半导体体热敏敏特特性性即即电阻阻随随温温度度升升高高而而减减小小，接接下下来来则用用电路路动态变化化的的分分析析思路，按局部思路，按局部整体整体局部局部进行分析行
21、分析【精精讲精精析析】当当传感感器器R2所所在在处出出现火火情情时，温温度度升升高高，R2电阻阻减减小小，电路路的的总电阻阻减减小小，总电流流I增增大大，路路端端电压UabEIr减减小小，I(rR1)增增大大，U并并EI(rR1)减减小小，通通过R3电流流I3减减小，通小，通过R2的的电流流I2II3增大，增大，D项对【答案答案】D【方方法法总结】电路路中中涉涉及及热敏敏或或光光敏敏电阻阻或或金金属属热电阻阻时，熟熟记上上述述电阻阻阻阻值随随温温度度变化化的的特特点点，然然后后依依据据动态电路路问题的的分分析析思思路路，由由部部分分到整体再到部分到整体再到部分进行分析行分析类型三类型三传感器的
22、其它感器的其它应用用(单选)如如图3111所所示示，是是一一个个测定定液液面面高高度度的的传感感器器，在在导线芯芯的的外外面面涂涂上上一一层绝缘物物质，放放在在导电液液体体中中，导线芯芯和和导电液液体体构构成成电容容器器的的两两极极，把把这两两极极接接入入外外电路路，当当外外电路路中中的的电流流变化化说明明电容容值增增大大时 ，则导电液液体体的的深深度度h变化化为()例例例例3 3Ah增大增大Bh减小减小Ch不不变D无法确定无法确定【思思路路点点拨】导电液液体体和和导线芯芯类似似平平行行板板电容容器器两两个个极极板板，液液体体深深度度的的变化化类似似于于正正对面面积的的变化，化，这样就容易分析
23、就容易分析电容的容的变化了化了【自自主主解解答答】由由题意意知知，导线芯芯和和导电液液体体构构成成电容容器器的的两两极极，类似似于于平平行行板板电容容器器的的两两极极，当当液液面面高高度度发生生变化化时，相相当当于于两两极极正正对面面积发生生变化化，会会引引起起电容容的的变化化，与与平平行行板板电容容器器类比比可可得得，导电液液体体深深度度h增增大大时，导线芯芯和和导电液液体体正正对面面积增大，增大，电容器的容器的电容容值变大大【答案答案】A【方方法法总结】根根据据传感感器器元元件件的的特特性性结合合相相关关知知识认真分析求解真分析求解变式式训练日日光光灯灯的的启启动器器也也可可看看成成是是一
24、一个个热敏敏传感感装装置置，它它的的热敏敏功功能能器器是是双双金金属属片片，你你能能说出启出启动器的工作原理器的工作原理吗？解解析析：日日光光灯灯启启动器器内内有有一一双双金金属属片片，热膨膨胀系系数数不不同同开开关关闭合合后后，启启动器器两两极极之之间有有电压使使氖气气放放电而而发出出辉光光，辉光光发出出的的热量量使使U形形动触触片片受受热膨膨胀而而向向外外延延伸伸，碰碰到到静静触触片片接接触触，电路路接接通通；温温度度降降低低时，U形形动触触片片向向里里收收缩，离离开开触触点，切断点，切断电路路答案：答案：见解析解析本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
