南京市08高三物理资料：选修3-2传感器教学案.docVIP

第章 传感器 [基本概念与基本规律] 一、传感器及其工作原理 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。 2、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为电信号，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、超声波传感器、磁敏传感器 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；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把光照强弱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增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。它能用把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而升高或降低。 与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 （）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。 拓展：分析下列传感器的工作原理： ４、霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成。若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中为薄片的厚度，为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关 推导： 二、传感器的应用实例 1、力传感器的应用-----电子秤 （1）电子秤理有片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时 ,它的会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体这个力学量转换为这个电学量,因而电子秤是的应用. （2）工作原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩, 上表面应变片的电阻下表面应变片的电阻变小F越大, 弯曲形变, 应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中 通过的电流保持恒定,那末上面应变片两端的电压变大, 下面应变片两端的电压变小. 传感器把这两个电压的差值输出.外力越大, 输出的电压差值也就 2、声传感器的应用----话筒 （1）话筒是一种常用的,其作用是把转换成. 话筒分为等几种. （2）电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,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）驻极体话筒:它的特点是,重量轻，价格便宜，灵敏度高.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体. 3、温度传感器的应用-----电熨斗 （1）在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是,当温度发生变化时, 双金属片的不同,从而能控制电路的通断 （2）电熨斗的自动控温原理: 常温下,上、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀,下部金属膨胀,则双金属片向下弯曲,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,重新接通电源,从而保持温度不变. 4、温度传感器的应用——电饭锅 （1）电饭锅中的温度传感器主要元件是，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。 （2）感温铁氧体是用混合烧制而成的。 5、温度传感器的应用——测温仪 （1）温度传感器可以把转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。 （）测温仪中的测温元件可以是、、等，还可以是等。 6、光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器 （1）机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个。 （2）有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其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。 7、普通二极管和发光二极管（1