【创新设计】2013–2014学年高中物理鲁科版选修3–2第5章5–揭开传感器的“面纱”.ppt

第1节　揭开传感器的“面纱” 第2节　常见传感器的工作原理;1．知道什么是传感器，了解传感器的分类，理解其工作原理． 2．知道温度传感器的原理，了解温度传感器在生活中的应用． 3．知道光传感器的原理，了解光电传感器在生活中的应用．;电信号 ;敏感元件 ;三、探究温度传感器的原理;增加 ;一、对传感器的正确理解 1．传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作． 2．传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的．根据测量的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类．;物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、???场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等． 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的． 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等． ;二、光敏电阻的基本特性 1．半导体的导电原理 如图5－1、2－2是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有4个电子．由于热运动或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，挣脱原子的束缚而成为自由电子．这样，在原来的地方就留下一个空位，称为“空穴”．空穴相当于一个正电荷．当这个空穴由附近原子中的电子来填补时，就出现了一个新的空穴，这种变化相当于空穴在移动．;如果有了外电场，自由电子和空穴会向相反的方向做定向移动，于是在半导体中形成了电流．自由电子和空穴都叫做载流子． 当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，半导体中会有更多的载流子，于是导电性能明显地增强． 2．光敏电阻的特性 (1)阻值特点：阻值随光照强度的增大而减小． (2)导电机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小． (3)作用：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量．;三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻 (1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关． 温度变化，阻值有明显变化． (2)作用：热敏电阻可以将温度的高低这个热学量转化为电阻这个电学量． (3)分类：热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成．半导体材料的导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻． 正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增加．;负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而下降． 临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降． (4)热敏电阻的用途 热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于： ①利用电阻—温度特性来测量温度，控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；②利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护的作用；③利用不同媒质热耗散特性的差异测量流量、流速、液面、热导、真空度等；④利用热惯性作为时间延迟器．;2．金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以做成传感器，称为热电阻． 金属电阻随温度的升高而增加． 金属热电阻也是将温度的高低这个热学量转换为电阻这个电学量．;【典例1】 如图5－1、2－3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时(　　)． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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 思路点拨　当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后根据直流电路的动态分析方法进行判断．;解析　光的强度是被测量，光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件．当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确． 答案　ABC 借题发挥　在光照时，光敏电阻阻值发生变化，阻值随光强的增加而减小，在电路中，电流和电压也会发生相应的变化，这样就把光学量转变成了电学量．;【变式1】 如图5－1、2－4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电