【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

自主学习 名师解疑 分类例析 活页规范训练 课堂对点演练 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 物理传感器 化学传感器 生物传感器 敏感元件 转换元件 转换电路 敏感元件 电信号 电阻大小 减小 三、探究温度传感器的原理 电学量 热敏电阻 热电偶 增加 负温度系数 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、磁场等)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