第2节　常见传感器的工作原理及应用　第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置 教学设计.doc

第2节常见传感器的工作原理及应用

第3节利用传感器制作简单的自动控制装置

[学习目标]

1．了解光敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。

2．了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。

3．了解电阻应变片、电容式位移传感器的特性及其在生活、生产中的应用。

4．会设计简单的有关传感器应用的控制电路。

知识点1常见传感器的工作原理及应用

(一)光敏电阻

1．特点：光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。

2．原理：无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

3．作用：把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量。

4．应用：自动计数装置

没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。

(二)热敏电阻和金属热电阻

热敏电阻

金属热电阻

特点

电阻率随温度升高而减小

电阻率随温度升高而增大

制作材料

半导体

金属

优点

灵敏度高

化学稳定性好，测量范围大

作用

将温度这个热学量转换为电阻这个电学量

(三)电阻应变片

1．电阻应变片原理：电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件。我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。除了金属电阻应变片外，常用的电阻应变片还有半导体电阻应变片，它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

2．作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。

我们经常见到的电子秤，它所使用的测力器件是力传感器。常用的一种力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器。

3．应变式力传感器原理：这种力传感器的工作原理如图所示。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变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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。力F越大，输出的电压差值也就越大。

4．电容式位移传感器(位移传感器)

原理：它可以将位移变化转化为电容信号，如图所示，当物体向左运动时，电容增大；当物体向右运动时，电容减小。

知识点2利用传感器制作简单的自动控制装置

(一)门窗防盗报警装置

1．电路

2．工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。

(二)光控开关

1．电路

2．工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。

当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。

[判一判]

(1)光敏电阻本身就是一种传感器。()

(2)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小。()

(3)热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏。()

(4)半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化。()

(5)金属热电阻的温度升高时电阻升高。()

(6)应变式力传感器可以用来测量重力，也可用来测牵引力。()

提示：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)√

1．(光敏电阻)如图甲所示，光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的()

解析：选B。光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率地先减小后增大，但不会是0，选B。

2．(热敏电阻和金属热电阻)(多选)电阻R随温度T变化的图线如图，下列说法正确的是()

A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的

B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的

C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高

D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高

解析：选BD。金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳