2024年高中物理第5章第12节揭开传感器的“面纱”常见传感器的工作原理讲义含解析鲁科版选修3_2.docVIP

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揭开传感器的“面纱”常见传感器的工作原理

1．传感器的定义及作用

(1)定义：能够感受外界信息，并将其依据肯定的规律转换成电信号的器件或装置。

(2)作用：传感器在自动测量和自动限制系统中担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量。

(3)分类：我们可以按传感器工作原理的不同把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

(4)结构：

eq\x(非电学量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(转换元件)→eq\x(转换电路)→eq\x(电学量)

有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水削减到肯定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？

解析：这种水壶上安装了压力传感器。当水壶中的水削减到肯定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起爱护作用。

2．光电传感器

(1)定义：是一种能够感受光信号，并依据肯定规律把光信号转换成电信号的器件或装置。

(2)敏感元件：光敏电阻。

(3)特性：光敏电阻器是用金属硫化物等半导体材料制成的，当光照耀到这些半导体物质上时，它的电阻率减小，阻值也随之减小。入射光强，电阻小；入射光弱，电阻大。

(4)作用：用于光的测量和光的限制。

3．温度传感器

(1)定义：一种将温度改变转换为电学量改变的装置。

(2)敏感元件：常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等。

(3)特性：热敏电阻是用半导体材料制成的，其电阻值随温度改变明显，NTC热敏电阻(负温度系数)的阻值，随温度上升而减小，PTC热敏电阻的阻值随温度上升而增大，金属热电阻的电阻率一般随温度上升而增大。

传感器是将非电学量转换为电学量的装置，请列举日常生活中见到的传感器。

解析：公路两旁的自动限制路灯开关的装置，楼道内的声控灯装置，有些汽车、电动车上安装的自动报警装置等。

1．核心元件

(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的。

(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成肯定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。

2．组成

传感器的一般工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按肯定规律转换成便于测量的量。一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。

eq\x(非电学物理量)―→eq\x(敏感元件)―→eq\x(转换元件)―→eq\x(转换电路)―→eq\x(电学量)―→eq\x(输出)

3．分类

传感器依据工作原理的不同可以分为以下三类：

分类

工作原理

举例

物理传

感器

利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息

压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等

化学传

感器

利用化学反应识别和检测信息

气敏传感器、湿敏传感器等

生物传

感器

利用生物化学反应识别和检测信号

酶传感器、组织传感器、细胞传感器等

[典例1]全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车平安行驶和驾驶员平安的举措之一，为仿照汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或改变多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中运用了一只电压表(图中没有画出)，通过视察电压表示数，可以了解油量状况，你认为电压表应当接在图中的________两点之间，依据你的接法请回答：当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(填“增大”或“减小”)。

[思路探究]

eq\x(变阻器的连接方式)―→eq\x(电阻改变)―→eq\x(电流改变)―→eq\x(电压改变)

[解析]由题图可知当油箱内液面高度改变时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的改变，且当R′?R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量削减时，电压表示数将增大。

[答案]b、c增大

1．传感器是将能感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，在自动限制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的改变状况就能反映出液面高度h的凹凸状况，则两者的关系是()

①C增大表示h增大②C增大表示h减小

③C减小表示h减小④C减小表示h增大

A．只有①正确B．只有①、③正确

C．只有②正确D．只有②、④正确

解析：选B液面高度的改变，相当于电容器极板正对面积的改变。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小，B正确。

1．光敏电阻

(1)特点：光敏电阻一般由金属硫化物等半导体材料做成，当半导体