2024-2025学年人教版高中物理同步讲义：选修第二册 传感器（一）.pdfVIP

传感器

知识点一：常见传感器的工作原理及应用

一、传感器及其工作原理

1.传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等测量，并能把它们按照

一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出.通常是电压、电流等电学量,或转换为

电路的通断.

2.非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传

输、处理和控制.

3.传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成.

4.传感器应用的一般模式：

二、光敏电阻

光敏电阻在光照射时电阻发生变化，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.

三、金属热电阻和热敏电阻

1.金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作成遍

度传感器，称为热电阻.

2.热敏电阻：用半导体材料制成,氧化锦制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小一

四、电阻应变片

1.电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象.

2.电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,半导体电阻应变片的

工作原理是基于半导体材料的压阻效应.

3.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.

技巧点拨

一、传感器

1.传感器的核心元件

(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如

热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的.

(2)转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与测物理量成一定关系的非电信号转换成

电信号的电子元件.

(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电

流、电阻等.

2.传感器的工作原理

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

通常是电学量，如电压、电流、电荷量等.这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后

再输送给控制系统产生各种控制动作.传感器的工作原理如下所示：

非电学量I-I敏感元件|-I转换元件|T转换电路|

二、光敏电阻及其应用

i.光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，载流子增多，导电性能明

显增强，光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小.

2.光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小.它能够把光照强弱这个光学量转换为电

阻这个电学量.

三、金属热电阻和热敏电阻及其应用

1.金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如图5图线①所示.

2.热敏电阻

(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻.如下图线②所

示为某热敏电阻的电阻一温度特性曲线.

l-tlI

(2)热敏电阻分正温度系数和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温

度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻.常用的

是负温度系数热敏电阻.

例题精练

1.如图所示为一种自动高温报警器的原理图。在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下

说法正确的是()

A.温度升高至72℃时，Li亮灯报警

B.温度升高至72℃时，L2亮灯报警

C.温度升高至78℃时，Li亮灯报警

D.温度升高至78℃时，L2亮灯报警

【分析】要解答本题需掌握：①题干中该温度计的最小刻度值为2℃,直接根据液柱（或

所指示）的位置即可读出该点处的温度值，读数时要从绝对值小的示数向绝对值大的示

数读起；②电磁继电器由两部分构成：低压控制电路，工作电路；其实质是一个自动控

制开关。

【解答】解：当温度低于78℃，线圈中没有电流，此仅灯Li亮；当温度升高到78℃

，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警；温度升高至72℃

，线圈中没有电流，只是灯Li亮.