全优课堂高中物理第3章传感器第3节传感器的应用课件粤教版选修3212231110
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物理传感器应用问题的分析思路 1．传感器应用(yìngyòng)过程分析 传感器的应用(yìngyòng)过程分为三个步骤： (1)信息采集． (2)信息加工、放大、传输． (3)利用所获得的信息执行某种操作．
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2．分析传感器问题要注意(zhùyì)的三点 (1)传感器感受的是哪种物理量．传感器感受到的物理量主要 有：力、热、磁、光等． (2)敏感元件有何特性，敏感元件怎样将所感受到的物理量转 换为电学量． 敏感元件各不相同，但都是对某种物理量敏感，并直接或通过 电路将所感受到的信息转换为电学量，在分析中既要注意(zhù yì) 元件的敏感特性，又要注意(zhù yì)电路特点，要明确转换前后非 电学量与电学量间的定量关系． (3)执行机构怎样根据传感器所提供的电学信息进行工作． 传感器的应用，不仅包含非电学量向电学量的转化过程，还包 含根据所获信息控制执行机构进行工作的过程．
第二十四页，共34页。
2．(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的 是( )
A．常温时上下触点是接触的 B．双金属片温度(wēndù)升高时，上金属片形变较大，双 金属片将向下弯曲
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C．原来温度(wēndù)控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断 开电源，应使调温旋钮下移一些
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为什么人们(rén men)说传感器就像人的眼睛、耳朵？ 【答案】从感知外界信息角度理解，人的眼睛、耳朵不断 为我们收集外界信息，并通过神经系统将信号传送到大脑，而 传感器的敏感元件，也感受外界的相关变化，并将其转化为电 信号，传送给下一级装置分析、执行.
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课堂·优化整合
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例 1 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位 同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原 理(yuánlǐ)如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车 上，中间放置一个绝缘重球，小车向右做直线运动过程中，电 流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )
甲
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►题后反思 小车运动 球对压敏电阻 压敏电阻的 电流表的 状态变化 → 的压力变化 → 阻值变化 → 示数变化
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1．(2016·青浦一模)酒精(jiǔjīng)测试仪用于对机动车驾驶 人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利 用 的 是 一 种 二 氧 化 锡 半 导 体 型 酒 精 (jiǔjīng) 气 体 传 感 器 ． 酒 精 (jiǔjīng)气体传感器的电阻随酒精(jiǔjīng)气体浓度的变化而变 化，在如图所示的电路中，不同的酒精(jiǔjīng)气体浓度对应着 传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精(jiǔjīng)气 体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精(jiǔjīng)气体 传感器电阻r′的倒数与酒精(jiǔjīng)气体的浓度c成正比，那么， 电压表示数U与酒精(jiǔjīng)气体浓度c之间的对应关系正确的是 ()
3．光敏传感器的应用：____电__子__秤____. 4．压力传感器的应用：____________.
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二、农业生产中的传感器 传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过
程的自动控制，例如： 1．无人管理的自动灌溉系统，用到了___温__度_传(w感ēn器dù．) 2．自动化温室种植用到了__温__度__传感器． 3．现代粮库(liánɡ k温ù)度采用了______温传度感(器wē和nd_ù_)____传感
根据欧姆定律得：RU0＝R0＋r′E＋r＋R，② 由①②整理得：U＝R0＋kE1cR＋0 r＋R， 由数学知识知，U 越大，c 越大，但两者不成正比．故 D 正确．
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传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成． (2) 作 用 ： 将 物 体 的 形 变 这 个 力 学 量 转 换 为 电 压 这 个 电 学 量，方便测量、处理(chǔlǐ)和控制． 2．温度传感器的应用 (1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均 可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动 控制．
第十二页，共34页。
①以力传感器为例： 传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转化为电 压、电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进 行某种操作(如借助继电器控制电路通断，借助仪表进行显示 等)． ②以光传感器为例： 光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等)通过(tōngguò) 敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转化为电阻、电流 等电学量，然后经过放大，传输到执行机构后执行某种操作．
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(2)电饭锅：它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌 和氧化铁粉末(fěnmò)混合烧结而成的．
它的特点是：常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，但是温 度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．
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3．光传感器的应用——火灾报警器 如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警 器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电 三极管和不透明的挡板(dǎnɡ bǎn)．平时，光电三极管收不到 LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射 作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感 器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
第八页，共34页。
四、飞向太空的传感器 1．航空中，飞机能利用传感器给出所在高度与___给_定__(_ɡ_ě的i dìnɡ) 差值． 2．运载火箭、载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和 ___遥__控_系(y统áo使kò用ng．) 载人飞船中还使用了一类测量(cèliáng)航天员 各种生理状况生的理______传感器．
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红外线传感器的应用 红外线传感器在科学技术和现代生活中有着广泛的应用， 它是光传感器的一种，常见应用包括光计数、光计时、光测 量、光控制等． 1．红外线传感器的工作原理(yuánlǐ) 任何物质，只要它具有一定的温度(高于绝对零度)都能辐射 红外线；且温度不同的物体辐射出的红外线波长不同，探测器 的敏感元件接收到物体发出的红外线，并将其转化成电压信号 输出，便可驱动各种控制电路工作．
乙
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动～ t2 时 间 内 电 流 I 均 匀 增 大，所以压敏电阻所受的压力增大，故小车做加速度增大的变 加速运动(jiā sùyùn dònɡ)．t2～t3时间内，电流不变，说明小车 做匀加速直线运动，故D正确． 答案：D
第三节 传感器的应用(yìngyòng)
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课前·自主学习
1．(多选)传感器担负(dānfù)着信息采集的任务，其工作过 程可能是( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量 B．将热学量转变成电学量 C．将电学量转变成光学量 D．将电学量转变成力学量 【答案】AB
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2．光敏电阻的阻值随着入射光强度的增加而________．由 于它对光照比较敏感，所以它可以作________传感器．
【答案】减小 光电 3．金属的电阻率随温度的升高而________．用金属丝可以 制作________传感器，称为________． 【答案】增大(zēnɡ dà) 温度 热电阻 4．与金属不同的是，有些半导体的导电能力随温度的升高 而________，故可以用半导体材料制作________． 【答案】增强 热敏电阻
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例 2 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升 降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电 路(diànlù)中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表 的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是
()
甲
乙
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A．0～t1时间内，升降机一定(yīdìng)匀速运动 B．0～t1时间内，升降机可能减速上升 C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升 D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升 解析：在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒 定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀 速运动或匀变速直线运动，故A选项错误，B选项正确；t1～t2 时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对 压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动， C、D两项都错． 答案：B
第三页，共34页。
5．与热敏电阻相比，金属热电阻的________________好， 测温范围________，但________较差．
【答案】化学稳定性 大 灵敏度 6．半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的 ________获得能量(néngliàng)成为______________，同时也形成 更多的________，于是________明显地增强． 【答案】电子 自由电子 空穴 导电性 7 ． 电 熨 斗 装 有 __________________________________ ________________传感器，其作用是____________________. 【答案】双金属片温度 控制电路的通断
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调 温旋钮下移一些
【答案】ABD 【解析】常温工作时，上下触点是接通的，当温度(wēndù) 升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝 绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，提高切断温度(wēndù)， 则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
第十七页，共34页。
A．U越大，表示(biǎoshì)c越小，c与U成反比 B．U越大，表示(biǎoshì)c越小，但c与U不成反比 C．U越大，表示(biǎoshì)c越大，c与U成正比 D．U越大，表示(biǎoshì)c越大，但c与U不成正比 【答案】D
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【解析】酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压 表测 R0 两端的电压．根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精 气体的浓度成正比，得：r′1 ＝kc(k 是比例系数)，①
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2．红外线传感器的构成
光学系统透反射射式式 红外线传感器检测元件热光敏敏检检测测元元件件，，如如热光敏敏电电阻阻 转换电路 3．红外线传感器的应用 红外线传感器常用于无接触温度测量、生命探测、火情 (huǒ qínɡ)监控等，在气象预报、卫星遥感、医学、军事等领域 都有广泛应用．
__微__波__炉____、_空__调__机___、消毒碗柜等与温度(wēndù)相关的家用
电器．
自动门
家电(jiā diàn)遥控器
2 ． 红 外 线非控接制触器(ji的ēch应ù用)红：外_测__温__仪____ 、 ______________ 、
生命探测仪、_________________照_以相及机防盗、防火报警器等．
第四页，共34页。
8 ． 温 度 传 感 器 的 核 心 (héxīn) 元 件 是 ______________________，它具有将________转化为________的 性质．
【答案】热敏电阻 温度 电阻
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一、生活中的传感器
1 ． 温 度 (wēndù) 传 感 器 的 应 用 ： 电 饭 煲 、 _电__冰__箱___ 、
器．
第七页，共34页。
三、工业生产中的传感器 1．机器人、__自__动__化__小__车__(x、iǎ_o自_ch_ē动_)_(_z_ì_d，òn各g)机种床自动生产线或 者系统(xìtǒng)中，用到了各种传感器． 2．生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现 _____安__全__隐__患_． 3．自动控制系统(xìtǒng)中的检测环节，用传感器对被控对 象进行精_确_检__测________．
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2．分析传感器问题要注意(zhùyì)的三点 (1)传感器感受的是哪种物理量．传感器感受到的物理量主要 有：力、热、磁、光等． (2)敏感元件有何特性，敏感元件怎样将所感受到的物理量转 换为电学量． 敏感元件各不相同，但都是对某种物理量敏感，并直接或通过 电路将所感受到的信息转换为电学量，在分析中既要注意(zhù yì) 元件的敏感特性，又要注意(zhù yì)电路特点，要明确转换前后非 电学量与电学量间的定量关系． (3)执行机构怎样根据传感器所提供的电学信息进行工作． 传感器的应用，不仅包含非电学量向电学量的转化过程，还包 含根据所获信息控制执行机构进行工作的过程．
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2．(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的 是( )
A．常温时上下触点是接触的 B．双金属片温度(wēndù)升高时，上金属片形变较大，双 金属片将向下弯曲
第二十五页，共34页。
C．原来温度(wēndù)控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断 开电源，应使调温旋钮下移一些
第九页，共34页。
为什么人们(rén men)说传感器就像人的眼睛、耳朵？ 【答案】从感知外界信息角度理解，人的眼睛、耳朵不断 为我们收集外界信息，并通过神经系统将信号传送到大脑，而 传感器的敏感元件，也感受外界的相关变化，并将其转化为电 信号，传送给下一级装置分析、执行.
第十页，共34页。
课堂·优化整合
第十三页，共34页。
例 1 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位 同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原 理(yuánlǐ)如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车 上，中间放置一个绝缘重球，小车向右做直线运动过程中，电 流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )
甲
第十四页，共34页。
第十五页，共34页。
►题后反思 小车运动 球对压敏电阻 压敏电阻的 电流表的 状态变化 → 的压力变化 → 阻值变化 → 示数变化
第十六页，共34页。
1．(2016·青浦一模)酒精(jiǔjīng)测试仪用于对机动车驾驶 人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利 用 的 是 一 种 二 氧 化 锡 半 导 体 型 酒 精 (jiǔjīng) 气 体 传 感 器 ． 酒 精 (jiǔjīng)气体传感器的电阻随酒精(jiǔjīng)气体浓度的变化而变 化，在如图所示的电路中，不同的酒精(jiǔjīng)气体浓度对应着 传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精(jiǔjīng)气 体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精(jiǔjīng)气体 传感器电阻r′的倒数与酒精(jiǔjīng)气体的浓度c成正比，那么， 电压表示数U与酒精(jiǔjīng)气体浓度c之间的对应关系正确的是 ()
3．光敏传感器的应用：____电__子__秤____. 4．压力传感器的应用：____________.
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二、农业生产中的传感器 传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过
程的自动控制，例如： 1．无人管理的自动灌溉系统，用到了___温__度_传(w感ēn器dù．) 2．自动化温室种植用到了__温__度__传感器． 3．现代粮库(liánɡ k温ù)度采用了______温传度感(器wē和nd_ù_)____传感
根据欧姆定律得：RU0＝R0＋r′E＋r＋R，② 由①②整理得：U＝R0＋kE1cR＋0 r＋R， 由数学知识知，U 越大，c 越大，但两者不成正比．故 D 正确．
第十九页，共34页。
传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成． (2) 作 用 ： 将 物 体 的 形 变 这 个 力 学 量 转 换 为 电 压 这 个 电 学 量，方便测量、处理(chǔlǐ)和控制． 2．温度传感器的应用 (1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均 可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动 控制．
第十二页，共34页。
①以力传感器为例： 传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转化为电 压、电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进 行某种操作(如借助继电器控制电路通断，借助仪表进行显示 等)． ②以光传感器为例： 光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等)通过(tōngguò) 敏感元件(如光敏电阻、光电池等)将光的信息转化为电阻、电流 等电学量，然后经过放大，传输到执行机构后执行某种操作．
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(2)电饭锅：它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌 和氧化铁粉末(fěnmò)混合烧结而成的．
它的特点是：常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，但是温 度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．
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3．光传感器的应用——火灾报警器 如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警 器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电 三极管和不透明的挡板(dǎnɡ bǎn)．平时，光电三极管收不到 LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射 作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感 器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
第八页，共34页。
四、飞向太空的传感器 1．航空中，飞机能利用传感器给出所在高度与___给_定__(_ɡ_ě的i dìnɡ) 差值． 2．运载火箭、载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和 ___遥__控_系(y统áo使kò用ng．) 载人飞船中还使用了一类测量(cèliáng)航天员 各种生理状况生的理______传感器．
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红外线传感器的应用 红外线传感器在科学技术和现代生活中有着广泛的应用， 它是光传感器的一种，常见应用包括光计数、光计时、光测 量、光控制等． 1．红外线传感器的工作原理(yuánlǐ) 任何物质，只要它具有一定的温度(高于绝对零度)都能辐射 红外线；且温度不同的物体辐射出的红外线波长不同，探测器 的敏感元件接收到物体发出的红外线，并将其转化成电压信号 输出，便可驱动各种控制电路工作．
乙
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动～ t2 时 间 内 电 流 I 均 匀 增 大，所以压敏电阻所受的压力增大，故小车做加速度增大的变 加速运动(jiā sùyùn dònɡ)．t2～t3时间内，电流不变，说明小车 做匀加速直线运动，故D正确． 答案：D
第三节 传感器的应用(yìngyòng)
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课前·自主学习
1．(多选)传感器担负(dānfù)着信息采集的任务，其工作过 程可能是( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量 B．将热学量转变成电学量 C．将电学量转变成光学量 D．将电学量转变成力学量 【答案】AB
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2．光敏电阻的阻值随着入射光强度的增加而________．由 于它对光照比较敏感，所以它可以作________传感器．
【答案】减小 光电 3．金属的电阻率随温度的升高而________．用金属丝可以 制作________传感器，称为________． 【答案】增大(zēnɡ dà) 温度 热电阻 4．与金属不同的是，有些半导体的导电能力随温度的升高 而________，故可以用半导体材料制作________． 【答案】增强 热敏电阻
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例 2 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升 降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电 路(diànlù)中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表 的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是
()
甲
乙
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A．0～t1时间内，升降机一定(yīdìng)匀速运动 B．0～t1时间内，升降机可能减速上升 C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升 D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升 解析：在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒 定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀 速运动或匀变速直线运动，故A选项错误，B选项正确；t1～t2 时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对 压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动， C、D两项都错． 答案：B
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5．与热敏电阻相比，金属热电阻的________________好， 测温范围________，但________较差．
【答案】化学稳定性 大 灵敏度 6．半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的 ________获得能量(néngliàng)成为______________，同时也形成 更多的________，于是________明显地增强． 【答案】电子 自由电子 空穴 导电性 7 ． 电 熨 斗 装 有 __________________________________ ________________传感器，其作用是____________________. 【答案】双金属片温度 控制电路的通断
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调 温旋钮下移一些
【答案】ABD 【解析】常温工作时，上下触点是接通的，当温度(wēndù) 升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝 绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，提高切断温度(wēndù)， 则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
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A．U越大，表示(biǎoshì)c越小，c与U成反比 B．U越大，表示(biǎoshì)c越小，但c与U不成反比 C．U越大，表示(biǎoshì)c越大，c与U成正比 D．U越大，表示(biǎoshì)c越大，但c与U不成正比 【答案】D
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【解析】酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压 表测 R0 两端的电压．根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精 气体的浓度成正比，得：r′1 ＝kc(k 是比例系数)，①
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2．红外线传感器的构成
光学系统透反射射式式 红外线传感器检测元件热光敏敏检检测测元元件件，，如如热光敏敏电电阻阻 转换电路 3．红外线传感器的应用 红外线传感器常用于无接触温度测量、生命探测、火情 (huǒ qínɡ)监控等，在气象预报、卫星遥感、医学、军事等领域 都有广泛应用．
__微__波__炉____、_空__调__机___、消毒碗柜等与温度(wēndù)相关的家用
电器．
自动门
家电(jiā diàn)遥控器
2 ． 红 外 线非控接制触器(ji的ēch应ù用)红：外_测__温__仪____ 、 ______________ 、
生命探测仪、_________________照_以相及机防盗、防火报警器等．
第四页，共34页。
8 ． 温 度 传 感 器 的 核 心 (héxīn) 元 件 是 ______________________，它具有将________转化为________的 性质．
【答案】热敏电阻 温度 电阻
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一、生活中的传感器
1 ． 温 度 (wēndù) 传 感 器 的 应 用 ： 电 饭 煲 、 _电__冰__箱___ 、
器．
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三、工业生产中的传感器 1．机器人、__自__动__化__小__车__(x、iǎ_o自_ch_ē动_)_(_z_ì_d，òn各g)机种床自动生产线或 者系统(xìtǒng)中，用到了各种传感器． 2．生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发现 _____安__全__隐__患_． 3．自动控制系统(xìtǒng)中的检测环节，用传感器对被控对 象进行精_确_检__测________．