常见传感器的工作原理及应用(课件)高二物理(人教版2019选择性必修第二册)

当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象， 称为压阻效应。
四、电阻应变片——电子秤
2.应用实例——电子秤 电子秤使用的测力装置：力传感器 常见的一种力传感器： 应变片 金属梁
应变式力传感器
四、电阻应变片——电子秤
2.应用实例——电子秤
F
应变片
金属梁
应变片
汽车称重的地磅
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
UH
K
IB d
★霍尔传感器应用实例:
永久磁铁和 霍尔元件
①电动车加速器 位置→磁场→电压→控制器控制车速
②霍尔无刷电动机(直流电源)
位置→ 三传个感霍器尔→
三个 电压
控制器控制 → 三个线圈
中的电流
1．自主思考——判一判
(1)传感器可以直接用来进行自动控制。
(×)
(2)传感器可以用来采集信息。
(√)
一、光敏电阻
【实验步骤】 （1)将光敏电阻、多用电表、按图甲的方式连接好，其中多用电表置于“×100”挡； （2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； （3)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。 （4）用强光照射（如太阳光直接照射或拿亮度较大的手电筒、小灯泡等）观察多用电 表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。
实验结论
温度升高，热敏电阻的 阻值显 著减小。
三、热敏电阻
1.热敏电阻
R
o
T
电阻—温度特性曲线
特性：
热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小__，具有负温度系数
三、热敏电阻
2、金属热电阻和热敏电阻 （1）金属热电阻： 规律：电阻随温度的升高而增大。 （2）热敏电阻： 规律：电阻随温度的升高而减小。
温度 → 电阻
电阻随温度的变化关系
三、热敏电阻
3.应用实例——低油位报警装置
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出
的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，
指示灯不亮。
液位报警示意图
当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它 的温度上升、阻值较小，指示灯亮。
(3)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 (×)
(4)鼠标是力传感器。
(×)
(5)电吉他是光电传感器。
(×)
(6)火灾报警器是温度传感器。
(×)
牛刀小试
1. 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，
当温度降低时( C )
A. R1两端的电压增大 B. 电流表的示数增大 C. 小灯泡的亮度变强 D. 小灯泡的亮度变弱
二、金属热电阻
金属热电阻
R
铂电阻
o
T
电阻—温度特性曲线
规 律： 电阻随温度的升高而增大。
优缺点：
常用的一种热电阻是用铂制 作的，可用来做 电阻温度计。
热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热
电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。
二、金属热电阻
二、金属热电阻
金属热电阻的应用：
变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
四、电阻应变片——电子秤
2.应用实例——电子秤
磅体
压力传感器
接线管
仪表盘
思考与讨论
如图所示，当被测物体在左、右方向发生 位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移 动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位 置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？
定片
导电液体
金属芯线 电介质
（2）改变d：测量压力F
固定电极 可动电极
待测压力F
（3）改变ε：测量位移x
电容器极板
电介质板
x
被测物体
电容式位移传感器
电子秤
隔离膜压力传感器
陶瓷压力传感器
洛伦兹力等于电场力：
q UH qBv b
电流微观表达式： 联立得：
I nq(bd)v
UH
IB nqd
令
K
1 nq
§5.2 常见传感器的工作原理及应用
我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并 把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的传感 器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感 元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
一、光敏电阻
1.光敏电阻的制作
硫化镉 光强——电阻率小
如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警 戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走， 温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮 （图甲）。
当液体减少、热敏电阻露出液面时， 发热导致它的温度上升、阻值较小，指 示灯亮（图乙）。
根据电容的定义式 C Q ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用
U
静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量 转换为电容这个电学量。
C S S 4 kd d
角度、深度 位移、压力
电容 传感器
电容
（1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等
动片
θ
牛刀小试
4. 下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是（ A ）
A. 用遥控器控制电视机的开关 B. 走廊照明灯的声控开关 C. 自动洗衣机中的压力传感装置 D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
传感器的应用，下列说法中正确的是（ A ）
A. 自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力 传感器
B. 走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器 C. 发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号 D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
S
Ei
S i
S i
S
S
i
i
空穴 自由电子
S
S
i
i
S
S
i
i
温度提高，一些电子挣脱原子核的束缚 变为自由电子。
而电子原来的位置就变为空穴，这些空 穴相当于带正电荷的粒子
一旦半导体接进电路，形成电场，自由 电子沿着空穴前进，相当于正负电荷都在移 动形成电流
温度越高，挣脱的自由电子就越多，导 电能力越强。
一、光敏电阻
【数据处理】根据记录数据分析光敏电阻的特性。
环境
1
2
3
4
5
6
7
阻值（）
一、光敏电阻
光敏电阻实物图
光照情况 电阻阻值
光学量
受光表面暴露 电阻小
→
受光表面遮住 电阻大
电阻
一、光敏电阻
光敏电阻
特性： 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。
一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。
为什么半导体材料对温度更敏感？
光弱——电阻率大
光敏电阻 把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再 用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。
一、光敏电阻
2.光敏电阻的特性与原理
实 验 观察光敏电阻特性
【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加 而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照 射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电 阻与光强的关系。 【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
三、热敏电阻 观察热敏电阻特性
将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然 后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。 分别用手和冷水改变热敏电阻 的温度，观察电阻的变 化情况。
三、热敏电阻
实验现象
热敏电阻放温水后， 电流表读数明显增大，
牛刀小试
2. 下列说法不正确的是( D ) A. 电熨斗中的双金属片是温度传感器 B. 金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差 C. 霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传 感器 D. 热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
牛刀小试
3. 目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于
油位高→电阻大→灯不亮
油位低→电阻小→灯亮
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
四、电阻应变片——电子秤
四、电阻应变片——电子秤
四、电阻应变片——电子秤
1.原理与特性
①金属电阻应变片
R L
S
拉力→L变长→S变小→电阻变大
金属的电阻应变效应
压力→L变短→S变大→电阻变小
②半导体电阻应变片Fra bibliotek光敏电阻工作原理：光照增强 半导体材料中的载流子（自由电
子和空穴）浓度增加
材料的电阻率减小
你挡住电梯门时，为什么门就自动打开，松手后又自动关闭？
一、光敏电阻
3.光敏电阻的应用 ——计数器
A是发光仪器 B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、电压低 有物品、挡光、电阻大、电压高 这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自 动计数的功能。