高中物理高二选修3-2学案：第三章_传感器1传感器_温度传感器和光传感器_word版有答案

学案1传感器温度传感器和光传感器

[学习目标定位] 1.知道传感器的定义，理解其工作原理.2.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理．

1．用多用电表测电阻时，首先选择欧姆挡，然后进行欧姆调零，指针指在表盘的中值附近测得的阻值较准

确．

2．电阻率ρ是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越小，导电性能越好，定义式为ρ＝RS

l

.

3．平行板电容器的电容C ＝εr S

4πkd

.

一、传感器

1．定义：把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置． 2．结构：由敏感元件和处理电路组成． 二、敏感元件的原理

敏感元件就其感知外界信息的原理而言，可分为如下几类： 1．物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应． 2．化学类：基于化学反应的原理．

3．生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能． 三、温度传感器

1．热双金属片温度传感器：针对热双金属片对温度的感知表现为形变的特性，常常用在温度控制装置中． 2．热电阻传感器：电阻与温度关系为R ＝R 0(1＋θt )． 3．热敏电阻传感器：

(1)NTC 热敏电阻：温度升高，电阻减小． (2)PTC 热敏电阻：温度升高，电阻增大． 四、光传感器

1．原理：有些金属或半导体材料在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化． 2．应用：光电式烟尘浓度计、光电式转速表.

一、传感器

[问题设计]

在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利，如马路上的路灯夜晚发光白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭；电冰箱启动后，会自动控制压缩机工作，使冰箱内保持所设定的低温……，这其中的“机关”是什么？

答案在这些电路中分别安装了不同的传感器．

[要点提炼]

1．各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量．

2．传感器的结构

电信息

――→→处理电路――→

3．敏感元件能直接感受非电信息，并把其变换成易于测量的物理量，形成电信号．常见的敏感元件有力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等．

4．处理电路能把微小的信号进行放大，并除去干扰信号，使敏感元件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的电学量．

二、敏感元件的原理

[问题设计]

1．如图1所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R t 的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在R t上擦一些酒精，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？

图1

答案由于酒精蒸发，热敏电阻R t温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻R t温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．

2．如图2所示连接电路．把磁铁靠近或远离干簧管，观察电路中所发生的现象．你认为干簧管起了什么作用？

图2

答案把磁铁靠近干簧管时，簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁．当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触，电路连通，灯亮．因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关．

[要点提炼]

1．热敏电阻是用半导体材料制成的，它具有电阻随温度灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量．2．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件，在电路中的作用就是个由磁场控制的开关．

三、温度传感器

[问题设计]

如图3所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属．

图3

(1)常温下，电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？

(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？

答案(1)常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．

(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．

[要点提炼]

1．热双金属片温度传感器是由两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后组成．它对温度的感知表现为热双金属片的形变，可以用它控制电路的通断．

2．热敏电阻：用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．

(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．

(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．

3．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．

4．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．

四、光传感器

1．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了红外光传感器．

2．在环境监测、火灾报警等装置中通常利用光电式烟尘浓度计工作．

3．在工农业生产、交通运输等行业中较多地采用光电式转速表进行转数的测量．

一、对传感器的认识

例1如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．

图4

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．在装置中使用了一只电压表(图