人教版高二物理选修：传感器及其工作原理

人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
推导霍尔电压的公式
设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平
均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电
流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为
I nqadv ①
载流子在磁场中受到的洛伦兹力 f qvB
电子秤
电磁流量计
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
2、光敏电阻（光电传感器）
（1）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉 （CdS）是一种半导体材料，无光照时，载流子极 少，导电性能不好；光照增强，载流子增多，导电 性能变好。 （2）光敏电阻将光学量（光照强度）转化为电学 量（电阻）。
§6.1传感器及其工作原理
防盗报警器
报警器里面用了一个干簧管，干簧管可以感 知磁场而接通或断开电路。
1、什么是传感器?
传感器是指这样一些元件：它能够感受诸 如力、温度、光、声、化学成分等非电学量， 并能把它们按照一定规律转换为电压、电流 等电学量，或转换为电路的通断。
传
非电学量
感
角度
器
位移
速度
载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差
载流子受到的电场力为 F q U H a
当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 qvB q U H ②
由①②式得
UH
IB nqd
③
a
式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。
令 k 1 nq
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
加速度
压力
温度
湿度
声强
光照强度
………
电学量
电压 电流
电阻
电容
传感器的种类
（按感受信息的学科特点不同）
物理传感器、化学传感器、生物传感器
物理传感器：用于完成视觉、听觉、触觉 功能的传感器，其接受的是光、声波、压 力等的物理信息。
化学传感器或生物传感器：代替嗅觉、味 觉功能的传感器。
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
（1）导电性能与温度的变化关系。R 半导体材料的导电性能随温度升
高而变好（电阻率随温度升高而 减小）；
金属导线
金属导体的导电性能随温度升高 而降低（电阻率随温度升高而增 O 大）。
热敏电阻
T
（2）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。
（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量(温 度)转化为电阻这个电学量。
例题2.下图是一个温度传感器的原理示意图,Rt是一 个热敏电阻器。试说明传感器是如何把温度值转变
为电信号的。
Rt
R
V
【解答】温度升高或降低导致Rt阻值发生变化，使电路中 电流也发生变化，导致R上的电压也发生改变，因此电压 表读数将会发生变化，从而就将温度的化转变为电信号。
机油压力传感器
超声波传感器
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
风速传感器
色标传感器
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
全自动血压机
自动旋转门
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
离子感烟器
明火探测器 温度传感器
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
光电传感器
湿度传感器
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
则上式可写为
UH
k IB d
④
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
动圈式话筒
电容式话筒
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
电熨斗 电饭锅
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
例题1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L 是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度
增大时，（ ABC ）
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大
3、热敏电阻和金属热电阻
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
电容式位移传感器把力学量（位移） 转换为电学量（电容）。
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
5、霍尔元件（磁传感器）
I
（1）材料：半导体 如：砷化铟
（2ห้องสมุดไป่ตู้工作原理：
（3）霍尔电压:
4、电容式传感器
（1）测定角度θ
动片 θ
（2）测定液面高度h
金属芯线 电介质
定片
导电液体
（3）测定压力F
固定电极
可动电极
（4）测定位移x 极板 电介质
待测压力F
x
极板
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板 被测物体
示意图
UH
k
IB d
F
C
D
EB
UH
霍尔元件工作原理图
K为比例系数，称为霍尔系数，其大小与元件的材料有关。 一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH 的变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。
霍尔元件把磁学量（磁感应强度）转换为电学量（电压）。
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1 传感器及其工作原理(共19张PPT)
1、传感器：
小结
传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、 声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换 为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
2、传感器的工作原理： 非电学量 敏感元件 转换器件
转换电路 电学量
3、敏感元件： （1）光敏电阻（光电传感器） （2）热敏电阻和热电阻（ 温度传感器） （3）电容式传感器（位移传感器） （4）霍尔元件（磁传感器）