第三章 第2节 温度传感器和光传感器

第2节温度传感器和光传感器

学习目标核心提炼

1.了解双金属片、热电阻和热敏电阻传感器的特性和工作

原理。

两种传感器——温度2.知道光传感器的工作原理和实际应用。

传感器、光传感器3.体会温度传感器和光传感器如何将非电信息转化为电信

息以及在应用中的设计思路。

一、温度传感器

1.热双金属片温度传感器

(1)原理：不同金属的膨胀系数不同，将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体后，温度升高时，由于两面金属膨胀程度不同，双金属片受热变形，并且向膨胀系数小的一方弯曲。

(2)应用：日光灯启动器，电机过热保护器等。

2.热电阻传感器

(1)原理：金属丝的电阻随温度升高而增大。

(2)电阻与温度的关系：R＝R0(1＋θt)。

(3)应用：测温度、测流量。

3.热敏电阻传感器

(1)NTC热敏电阻：温度升高，电阻减小。常用于测温、温度控制或过热保护。在某个特定温度附近时电阻急剧变化，适用于制成热保护开关。

(2)PTC热敏电阻：温度升高，电阻增大。

思维拓展

热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小？

答案不是。正温度系数热敏电阻(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻(NTC)在温度升高时电阻值减小。

二、光传感器

1.作用：

光传感器是转换光信号的传感器。

2.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。

3.应用：自动门、光电式烟尘浓度计、光电式转速表。

思考判断

(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越大。(×)

(2)制作光敏电阻的材料是半导体，半导体是靠空穴和自由电子即载流子导电的。(√)

(3)半导体中的载流子随光照的增强而减少，导电能力也就随光照的增强而减弱。(×)

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

对敏感元件的认识

[要点归纳]

光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特点对比

元件特点

光敏电阻半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小

热敏

电阻

和金

属热

(1)热敏电阻：指用半导体材料制成，电阻值

电阻随温度变化发生明显变化的电阻。如图线①所示为某热敏电

阻的电阻—温度特性曲线。

(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如

图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。热敏电阻

或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，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，

而热敏电阻的灵敏度较好。

霍尔

元件

霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁

场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电

流和磁场都垂直的方向漂移，在两极上形成稳定的电压U H＝

kIB

d。

[精典示例]

[例1]如图1所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED距离不变，下列说法正确的是()

图1

A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大

B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小

C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变

D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变

解析当滑动触头P向左移动时，通过LED的电流变大，光照增强，光敏电阻R 变小，通过灯泡的电流变大，故L消耗的功率增大。同理，当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率减小。

答案 A

含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤

(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)变化是增大还是减小。

(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。

(3)分析部分电路的电压、电流如何变化。

[例2] (多选)如图2所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图所示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则()

图2

A.电势φa＞φb

B.电势φb＞φa

C.电流增大时，|φa－φb|增大

D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然一样

解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用而向b侧偏转，所以φa＞φb，选项A正确，

B错误；因|φa－φb|＝k IB

d

，所以电流增大时，|φa－φb|增大，选项C正确；若将铜

板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故选项D错误。

答案AC

[针对训练1] (多选)如图3所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()

图3

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

解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律I＝E

r＋R

知电路中的电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，选项A 正确，D错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故选项B正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，选项C正确。

答案ABC

热敏电阻的应用

[要点归纳]

1.金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。它能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而升高或降低。

2.热敏电阻

分类①负温度系数热敏电阻(NTC)：电阻值随温度升高而减小。

②正温度系数热敏电阻(PTC)：电阻值随温度升高而增大。

特点对温度变化的响应敏感、灵敏度高

应用测温、温度控制或过热保护

[精典示例]

[例3](2018·湖南衡阳期末)(多选)如图4甲所示，电阻R1的阻值为0.5R0，灯泡L的电阻值恒为R0，R2是热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图乙所示。已知电流表为理想电表，电源的内阻r＝R0。则下列说法中正确的是()