第六章 传感器分析

物理选修3—2第六章传感器

第一节传感器及其工作原理（1课时）

一、导学流程

课程导入：

在电子计算机广泛应用、在信息技术高速发展的今天，担负着信息采集任务的传

感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，例如常用的自动报警器、

电视遥控接收器、红外探测仪等都离不开传感器，试说明传感器是哪一类元件。

探究新知

（一）什么是传感器

如图6-1-1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁

B放在盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。盒子里有什么样的装置，

才能出现这样的现象？

（2）干簧管元件

电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件，它的工作原理是什么？

（3）传感器的定义

（4）说明：上面对传感器的定义，只有一种形象定义方法，并不是严格定义，

严格来说，

①广义定义：传感器是指能感知某一物理量、化学量或生物量等的信息，并能

将之转化为可以利用的信息的装置。

②狭义定义：感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信

息的装置。

③由于电信号易于保存、放大、计算、传输，且是计算机惟一能够直接处理的信

号，所以传感器的输出一般是电信号（如电流、电压、电阻、电感、电容、频率等）。

但不能认为输出的一定是电信号，传感器的快速发展，其品种已达数万，我们

今天学习的只是最基本的几种而已。

札记

札记（二）光敏电阻

（1）光敏特性实验

按图6-1-3所示，将一光敏电阻连入电路中，将多用

表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光

敏电阻两端相连，在欧姆挡上选择适当的倍率，观察表盘

所示光敏电阻的阻值；

①用手掌遮住光线，光敏电阻在暗环境中，电阻

值，上下移动手掌时，光敏电阻阻值明显。

②用强光照射电阻，电阻阻值很。

③换用普通电阻，去掉表面部分漆层，重做上述实验，没有上述现象发生，说

明普通电阻不具备光敏特性。

（2）试解释光敏电阻特性的原因

例1：图6-1-4所示，是利用光敏电阻自动计数（数传送带上的物体）的示意图，

其中A是发光仪器，B是接收信号的仪器，B中的主要元件是光电传感器——光敏

电阻，试说明计数原理。

（三）热敏电阻和金属热电阻

（1）什么是金属热电阻？它常用什么材料制作？

（2）什么是热敏电阻？它常用什么材料制作？

（3）说说金属热电阻和热敏电阻的相同点与不同点。

例2：按图6-1-5所示将一热敏电阻连入电路中，将多用电表的选择开关置于“欧

姆”挡，再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连，将热敏电阻放入有少量冷

水并插有温度计的烧杯中，在欧姆挡上选择适当的倍率，观察表盘所示热敏电阻的

阻值；再分几次向烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值，说说这个热

敏电阻的阻值是如何随温度变化的。

（四）霍尔元件

在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件，如图所示，在E 、F 间通以恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则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，使M 、N 间出现了电压，称为霍尔电压U H 。

可以证明d

IB K

U H 式中d 为 ，K 为 ，它的大小与薄片的材料有关。

一个霍尔元件的d 、K 为定值，再保持I 恒定，则H U 的变化应与B 正比。 霍尔元件能够把 这个磁学量转换为 这个电学量。

例3：在上图中，从相对的两个极E 、F 接出两条导线，与限流电阻及电流计串联后接到干电池上，调整电阻使通入的电流约为10mA ，将另一对电极M 、N 接到多用表的200mV 直流电压挡上。

将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，即写有字符的表面，将会看到霍尔电压怎样变化？用另一个磁极去接近，又会看到什么现象？改变磁感线与霍尔元件工作面夹角，再次观察这个电压的变化，并解释发生的现象。

二、巩固练习：

第60页问题与练习1. 2

1．如图6-1-7所示，为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电流计（零刻度在中间）和电源串联成闭合电路，当压力F 作用于可动膜上电极上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，那么从恒定压力开始作用到膜片

形态稳定过程中，灵敏电流计指针偏转情况应是（设电流从电流计“十”接线柱流入时，指针向右偏转。）（ ）

A ．向右偏转，然后又回到零刻线处

B ．向左偏转，然后又回到零刻线处

C ．向右偏转到某一刻度处静止不动

D ．向左偏转到某一刻度处静止不动 2．家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC.PTC 元件是由钛酸钠等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图6-1-8所示，由于这种特性，因此，PTC 元件具有发热、控温双重功能，对此，下列判断正确的是（ ）

A ．通电后，其功率先增大后减小

B ．通电后，其功率先减小后增大

C ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在1t 或2t 不变

D ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在1t ～2t 的某一值不变

札 记

3．图6-1-9是一种通过测量电容器电容的变化，

来检验液面高低的仪器原理图（这种仪器的优点是将

非电学量的变化转化为电信号，使测量自动化），容

器中装有导电液体，是电容器的一个电极；中间的芯

柱是电容器的另一个电极，芯柱外面套有绝缘管（塑

料或橡皮）作为电介质，电容器的两个电极分别用导

线接到指示器上，指示器显示的是电容的大小，于是

从电容的大小就可以知道容器中液面位置的高低。

（1）如果指示器显示出电容增大了，则液面将升高还是降低，其原因是什么？

（2）如果指示器显示出电容减小了，则液面又将如何变化？

4．如图6-1-10所示，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质随之在电容器

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？

5．如图6-1-11所示为温度警报灯的示意图，试叙述其基本工作原理，如果要改

变报警温度，应如何调节？

三、本节小结：

札记