第三章 1 传感器-2 温度传感器和光传感器

1传感器

2温度传感器和光传感器

[学习目标] 1.知道什么是传感器，知道其将非电信息转换成电信息的意义.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．

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．组成：一般由敏感元件和处理电路组成．

(1)敏感元件：将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量，形成电信号．

(2)处理电路：将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量．3．敏感元件的原理

(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．

二、温度传感器

1．分类

(1)热双金属片温度传感器．

(2)热电阻传感器．

(3)热敏电阻传感器：

①NTC型：电阻值随温度升高而减小．

②PTC型：电阻值随温度升高而增大．

2．作用

将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量．

三、光传感器

1．原理：某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．作用：感知光线的变化或场景变换，使机器作出反应．

1．判断下列说法的正误．

(1)传感器可以把非电学量转化为电学量．(√)

(2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大．(×)

(3)干簧管可以感知磁场，接入电路，相当于开关的作用．(√)

(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小．(√)

2．如图1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，电流表的读数________(填“变大”或“变小”)，小灯泡________(填“变亮”或“变暗”)．

图1

答案变小变亮

一、传感器

当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？

答案人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门．

1．传感器的原理：

非电学量→传感器(敏感元件、处理电路)→电学量

2．在分析传感器时要明确：

(1)核心元件是什么；

(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；

(3)是如何显示或控制开关的．

例1(2018·扬州市邗江区高二下期中)关于传感器，下列说法正确的是()

A．所有传感器都是由半导体材料制成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的

D．水银温度计是一种传感器

答案 B

解析传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以A错误；金属材料也可以制成传感器，所以B正确；传感器是通过将非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误．

例2如图2所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时()

图2

A．电路中的电流减小，油箱内油面降低

B．电路中的电流减小，油箱内油面升高

C．电路中的电流增大，油箱内油面降低

D．电路中的电流增大，油箱内油面升高

答案 D

解析油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．

二、温度传感器

如图3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(温度升高，电阻减小)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，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？

图3

答案由于酒精挥发，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风

吹向热敏电阻，热敏电阻R T温度升高，电阻值减小，表针将向右偏．

1．温度传感器的作用：将温度的变化转换为电学量的变化．

2．常见的温度传感器

(1)热双金属片温度传感器

①原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属片变形，可控制电路的通断．

②应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等．

(2)热电阻传感器

①原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度t发生变化时，其电阻值按R＝R0(1＋θt)的规律变化(θ为温度系数，R0为t＝0 ℃时导体的电阻)．

②应用：测温度、测流量等．

(3)热敏电阻传感器

①原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化．

②应用：测温、温度控制或过热保护等．

③分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而增大．

负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而减小．

例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图4所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时()

图4

A．电容器C的带电荷量增大

B．电压表的读数增大

C．电容器C两极板间的电场强度减小

D．R1消耗的功率增大

答案AB

解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝E

R总

知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容