2019-2020学年高中物理 第6章 传感器 第1节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2

第1节传感器及其工作原理固知识、要点梳理要点一传感器1．定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等1__________量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等2__________量，或转换为电路的3__________的元件．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行4_________、传输、处理和5_________．非电学电学通断测量控制3．传感器的组成和工作流程：(1)传感器的组成①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等．(2)传感器的工作流程1．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做成的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．以上说法都不正确解析：选B大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻．传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”，故只有B正确．2.(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化．关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的解析：选CD干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作开关来使用，作为控制元件以实现自动控制的．故C、D正确．要点二常用的敏感元件1．光敏电阻(1)定义光敏电阻是一种电阻值随射入光的6__________而改变的电阻器．强弱(2)工作原理光敏电阻主要材料是硫化镉，硫化镉是一种7__________材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好．(3)作用光敏电阻能够把8__________这个光学量转换为9________这个电学量．(4)应用自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理．半导体光照强弱电阻2．热敏电阻和金属热电阻(1)热敏电阻①定义利用10__________变化使半导体的导电性能发生显著变化的特性制成的电子元件．温度②工作原理半导体在温度升高时，电阻率随温度的升高而11__________，导电能力增强．③特点化学稳定性差，灵敏度高．减小(2)金属热电阻①定义根据金属的电阻率随温度的升高而12__________，利用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻．②工作原理金属的电阻率随温度的升高而增大．增大③特点金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较13__________．(3)热敏电阻或金属热电阻能够把14__________这个热学量转换为15__________这个电学量．差温度电阻3．霍尔元件(1)定义霍尔元件是利用16__________制成的新型磁敏元件．霍尔传感器是由霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电路构成的．霍尔效应(2)工作原理如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝17kIBd.(3)作用霍尔元件能感应18__________等物理量，能够把磁感应强度这个磁学量转换为19__________这个电学量．具有体积小、灵敏度高、无磨损、功耗低等优点，被广泛应用于录、放像机等电路中．磁感应强度电压3．(多选)关于光敏电阻，下列说法正确的是()A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B．硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差C．硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能良好D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好解析：选ABD对光敏电阻，光照强度变化时，电阻值随之变化，A正确；对半导体材料的硫化镉，无光照时，载流子极少，导电性能差，光照增强时，载流子明显增多，导电性能变好，B、D正确，C错误．4．(多选)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是()A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小B．受热后，电阻基本不变C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高D．以上说法都不对解析：选AC负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高．解析：选B霍尔电压U＝kIBd，它是把磁感应强度这个非电学量转换为电压这个电学量，故B正确．5．霍尔元件能转换哪两个量()A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C．把力转换为电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量要点三电容式传感器1．电容器的电容决定于极板的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素．如果某个物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种电容器称为电容式传感器．2．电容式传感器是一多功能传感器，可把压力、转角、位移、压强、声音等非电学量转换为电容这一电学量，分析原理时，关键要搞清是哪个非电学量转换为电容，然后结合电容的决定式来分析．6．(多选)传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域，下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极板间正对面积而引起电容变化的是()解析：选ACA图中通过转动动片来改变正对面积，改变电容，A选项正确；B图中是通过加入电介质来改变电容的，B选项错误；C图中是通过导电液体深度的变化来改变正对面积，改变电容的，C选项正确；D图中是通过压力的变化来改变极板间距来改变电容的，D选项错误．7．(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．在膜片向右运动的过程中()A．电容变大B．电容变小C．导线AB中有向左的电流D．导线AB中有向右的电流解析：选AC声波使膜片向右振动，MN间距减小，电容变大，A正确，B错误；MN间的电压不变，由Q＝CU知Q变大，继续充电，则导线AB中有向左的电流，C正确，D错误．8．如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)()A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不动D．向左偏到某一刻度后不动解析：选A压力F作用时，极板间距d变小，由C＝εrS4πkd，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针向右偏．F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．故选A.