1傳感器溫度傳感器和光傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道傳感器的定義，理解其工作原理.2.了解熱敏電阻、敏感元件的特性.3.了解幾種溫度傳感器及光傳感器的原理1用多用電表測電阻時，首先選擇歐姆擋，然后進(jìn)行歐姆調(diào)零，指針指在表盤的中值附近測得的阻值較準(zhǔn)確2電阻率是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率越小，導(dǎo)電性能越好，定義式為.3平行板電容器的電容C.一、傳感器1定義：把被測的非電信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置2結(jié)構(gòu)：由敏感元件和處理電路組成二、敏感元件的原理敏感元件就其感知外界信息的原理而言，可分為如下幾類：1物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應(yīng)2化學(xué)類：基于化學(xué)反應(yīng)的原理3生物類：基于酶、抗體和激素等分子識別功能三、溫度傳感器1熱雙金屬片溫度傳感器：針對熱雙金屬片對溫度的感知表現(xiàn)為形變的特性，常常用在溫度控制裝置中2熱電阻傳感器：電阻與溫度關(guān)系為RR0(1t)3熱敏電阻傳感器：(1)NTC熱敏電阻：溫度升高，電阻減小(2)PTC熱敏電阻：溫度升高，電阻增大四、光傳感器1原理：有些金屬或半導(dǎo)體材料在電路中受到光照時，產(chǎn)生電流或電壓，實現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化2應(yīng)用：光電式煙塵濃度計、光電式轉(zhuǎn)速表.一、傳感器問題設(shè)計在現(xiàn)代生活中，我們時刻能感受到自動控制帶給我們的便利，如馬路上的路燈夜晚發(fā)光白天自動熄滅；當(dāng)你走近自動門時它會自動打開，當(dāng)你離開時它會自動關(guān)閉；電冰箱啟動后，會自動控制壓縮機(jī)工作，使冰箱內(nèi)保持所設(shè)定的低溫，這其中的“機(jī)關(guān)”是什么？答案在這些電路中分別安裝了不同的傳感器要點提煉1各種傳感器的作用都是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量2傳感器的結(jié)構(gòu)3敏感元件能直接感受非電信息，并把其變換成易于測量的物理量，形成電信號常見的敏感元件有力敏元件、光敏元件、熱敏元件、磁敏元件、氣敏元件等4處理電路能把微小的信號進(jìn)行放大，并除去干擾信號，使敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)變成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量二、敏感元件的原理 問題設(shè)計1如圖1所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央若在Rt上擦一些酒精，表針將如何擺動？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將如何擺動？圖1答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏2如圖2所示連接電路把磁鐵靠近或遠(yuǎn)離干簧管，觀察電路中所發(fā)生的現(xiàn)象你認(rèn)為干簧管起了什么作用？圖2答案把磁鐵靠近干簧管時，簧片在磁場的作用下會磁化為異名磁極相對的磁鐵當(dāng)磁力大于簧片的彈力時，兩者緊密地接觸，電路連通，燈亮因此，干簧管串聯(lián)在電路中就成為一個由磁場控制的開關(guān)要點提煉1熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，它具有電阻隨溫度靈敏變化的特性，可以實現(xiàn)對溫度的測量2干簧管是一種能感知磁場的敏感元件，在電路中的作用就是個由磁場控制的開關(guān)三、溫度傳感器問題設(shè)計如圖3所示為電熨斗的構(gòu)造，其中雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬圖3(1)常溫下，電熨斗的上、下觸點應(yīng)當(dāng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時雙金屬片將怎樣起作用？(2)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？答案(1)常溫時，電熨斗的上、下觸點接觸，這樣電熨斗接通電源后能進(jìn)行加熱當(dāng)溫度過高時雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹的厲害，雙金屬片向下彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點分離，電路斷開，電熱絲停止加熱；當(dāng)溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱(2)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，也就是要求雙金屬片彎曲程度較大時，兩觸點分離，所以應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下旋反之熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕上旋要點提煉1熱雙金屬片溫度傳感器是由兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片焊接或軋制成一體后組成它對溫度的感知表現(xiàn)為熱雙金屬片的形變，可以用它控制電路的通斷2熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大(2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小3金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻4熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差四、光傳感器1自動門和公共場所的非觸摸式自動水龍頭利用了紅外光傳感器2在環(huán)境監(jiān)測、火災(zāi)報警等裝置中通常利用光電式煙塵濃度計工作3在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中較多地采用光電式轉(zhuǎn)速表進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)的測量一、對傳感器的認(rèn)識例1如圖4是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置圖4其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況(1)你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的_兩點之間，按照你的接法請回答：當(dāng)油箱中油量減少時，電壓表的示數(shù)將_(選填“增大”或“減小”)(2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時，電壓表的示數(shù)變化有何不同？解析(1)由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化當(dāng)油量減少時，R的數(shù)值會增大，電路中的電流會減小，c、d間的電壓會減小當(dāng)把電壓表接在c、d兩點間，電壓表示數(shù)減小時，表示油量在減少(2)把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小答案(1)c、d減小(2)見解析二、對熱敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用例2如圖5所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的IU關(guān)系曲線圖圖5(1)為了通過測量得到圖示的IU關(guān)系的完整曲線，在圖6甲、乙兩個電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡要說明理由：_.(電源電動勢為9 V，內(nèi)阻不計，滑動變阻器的阻值為0100 )圖6(2)在圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 .由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_ V；電阻R2的阻值為_ .(3)舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_.解析(1)應(yīng)選擇圖甲，原因是圖甲所示電路電壓可從0調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大(或圖乙所示電路不能測得0附近的數(shù)據(jù))(2)根據(jù)歐姆定律可得I1 A0.036 A所以I2II10.07 A0.036 A0.034 A.由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，當(dāng)I0.034 A34 mA時，UT5.2 V所以R2 111.8 .答案(1)甲原因見解析(2)5.2111.8(3)熱敏溫度計(提出其他實例，只要合理均對)三、對光傳感器的認(rèn)識及應(yīng)用例3如圖7所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理圖7解析光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強(qiáng)度相等的光線一束光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7上，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號另一束光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6上，其中一部分光線被煙塵吸收或因散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、U2，如果U1U2，說明被測的光路上沒有煙塵，相反，如果U1、U2相差較大，說明煙塵濃度較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度答案見解析例4如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時()圖8A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大解析當(dāng)光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，即電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確答案ABC1(對傳感器的認(rèn)識)關(guān)于傳感器，下列說法正確的是()A所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D水銀溫度計是一種傳感器答案B解析大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學(xué)量，但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，因此不是傳感器，故D錯2(對電容式傳感器的認(rèn)識)電容式傳感器是用來將各種非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一物理量的值如圖9所示是四種電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四種傳感器的作用，下列說法不正確的是()圖9A甲圖的傳感器可以用來測量角度B乙圖的傳感器可以用來測量液面高度C丙圖的傳感器可以用來測量壓力D丁圖的傳感器可以用來測量速度答案D解析甲圖角度變化能導(dǎo)致極板正對面積變化；乙圖液面高度變化能導(dǎo)致極板正對面積變化；丙圖F變化能導(dǎo)致極板間距變化；丁圖中位置變化導(dǎo)致電介質(zhì)變化所以，甲、乙、丙、丁分別是測角度、液面高度、壓力、位移的物理量故選D.3(對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及電路分析)如圖10所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是()圖10A溫度不變，光照增強(qiáng)B溫度升高，光照不變C溫度降低，光照增強(qiáng)D溫度升高，光照減弱答案AC4(對光傳感器的認(rèn)識)煙霧散射火災(zāi)報警器使用的是()A光傳感器 B溫度傳感器C紅外傳感器 D超場波傳感器答案A解析煙霧散射火災(zāi)報警器是煙霧進(jìn)入報警器后，光被散射，照到報警器中的光傳感器上，使電路接通，報警器工作，發(fā)出警報，A對，B、C、D錯題組一對傳感器的認(rèn)識1傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以()A將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量D將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量答案ABC解析傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件故選項A、B、C對，選項D錯2關(guān)于干簧管，下列說法正確的是 ()A干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用D干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的答案CD解析干簧管能感知磁場，是因為當(dāng)兩個簧片所處位置的磁場方向相同時，兩個簧片被磁化而接通，所以是做開關(guān)來使用的，當(dāng)磁場靠近或遠(yuǎn)離的時候，就會實現(xiàn)閉合或斷開3.如圖1所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 ()圖1A距離變化 B正對面積變化C電介質(zhì)變化 D電壓變化答案A解析振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號題組二對熱敏電阻、金屬熱電阻的認(rèn)識及電路分析4.如圖2所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是()圖2A如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯D如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯答案C解析如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會非常明顯，故A、B均錯；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對，D錯5如圖3所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時()圖3AR1兩端的電壓增大B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強(qiáng)D小燈泡的亮度變?nèi)醮鸢窩解析R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時，熱敏電阻R2電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強(qiáng)，R1兩端的電壓減小，故只有C正確題組三對光傳感器的認(rèn)識及電路分析6遙控器能調(diào)換電視機(jī)頻道，利用的是光傳感器下列屬于應(yīng)用這類傳感器的是()A紅外報警裝置B金屬電阻溫度計C電子電路中使用的“干簧管”D霍爾元件答案A解析紅外報警裝置是利用的光敏電阻制成的光傳感器，A正確；金屬電阻溫度計是利用的熱敏電阻制成的傳感器，B錯誤；干簧管利用的熱敏電阻，C錯誤；霍爾元件利用的是霍爾效應(yīng)，D錯誤7街旁的路燈，江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制，這是利用半導(dǎo)體的()A壓敏性 B光敏性C熱敏性 D三種特性都利用答案B解析燈要求夜晚亮、白天熄則白天有光，黑夜沒有光，則是由光導(dǎo)致電路的電流變化，所以電路中光傳感器導(dǎo)致電阻變化，實現(xiàn)自動控制，因此是利用半導(dǎo)體的光敏性，故選B.8如圖4所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)的示意圖，其中A是發(fā)光儀器，B是光敏電阻(光照增強(qiáng)時電阻變小)，下列說法中正確的是 ()圖4A當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小B當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大C當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變小D當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變大答案AD解析光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照強(qiáng)度越大，光敏電阻阻值越小當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內(nèi)阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數(shù)變小，選項A正確；相反，當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內(nèi)阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數(shù)變大，選項D正確9.如圖5所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢當(dāng)用光照射電阻R3時，則()圖5Aa點電勢高于b點電勢Ba點電勢低于b點電勢Ca點電勢等于b點電勢Da點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢