1傳感器 2溫度傳感器和光傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解什么是傳感器，感受傳感技術(shù)在信息時代的作用與意義.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.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.組成：一般由敏感元件和處理電路組成.(1)敏感元件：將要測量的非電信息變換成易于測量的物理量，形成電信號.(2)處理電路：將敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量.3.敏感元件的原理(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.二、溫度傳感器1.分類(1)熱雙金屬片溫度傳感器.(2)熱電阻傳感器.(3)熱敏電阻傳感器.NTC型：電阻值隨溫度升高而減小.PTC型：電阻值隨溫度升高而增大.2.作用將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化，通過測量傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化來實(shí)現(xiàn)溫度的測量.三、光傳感器1.原理：某些金屬或半導(dǎo)體材料，在電路中受到光照時，產(chǎn)生電流或電壓，實(shí)現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化.2.作用：感知光線的變化或場景的變換，使“機(jī)器”作出反應(yīng).即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.()(2)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大.()(3)干簧管可以感知磁場，接入電路，相當(dāng)于開關(guān)的作用.()(4)光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)電阻越小.()2.如圖1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，電流表的讀數(shù)_(填“變大”或“變小”)，小燈泡的亮度_(填“變亮”或“變暗”).圖1答案變小變亮一、傳感器導(dǎo)學(xué)探究當(dāng)你走進(jìn)一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？答案人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門.知識深化1.傳感器的原理： 2.在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的.例1如圖2是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置.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.若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖2答案見解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時，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.二、溫度傳感器導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)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，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？圖3答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右偏.知識深化1.溫度傳感器的作用：將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化.2.常見的溫度傳感器(1)熱雙金屬片溫度傳感器原理：兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體，溫度升高時，雙金屬片變形，可控制電路的通斷.應(yīng)用：日光燈啟動器，電機(jī)、電冰箱保護(hù)等.(2)熱電阻傳感器原理：用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻，當(dāng)外界溫度t發(fā)生變化時，其電阻值按RR0(1t)的規(guī)律變化(為溫度系數(shù)，R0為t0 時導(dǎo)體的電阻).應(yīng)用：測溫度、測流量等.(3)熱敏電阻傳感器原理：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化.應(yīng)用：測溫、溫度控制或過熱保護(hù)等.分類：正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC)，它的電阻隨溫度升高而增大.負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)，它的電阻隨溫度的升高而減小.例2(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制.如圖4所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器.當(dāng)環(huán)境溫度降低時()圖4A.電容器C的帶電荷量增大B.電壓表的讀數(shù)增大C.電容器C兩板間的電場強(qiáng)度減小D.R1消耗的功率增大答案AB解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場強(qiáng)E，QCU2可知，Q、E都增大，故A正確，C錯誤.三、光傳感器導(dǎo)學(xué)探究如圖5所示為光電式煙塵濃度計(jì)的原理圖，請閱讀教材，然后簡述其工作原理.圖5答案光源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.一路光線直接到達(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.另一路光線經(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，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度.例3(多選)如圖6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6A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大答案ABC解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤.因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)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(xiàng)正確.含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟：(1)明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強(qiáng)度)的增加是增大還是減小.(2)分析整個回路的電阻的增減、電流的增減.(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化.1.(對傳感器的理解)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(jì)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(jì)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.(光敏電阻的特性)如圖7所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，R和L中間用擋板(未畫出)隔開，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是()圖7A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C.當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變答案A解析滑動觸頭P左移，滑動變阻器接入電路的電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R減小，最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果.3.(熱敏電阻的特性)如圖8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8A.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.