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1、第5章 传感器及其应用,第1节 揭开传感器的“面纱”,第2节 常见传感器的工作原理,读教材填要点 一、传感器的定义及作用 1定义 能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成 的器件或装置。 2作用 传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息采集和转化任务，把 量转化为 量。,电信号,非电学,电学,物理,化学,生物,二、光电传感器 1定义 是一种能够感受 ，并按照一定规律把 转换成 的器件或装置。 2敏感元件 。,光信号,光信号,电信号,光敏电阻,3特性 光敏电阻器是用金属硫化物等 材料制成的，当光照射到这些半导体物质上时，它的电阻率 ，阻值也随之减小。入射光强，电阻 ；入射光弱，电阻 。 4
2、作用 用于 和 。,半导体,减小,小,大,光的测量,光的控制,三、温度传感器 1定义 一种将 转换为 变化的装置。 2敏感元件 常见的温度传感器有 和 等作为它的敏感元件。,温度变化,电学量,热敏电阻,热电偶,3特性 热敏电阻是用 材料制成的，其电阻值随温度变化明显，NTC热敏电阻(负温度系数)的阻值，随温度升高而 ，PTC热敏电阻的阻值随温度升高而 ，金属热电阻的电阻率一般随温度升高而 。,半导体,减小,增大,增大,热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,一、常见传感器及其分类 1常见的传感器 传感器种类繁多，具体功能各不相同，下表给出一些常见的传感器及其工作原理,核心要点突破,2传感器的分类
3、 (1)物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器主要应用于像位移、温度、速度、加速度、压力等物理量的转化 (2)化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器主要应用于环境保护、火灾报警、医疗卫生和家用电器等方面 (3)生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器与物理、化学传感器最大的区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质,二、光电传感器的原理及光敏电阻 1光电传感器：是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电信号的器件或装置 2光敏电阻：在被光照射时电阻发生变化，可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量 3半导体的导电机理：以半导体材料硅为例
4、说明半导体的导电机理，图511是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有4个电子由于热运动或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，挣脱原子的束缚而成为自由电子这样，在原来的地方就留下一个空位，称为“空穴”空穴相当于一个正电荷当这个空穴由附近原子中的电子来填补时，就出现了一个新的空穴，这种变化相当于空穴在移动,如果有了外电场，自由电子和空穴会向相反的方向做定向移动，于是在半导体中形成了电流自由电子和空穴都叫做载流子,图511,4光敏电阻的特性 当光敏电阻受到光照射时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性明显地增强，电阻减小不受光照射时的电阻阻值是受光照射时的10
5、0倍1000倍,三、温度传感器的原理及热敏电阻 1温度传感器 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等 2热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，当半导体材料的温度升高时，必定接收了外界的能量，自己的内能增加，加剧内部分子(或原子)的热运动，使很多束缚电荷变为自由电荷，载流子增多，增强了导电性热敏电阻有温度系数大，灵敏度极高，反应迅速，体积小，寿命长等优点,3热敏电阻的两种类型 热敏电阻的电阻率随温度变化而明显变化，常见的有两种类型 (1)正温度系数热敏电阻(PTC热敏电阻) 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而增大，其特性与金属热电阻相似，其电阻随温度的变
6、化图象如图512所示,图512,图513,(2)负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻) 这种热敏电阻的电阻率随温度升高而明显减小，其电阻随温度的变化图象如图513所示,4热敏电阻的用途 热敏电阻可以将温度这一非电学量的变化转化为电阻的变化，进而转化为电流或电压这些电学量的变化，理论上说，所有与温度有关的问题都可以使用热敏电阻热敏电阻的灵敏性好但稳定性较差，测温范围较小,1热敏电阻的阻值随温度的升高其阻值有可能减小，也有可能增大 2半导体热敏电阻虽然有很多优点，但其测温范围较小 3半导体热敏电阻不能用来制造标准电阻,试身手夯基础 1为解决楼道的照明问题，在楼道内安装一个传感器与电 灯控制电路相接。
7、当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为_传感器，它输入的是_信号，经传感器转换后，输出的是_信号。 答案：声音声音电,2关于传感器的下列说法正确的是 () A所有传感器的材料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： 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确。 传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错。 答案：B,图511,3. 如图511所示，R1、R2为定值电 阻，L为小灯泡，R
8、3为光敏电阻， 当照射光强度增大时，下列说法 错误的是 () A电压表的示数增大 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大,解析：当光照强度增大时，光敏电阻R3阻值变小，电路的总电阻变小，回路中电流变大。 A：定值电阻R1两端的电压等于IR1增大； B：由于R1与r的电压增大，故并联电路两端的电压减小，则R2的电流减小； C：总电流变大，R2的电流变小，所以小灯泡的电流增大，则其功率增大； D：电流增大，电源内阻r两端的电压增大，所以路端电压减小。 答案：D,下列说法正确的是() A凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器 B湿敏传感器只能是物理传感器 C物理传感器只能
9、将采集到的信息转化为电压输出 D物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应,课堂互动讲练,【思路点拨】根据传感器的基本原理和用途解决 【解析】 各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非电学量转化为电学量等，故A错； 湿度传感器为化学传感器，故B错， 传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等，故C错 物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器 D正确 【答案】D 【规律总结】(1)传感器的基本作用都是把非电学量转换成电学量 (2)三类传感器的工作原理不同,1关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是() A物理传感器利用
10、材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域 B化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量 C生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作 D生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求,解析： 不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错， 物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错 生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错D对 选D.,如图514所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是(),图514,A当有光照
11、射R1时，信号处理系统获得高电压 B当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 【思路点拨】当有光照射到光敏电阻时，光敏电阻的阻值变小，由R1减小，再由电路知识即可解决,【解析】 R1为光敏电阻，当有光照射时，R1的阻值变小，R2上的电压变大，信号处理系统获得高电压 由题意知，当传送带上的物体挡住光时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字，实现自动计数的功能，达到自动计数的目的 故A、C选项正确 【答案】AC 【点评】本题中的自动计数器具有广泛的应用，它是利用光敏电阻对光的敏感特性将
12、光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，并将电路中的电压用信号处理系统识别以达到计数的目的,利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高 (1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变_(填“大”或“小”),(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度如果刻度盘正中的温度为20 (如图516甲所示)，则25 的刻度应在20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧,图516,【解析】 (1)因为负温度系数热敏
13、电阻温度升高时电阻减小，温度降低时，电阻增大故电路中电流会减小 (2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 的刻度应对应较大电流，故在20 对应电流刻度的右侧,【答案】(1)小(2)右,3如图518所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆挡”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往RT上擦一些酒精，表针将向_(填“左”或“右”)偏；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_(填“左”或“右”)偏,图518,解析：若往RT上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻RT温度升高，电阻
14、值减小，指针应该向右偏 答案：左右,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,对传感器的理解,思路点拨：解答本题时应把握以下两点： (1)干簧管的原理是磁铁的磁效应使两个簧片磁化成相反的磁极 (2)干簧管在电路中起到开关的作用 解析：干簧管能感知磁场，是因为两个簧片由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，可当做开关来使用，作为控制元件以实现自动控制 答案：CD,P89 1答：冰箱、空调的温度控制装置中装有传感器，它通过热敏电阻探测环境
15、温度的变化，并使温度信号转换为电信号，控制冰箱、空调电源的开和关，从而达到控制温度的目的。 酒店等使用的烟雾报警器，通过气敏元件探测到附近烟雾的浓度，并转换为电信号控制报警。,2答：自动门上用的是红外感应器。红外感应器对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应。 常用红外感应器有两种，一种是红外线光电开关，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路检测物体的有无，对所有能反射光线的物体均可检测；另一种是被动红外探头，它靠探测人体的红外线进行工作，探头收集外界的红外辐射聚集到红外感应源上面，检测处理后产生动作信号。,4答：油脂经过加热形成油烟，抽油烟机用气敏元件进行探测，通过气敏元件将油烟浓度信号转换为电信号，当油烟浓度达到一定程度时，抽油烟机自动接通电源，使其工作。,5答：传感器 是能够感知外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置。含羞草能感知到轻微的振动，并做出较大的反应，卷起叶子，如果将含羞草的这种反应进行拾取，再转换成电信号并用于控制，则含羞草可以作为生物传感器使用。,