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1、第第1节传感器节传感器第第2节温度传感器和光传感器节温度传感器和光传感器 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练第第2节节课标定位课标定位课标定位课标定位课标定位课标定位学习目标学习目标：1.知道传感器的概念、结构及工作原知道传感器的概念、结构及工作原理理2了解传感器的分类情况及热敏电阻的特性了解传感器的分类情况及热敏电阻的特性3知道温度传感器的原理，了解温度传感器在生知道温度传感器的原理，了解温度传感器在生活中的应用活中的应用4知道光电传感器的原理，了解光电传感器在生知道光电传感器的原理，了解光电传感器在生活中的应用活中的应用重点难点
2、重点难点：1.传感器的基本原理及其构造传感器的基本原理及其构造2利用实验研究热敏电阻的温度特性曲线利用实验研究热敏电阻的温度特性曲线自主生疑一、一、传传感器感器1概概念念：传传感感器器通通常常是是把把被被测测的的_信信息息，按按一一定定规规律律转转换换成成与与之之对应对应的的_信息的器件或装置信息的器件或装置2结结构：一般由构：一般由_和和_组组成，如成，如图图311所示所示(1)敏敏感感元元件件能能直直接接感感受受非非电电信信息息，并并将将这这些些信信息息变变换换成成_的物理量，形成的物理量，形成电电信号信号(2)处处理理电电路路能能把把微微小小的的信信号号进进行行_，并并除除去去干干扰扰信
3、信号号，使使敏敏感感元元件件输输出出的的电电信信号号转转变变成成便便于于显显示示、记录记录、处处理和控制的理和控制的_二、敏感元件的原理二、敏感元件的原理1敏敏感感元元件件就就其其感感知知外外界界信信息息的的原原理理可可分分为为三三类类：(1)_类类；(2)_类类；(3)_类类2由教材由教材P6162的的实验实验探究可知：探究可知：热热敏敏电电阻用阻用_材材料料制制成成，具具有有电电阻阻随随_灵灵敏敏变变化化的的特特性，可以性，可以实现对实现对温度的温度的测测量量3干簧管是一种能感知干簧管是一种能感知_的敏感元件，它由的敏感元件，它由密封在玻璃管内的两个密封在玻璃管内的两个_构成，两个簧构成，
4、两个簧片相互交叠但其间保持一个缝隙，簧片在磁场作片相互交叠但其间保持一个缝隙，簧片在磁场作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁，当磁力大于用下会磁化为异名磁极相对的磁铁，当磁力大于簧片的弹力时两者紧密地接触簧片的弹力时两者紧密地接触三、温度传感器三、温度传感器1热双金属片温度传感器热双金属片温度传感器将两种将两种_相差较大的不同金属片焊接或相差较大的不同金属片焊接或轧制为一体后，温度升高时，由于两面金属膨胀轧制为一体后，温度升高时，由于两面金属膨胀程度程度_，双金属片就会，双金属片就会_2热电热电阻阻传传感器感器(1)定定义义：用金属：用金属丝丝制作的制作的_电电阻叫做阻叫做热电热电阻阻(2)金属的
5、金属的电电阻阻R与温度与温度t的关系是：的关系是：RR0(1t)(3)作用：作用：测测_和和测测_3热热敏敏电电阻阻传传感器感器热热敏敏电电阻阻是是用用_材材料料制制成成的的，其其电电阻阻值值随随温温度度变变化化明明显显，NTC热热敏敏电电阻阻(负负温温度度系系数数)的的阻阻值值，随随温温度度升升高高而而_，PTC热热敏敏电电阻的阻阻的阻值值随温度升高而随温度升高而_四、光四、光传传感器感器1定定义义：光光电电传传感感器器是是一一种种能能够够感感受受_，并并按按照照一一定定规规律律把把_转换转换成成_的器的器件或装置件或装置2应应用：用：(1)光光电电式烟式烟尘浓尘浓度度计计(2)光光电电式式
6、转转速表速表二、互动解疑一、一、传传感器的工作原理感器的工作原理1传传感器感器传传感感器器能能够够感感受受诸诸如如位位移移、力力、温温度度、光光、声声、化化学学成成分分等等非非电电信信息息，并并能能把把它它们们按按照照一一定定的的规规律律转转换换为为电电压压、电电流流、电电阻阻等等电电信信息息，或或转转化化为为电电路路的的通通断断传传感感器器是是通通过过测测量量外外界界的的物物理理量量、化化学学量量或或生生物物量量来来捕捕捉捉和和识识别别信信息息，并并将将被被测测量量的的非非电电信信息息转换转换成成电电信息的装置信息的装置2传感器的基本原理传感器的基本原理传感器感受的通常是非电信息，而它输出传
7、感器感受的通常是非电信息，而它输出的通常是电信息，不过这些输出信号往往的通常是电信息，不过这些输出信号往往是非常微弱的，一般需要经过放大后，再是非常微弱的，一般需要经过放大后，再输送给控制系统产生各种控制动作其工输送给控制系统产生各种控制动作其工作过程可由图作过程可由图312表示表示(1)非非电电信信息息：如如位位移移、力力、温温度度、光光、声声、化化学学成分、成分、浓浓度、酸碱度等度、酸碱度等(2)敏敏感感元元件件：是是传传感感器器的的核核心心，相相当当于于人人的的感感觉觉器器官官，能能直直接接感感受受被被测测量量的的非非电电信信息息并并将将其其转转换换成成与与被被测测量量的的非非电电信信息
8、息有有一一定定关关系系的的易易于于测测量量的的物理量物理量(3)转转换换元元件件：通通常常不不能能直直接接感感受受被被测测量量的的非非电电信信息息，而而是是将将敏敏感感元元件件输输出出的的物物理理量量转转换换为为电电信信号号输输出出(4)转转换换电电路路：将将转转换换元元件件输输出出的的电电信信号号转转换换成成易易于于测测量的量的电电信息信息(5)电电信息：如信息：如电压电压、电电流、流、电电阻等阻等即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)(2011年年陕陕西西榆榆林林高高二二检检测测)关关于于传传感感器器及及其其作用，下列作用，下列说说法中正确的是法中正确的是()A传传感器一
9、般是把非感器一般是把非电电信息信息转换为电转换为电信息信息B传传感感器器一一定定是是把把非非电电信信息息转转换换为为电电路路的的通通断断C传传感感器器把把非非电电信信息息转转换换为为电电信信息息是是为为了了方方便便进进行行测测量、量、传输传输、处处理和控制理和控制D电电磁磁感感应应是是把把磁磁信信息息转转换换为为电电信信息息，所所以以利利用用电电磁磁感感应应现现象象工工作作的的动动圈圈式式话话筒筒也也是是传传感器感器解解析析：选选ACD.根根据据传传感感器器的的概概念念和和工工作作原原理理可可以以判判断断A、C正正确确B选选项项中中不不一一定定把把非非电电信信息息转转化化为为电电路路的的通通断
10、断，还还有有其其他他的的表表现现形形式式，故故B错错动动圈圈式式话话筒筒利利用用电电磁磁感感应应将声音将声音转转化化为电为电流，是流，是传传感器，感器，D正确正确二、探究二、探究热热敏敏电电阻的温度特性曲阻的温度特性曲线线1实验设计实验设计(1)用用万万用用电电表表的的电电阻阻挡挡直直接接测测量量热热敏敏电电阻阻随随温温度度的的变变化特性，方法化特性，方法简简便，便，误误差大差大(2)伏安法伏安法测测量量热热敏敏电电阻的温度特性曲阻的温度特性曲线线2采用伏安法采用伏安法测测量量(1)器器材材：电电压压表表、电电流流表表、电电源源、滑滑动动变变阻阻器器、固固定定电电阻阻、热热敏敏电电阻阻、开开关
11、关和和导导线线若若干干；温温度度计计、水槽、水槽、电电加加热热装置和开水冷水各一份装置和开水冷水各一份(2)原原理理：采采用用水水浴浴法法改改变变热热敏敏电电阻阻的的温温度度(如如图图313)用伏安法用伏安法测测量量电电阻阻(如如图图314)(3)测测量步量步骤骤：将将热热敏敏电电阻阻用用塑塑料料薄薄膜膜包包裹裹一一层层，防防止止水水浴浴时时电电阻阻的的引引线线与与水水接接触触，连连接接好好如如图图314所所示示电电路路将将水水槽槽里里的的水水兑兑成成10，将将热热敏敏电电阻阻放放入入水水中中，稍稍等等片片刻刻，闭闭合合开开关关，读读出出电电压压表表、电电流流表表、温温度度计计的示数的示数将将
12、水水温温兑兑成成20、30、40、5090，各各测测量一次，量一次，计计算出各温度下算出各温度下对应对应的的电电阻阻(4)设计设计表格，将上述方法取得的数据填入表格表格，将上述方法取得的数据填入表格(5)数据数据处处理，在坐理，在坐标纸标纸上做出上做出Rt图图像像3热敏电阻的热敏电阻的Rt图像图像热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：(1)正温度系数的热敏材料正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温，它的电阻随温度升高而增大度升高而增大(2)负温度系数的热敏材料负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温，它的电阻随温度升高而减小度升高而减小(
13、3)临界温度系数的热敏材料临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在，它的电阻在很小的温度范围很小的温度范围(临界临界)内急剧下降内急剧下降这三类热敏材料电阻率的温度特性曲线如图这三类热敏材料电阻率的温度特性曲线如图315所示可见，所示可见，PTC和和CTC型热敏电阻在一定的型热敏电阻在一定的温度范围内，阻值随温度急剧变化，常用作温度范围内，阻值随温度急剧变化，常用作开关元件，开关元件，NTC型热敏电阻的阻值随温度型热敏电阻的阻值随温度升高而减小尤其要注意的是在温度测量升高而减小尤其要注意的是在温度测量中使用最多的就是中使用最多的就是NTC型热敏电阻，我们型热敏电阻，我们常说的热敏电阻也是指
14、这一类常说的热敏电阻也是指这一类特别提醒：特别提醒：要注意区别热敏电阻和金属热要注意区别热敏电阻和金属热电阻，热敏电阻用半导体材料制成，其电电阻，热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，温度升高电阻减小；阻值随温度变化明显，温度升高电阻减小；而金属的电阻率随温度的升高而增大，这而金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的金属电阻也可以制作温度传感器，称样的金属电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻热敏电阻的灵敏性好，但化学为热电阻热敏电阻的灵敏性好，但化学稳定性较差；金属热电阻的化学稳定性好，稳定性较差；金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏性较差测温范围大，但灵敏性较差三、光电传感
15、器的原理及光敏电阻三、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说明半导体的导电机理：以半导体材料硅为例说明半导体的导电机理，图半导体的导电机理，图316是硅原子排列示意是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有图，每个原子的最外层有4个电子由于热运动或个电子由于热运动
16、或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，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，称为的地方就留下一个空位，称为“空穴空穴”空穴相空穴相当于一个正电荷当这个空穴由附近原子中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向做定向移动，于是在半导体中形成了
17、电流自由电子和空穴都叫做载流子由电子和空穴都叫做载流子4光敏电阻的特性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的电阻阻值是受光照射时的100倍倍1000倍倍类型类型1.对传感器原理的认识对传感器原理的认识全面了解汽车的运行状态全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、速度、水箱温度、油量油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的是确保汽车安全行驶和驾驶员安全
18、的举措之一，为模仿汽车油表原理，自制一举措之一，为模仿汽车油表原理，自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置种测定油箱油量多少或变化多少的装置如图如图317所示，其中电源电压保持不变，所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端小阳同学在装置中使用了一只电压一端小阳同学在装置中使用了一只电压表表(图中没有画出图中没有画出)，通过观察电压表示数，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的在图中的_两两点点之之间间，按按照照你你的的接接法法请请回回答答：当当油油箱箱中中油油量量减
19、减少少时时，电电压压表表的的示示数数将将_(填填“增大增大”或或“减小减小”)【精精讲讲精精析析】由由题题图图可可知知当当油油箱箱内内液液面面高高度度变变化化时时，R的的金金属属滑滑片片将将会会移移动动，从从而而引引起起R两两端端电电压压的的变变化化，且且当当RR时时，URIR可可视视为为UR与与R成成正正比比，所所以以电电压压表表应应接接在在b、c之之间间，当油量减少，当油量减少时时，电压电压表示数将增大表示数将增大【答案答案】b、c增大增大【方方法法总总结结】(1)各各类类传传感感器器工工作作原原理理虽虽不不完完全全相相同同，但但都是把非电学量转换为电学量都是把非电学量转换为电学量(2)传
20、传感感器器输输出出的的电电学学量量有有电电流流、电电压压及及电电路路通通断断等等多多种种形形式式(3)解此类问题的基本思路：解此类问题的基本思路：分分析析电电路路结结构构研研究究电电阻阻的的变变化化判判断断(计计算算)电电流流、电电压压的的变化变化类型类型2.热敏电阻的应用热敏电阻的应用如图如图318所示，所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为为负温度系数的热敏电阻，负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温为小灯泡，当温度降低时度降低时()AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱【自主解答自主解答】
21、R2与灯与灯L并联后与并联后与R1串联，串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，路端电压流表读数减小，路端电压(EIr)变大，变大，R1两端电压两端电压(IR1)变小，灯变小，灯L电压电压(EIrIR1)变大，灯泡亮度变强，变大，灯泡亮度变强，C正确正确【答案答案】C类型类型3.光敏电阻的应用光敏电阻的应用如图如图319所示为光敏电阻自动计数器的示意图，所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中其中R1为光敏电阻，为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数为定值电阻，此光电计数器
22、的基本工作原理是器的基本工作原理是()当有光照射当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压时，信号处理系统获得高电压当有光照射当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压时，信号处理系统获得低电压信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次ABCD【精精讲讲精精析析】R1为为光光敏敏电电阻阻，当当有有光光照照射射时时，R1的的阻阻值值变变小小，R2上上的的电电压压变变大大，信信号号处处理理系系统统获获得得高高电电压压由由题题意意知知，当当传传送送带带上上的的物物体体挡挡住住光光时时，信信号号处
23、处理理系系统统获获得得低低电电压压，这这种种电电压压高高低低交交替替变变化化的的信信号号转转化化为为相相应应的的数数字字，实实现现自自动动计计数数的的功功能能，达达到到自自动动计计数数的的目目的的故故、说说法法正正确确【答案答案】B【方方法法总总结结】对对含含光光电电传传感感器器的的电电路路一一般般按以下思路分析：按以下思路分析：(1)判断判断电电路的整体路的整体连连接特点接特点(2)由由光光敏敏电电阻阻的的变变化化判判断断出出整整个个电电路路总总电电阻阻的的变变化化(3)根根据据闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律判判断断干干路路中中电电流流的的变变化化(4)根根据据电电路路串串并并联联特特点点和和欧欧姆姆定定律律判判出出各各部部分分电电路路电电压压和和电电流流的的变变化化，进进而而得得出出电电压压表表、电电流流表表示示数数的的变变化化和和各各部部分分功功率率的的变变化化作业布置必做题：学与导35页 1.2.3.5选做题：学与导35页 6 37页 例1思考题：38页 6题