高三物理第一轮复习 传感器的工作原理及其应用 新人教版

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1、第4课时　传感器的工作原理及其应用基础知识归纳1.传感器及其工作原理(1)传感器的定义：有一些元件能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，我们把这种元件叫做传感器.它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了.(2)传感器的组成：传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换为电信号，通过输出部分输出，然后经过控制器分析处理.(3)制作传感器需要的元件：①光敏电阻：当光照增强时，电阻阻值　减小　；光照减

2、弱时，电阻阻值　增大　.能够把　光照强弱　这个光学量转换成　电阻　这个电学量.②热敏电阻与金属热电阻：能够把　温度　这个热学量转换为　电阻　这个电学量，热敏电阻的阻值随温度的升高而　减小　，金属热电阻的阻值随温度的升高而　增大　.③霍尔元件：它能够把　磁感应强度　这个磁学量转换为电压这个电学量.霍尔电压UH＝.其中k为霍尔系数，其大小与薄片元件的材料有关，d为元件厚度，I为通电电流，B为加在元件上的磁感应强度，如图所示.④应变片：它能够把物体　形变　这个力学量转换为　电压　这个电学量.⑤干簧管：它能够将　磁场　这个非电学量转换成电路的　通

3、断　.⑥双金属片：它能将　温度　这个热学量转换成电路的　通断　.2.传感器工作原理3.传感器的应用及实例(1)力传感器的应用——电子秤：它是由　金属梁　和　应变片　组成的，应变片是一种敏感元件，多用　半导体　材料制成.(2)声传感器的应用——话筒：它是一种常用的声传感器，其作用是将　声信号　转换为　电信号　.(3)温度传感器的应用——电熨斗：它装有　双金属片温度　传感器，其作用是　控制电路的通断　.(4)温度传感器的应用——电饭锅：它的主要元件是　感温铁氧体　.(5)温度传感器的应用——测温仪：它可以把　温度　转换成　电信号　，由指针式仪

4、表或数字式仪表显示出来.测温仪中的测温元件可以是　热敏电阻　、　金属热电阻　、热电偶，还可以是　红外线敏感元件　等.(6)光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器：机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接收管，两个红外管就是两个　光传感器　；有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有　发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板　.(7)应用实例：　光控开关　和　温度报警器　.重点难点突破一、热敏电阻与金属热电阻有哪些区别　　项目电阻　　导电原理电阻随温度变化优点热敏电阻自由电子和空穴等载流子灵敏度较好金属热电阻自

5、由电子的定向移动　　　化学稳定性好，测量范围大二、电容式传感器的工作原理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.如果某一物理量(如角度θ、位移x，深度h等)的变化能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，有这种用途的电容器称电容式传感器.如图所示是测量液面高度h的电容式传感器.在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电溶液中，导线芯和导电溶液构成电容的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质.液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化.知道电容C

6、的变化，就可以知道液面高度h的变化情况.如图所示是用来测定角度θ的电容式传感器.当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，则电容C发生变化.知道电容C的变化，就可以知道θ的变化情况.如图所示是测定压力F的电容式传感器.待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化.知道电容C的变化，就可以知道F的变化情况.如图所示是测定位移x的电容式传感器.随着电介质板进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道电容C的变化，就可以知道x的变化情况.三、斯密特触发器的工作原理及其应用斯密

7、特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4V).应用(一)：光控开关，电路如右图所示.原理：白天，光强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二

8、极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的.应用(二)：温度报警器，电路如图所示.原理：常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，