物理选修人教新课标传感器及其工作原理精品课件.ppt

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1、1第1节　传感器及其工作原理23什么是传感器1．传感器传感器是能够感受诸如力、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为电压、电流等电学量，或转换成为电路通断的元件．教材要点解读对应学生用书P5045(2)传感器的组成①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．③转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的

2、电学量，如电压、电流、电阻等．63．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它的输出通常是电学量，这些输出信息是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制作用．74．传感器的分类物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、电场、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力电传感器等．化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的．生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性制成的，用以检测或识别生物体内化

3、学成分的传感器．生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等．8在分析传感器的作用时要明确(1)核心元件是什么；(2)它是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)它怎样显示或控制开关的．9光敏电阻1．特点光照越强，电阻越小．2．原因无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．3．作用把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．10光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．11热敏电阻和金属热电阻电阻项目热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温

4、度的升高而减小电阻率随温度的升高而增大RT图象制作材料半导体金属导电原理自由电子和空穴等载流子自由电子的定向移动优点灵敏度较好化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量12按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小．13霍尔元件1．构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件．霍尔元件能够把磁感应强

5、度这个磁学量转换为电压这个电学量．142．霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压，1516174．霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中．例如，用霍尔效应可以确定一种半导体材料是电子型还是空穴型．半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法

6、．利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途．例如，测量磁场，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号(如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等)．18电容式传感器1．原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，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一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．192．常见电容式传感器名称传感器原理测定角度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

7、的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况．测定液面高度h的电容式传感器在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，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C的变化，就可以知道h的变化情况．20名称传感器原理测定压力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C的变化，就可以知道F的变化情况．测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极

8、板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况.21光电转换(光敏电阻的应用)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2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题方法指导对应学生用书P5222【分析】R3的变化→R并变化→R总变化→I总变