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1、传感器的原理及应用4.流程:5.类别:最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换器)组成,它感受被测量时,直接输出电学量,如热电偶.有的传感器由敏感元件和转换器件组成,设有转换电路,如光电池、光电管等;有的传感器,转换电路不止一个,要经过若干次转换.6.传感器的分类:目前对传感器尚无一个统一的分类方法,常用的分类方法有两个:(1)按分类,如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时,相应的传感器称为传感器、传感器、传感器、速度传感器、加速度传感器.(2)按传感器的分类,可分为传感器、传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感
2、器、光栅传感器等.7.传感器的元件:制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等.输入量温度压力位移工作原理电阻电容2.热敏电阻和金属热电阻:热敏电阻或金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.(1)特性:金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作温度传感器,称为热电阻.有些半导体,电阻率随温度的变化非常明显;温度上升时,有些半导体的导电能力增强.(2)电阻——温度特性曲线(如图1所示)a金属导线;b热敏电阻.图1特别提示对于金属热电阻其阻值随温度的升高而增大,而一般的半导体热敏电阻其阻值随温度的升高
3、而减小.3.霍尔元件:霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.(1)特性:霍尔电压UH=,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关.一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则UH的变化就与B成正比(如图2所示).(2)工作原理: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.图2热点二常用的电容式传感器1.角度的电容式传感器,原理是当
4、旋转动片时,电容器两个彼此绝缘的金属板的正对面积发生变化,从而引起电容发生变化.如图3甲所示.图32.液体的电容式传感器,原理是导电液体相当于电容器的一个极板,当液体的深度发生变化时,相当于两个极板的正对面积发生变化,从而电容发生变化.如图乙所示.3.位移的电容式传感器,原理是当电解质板插入两金属极板间不同的距离时,随着电解质板位移的变化,电容随之变化.如图丙所示.4.压力的电容式传感器,原理是当作用在一个电极上的压力改变时,金属片的形状发生变化,两金属板的距离发生变化,电容随之改变.如图丁所示.5.机械式鼠标(1)内部构成:滚球、滚轴与码
5、盘、红外发射管与红外接收管(光传感器),如图4所示.(2)工作原理:鼠标移动时,滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动,红外接收管就收到断续的红外线脉冲,输出相应的电脉冲信号,计算机分别统计x、y两个方向上的脉冲信号,处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移.图4题型探究题型1传感器的工作原理【例1】如图5甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图,其中上板为固定极板,下板为待测物体,在两极板间电压恒定的条件下,极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化.若Q随时间t的变化关系为Q=（a、b为大于零的常数）,其图象如图乙所示,那么图丙、图丁中反映极板
6、间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是（）图5A.①和③B.①和④C.②和③D.②和④本题解题的关键点是(1)电容器的基本公式U=.(2)匀强电场中满足E=.(3)根据函数确定图象大致形状.思路点拨解析平行板电容器间电压恒定,板间场强E=,故E∝Q,即E∝,故②可能正确.板间电荷量Q=UC=U,与已知Q随时间的变化关系对比可知d∝(t+a),即待测物体的运动为匀速运动,故③可能正确.答案C本题以电容式速度传感器和图象立意命题,考查了匀强电场中的场强与电势差的关系、平行板电容器知识和用图象表示物理量之间的关系等,本题难度较大.求解本题,
7、要注意利用“Q随时间t的变化关系Q=及其图象乙”这一信息,然后结合电场相关知识导出图丙、图丁涉及的两物理量间的数学关系式,进而判断给定图象的正误.方法提炼变式练习1如图6所示是电饭锅的结构,试回答下列问题:(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?图6(3)饭熟后,水分被大米吸收.锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?为什么?答案(1)开始煮饭时压下手动开关,使永磁体和感温磁
8、体吸合,以保持触点接触,接通电热电路;手松开后这个按钮不会恢复到图示状态,因为永磁体与感温磁体相互吸引,弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态.(2)水沸腾后,锅内的温度应大致保持在1
