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111 傳感器及其工作原理 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、 知道什么是傳感器 2、 了解傳感器的常用元件的特征 【自主學(xué)習(xí)】 一、 傳感器： 傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等＿＿＿＿＿量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等＿＿＿＿量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制了。 傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換＿＿＿＿信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。 常見的傳感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力 傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。 二、 常見傳感器元件： 1、 光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻能夠把＿＿＿＿＿ 這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱。 ２、金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而＿＿＿＿，用金屬絲可以制作＿＿＿＿傳感器，稱為＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿這個電學(xué)量。 熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。 與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的＿＿＿＿＿好，測溫范圍＿＿＿，但＿＿＿＿較差。 ３、電容式位移傳感器能夠把物體的＿＿＿＿這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為＿＿＿這個電學(xué)量。 ４、霍爾元件能夠把＿＿＿＿＿＿這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 【典型例題】 例一、 如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動。 例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片電極時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，那么（ ） A、 當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將減小 B、 當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容將增大 C、 若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D、 若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 例三、如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？（此題描述的是著名的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象） 【針對訓(xùn)練】 1、簡單的說，光敏電阻就是一個簡單的＿＿＿＿＿傳感器，熱敏電阻就是一個簡單的＿＿＿＿＿傳感器。 ２、 為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與電燈控制電路的相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動而發(fā)出聲響時，電燈即與電源接通而發(fā)光，這種傳感器為＿＿＿＿傳感器，它輸入的是＿＿＿＿信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是＿＿＿＿信號。 3、 如圖所示，是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容品的兩極，把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時，則導(dǎo)電液體的深度h變化為（ ） A、 h增大 B、 h減小 C、h不變 D、無法確定 4、 如圖所示，R1為定值電阻，R2為熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時（ ） A、 R1兩端的電壓增大 B、 電流表的示數(shù)增大 C、 小燈泡的亮度變強(qiáng) D、 小燈泡的亮度變?nèi)? 5、 如圖所示，為一種測定角度的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金屬板構(gòu)成的動片與定片之間的角度發(fā)生變化時，試分析傳感器是如何將它的這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的。 【能力訓(xùn)練】 1、關(guān)于光敏電阻，下列說法正確的是（ ） A、 光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 B、 硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好 C、 硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子較少，導(dǎo)電性能良好 D、 半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好 2、霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個量（ ） A、 把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 B、 把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 C、 把力轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 D、 把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 ３、如圖所示是測定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化（ ） Ａ、電介質(zhì)進(jìn)入極板的長度 Ｂ、兩極板間距 Ｃ、兩極板正對面積 Ｄ、極板所帶電量 ４、如圖所示，Ｒ１、Ｒ２為定值電阻，Ｌ是小燈泡，Ｒ３為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，（ ） Ａ、電壓表的示數(shù)增大 Ｂ、Ｒ２中電流減小 Ｃ、小燈泡的功率增大 Ｄ、電路的路端電壓增大 5、如圖所示，Ｒ３是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)Ｓ閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當(dāng)用光照射電阻Ｒ３時，則（ ） Ａ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢高于b點電勢 Ｂ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢低于b點電勢 Ｃ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢等于b點電勢 Ｄ、Ｒ３的電阻變大，a點電勢低于b點電勢 6、有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A、金屬導(dǎo)體 B、絕緣體 C、半導(dǎo)體 D、超導(dǎo)體 7、如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖。現(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是（ ） A、 如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B、 如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C、 如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化非常明顯 D、 如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化不明顯 8、圖是霍爾元件的工作原理示意圖，用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法中正確的是（ ） A、 將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B、 在測定地球兩極的磁場強(qiáng)弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C、 在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D、 改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 9、如圖所示寬度為d，厚度為h的金屬板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)有電流I通過金屬板時，在金屬板上側(cè)面A和下側(cè)面間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)，若金屬板內(nèi)自由電子密度為n，則產(chǎn)生的電勢差U＝＿＿＿＿＿ 【學(xué)后反思】 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 參考答案 典型例題： 例1、 分析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏。＿左＿ ＿右＿＿ 例2、分析：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。 答案：AC 例3、分析：當(dāng)F向上壓膜片電極時，電容器的電容將增大，電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生了變化。 答案：BC 例4、解：因為自由電荷為電子，故由左手定則可判斷電子向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余的正電荷，故下表面電勢高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U。 當(dāng)運動電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時，即q=QvB 又因為導(dǎo)體中的電流I＝neSv＝nevbd 故U＝ 答案：下表面電勢高 電勢差為 針對訓(xùn)練： 1、 光電 熱電 2、 聲控 聲音 電 3、 A 4、C 5、角度增大，正對面積減小，電容器電容變小 能力訓(xùn)練：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD 9、 111