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5.1-5.2：认识传感器、常见传感器的工作原理及应用一：知识精讲归纳考点一、传感器及其工作原理1．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成．4．传感器应用的一般模式：考点二、光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，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．考点三、金属热电阻和热敏电阻1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作成温度传感器，称为热电阻．2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．考点四、电阻应变片1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象．2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应．3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．二：考点题型归纳题型一：传感器的认识和原理1．（2022秋·浙江杭州·高二期中）如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。
金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动（不能上下移动），电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。
关于该传感器的说法正确的是（）A．汽车保持静止时，电容器不带电B．汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流2．（2023秋·广东广州·高二统考期末）传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。
高二传感器知识点总结一、传感器的基本概念传感器是一种能够感知周围环境并将感知到的信息转化为电信号或其他形式信号的器件。
传感器在工业自动化、智能家居、医疗设备、汽车工业等领域都有广泛的应用，对于提高生产效率、改善生活质量有着重要的作用。
二、传感器的分类1. 按照测量物理量分类传感器根据其测量的物理量不同可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、湿度传感器、力传感器、位移传感器等多种类型。
2. 按照传感原理分类传感器还可以按照其传感原理不同进行分类，常见的传感原理包括电阻传感器、电容传感器、电感传感器、霍尔传感器、红外线传感器、激光传感器等。
3. 按照传感器的工作原理分类按照传感器的工作原理可以分为接触式传感器和非接触式传感器两种。
接触式传感器需要直接接触被测物体，而非接触式传感器可以通过无线、光学或者声波等方式进行测量。
三、传感器的特点1. 灵敏度高传感器能够感知到微小的变化，具有高的灵敏度。
2. 可靠性高传感器具有良好的稳定性和可靠性，能够长时间稳定工作。
3. 多功能性强传感器可以感知多种物理量，具有多功能性。
4. 体积小、重量轻传感器通常体积小、重量轻，便于安装和携带。
5. 自动化程度高传感器可以实现自动检测和自动控制，有助于提高生产效率。
四、传感器的应用1. 工业自动化传感器在工业自动化领域有着广泛的应用，可以用于测量温度、压力、液位、流量等参数，实现设备的自动化控制。
2. 智能家居在智能家居领域，传感器可以应用于智能灯光控制、温湿度监测、门窗开关检测等方面，提高生活的便利性和舒适性。
3. 医疗设备在医疗设备领域，传感器可以用于心率监测、血压监测、血糖监测等，为医疗人员提供重要的生理参数。
4. 汽车工业在汽车工业中，传感器可以用于车速测量、车重检测、发动机温度检测等，提高车辆的性能和安全性。
五、传感器的未来发展趋势1. 多功能集成传感器未来发展趋势是实现多功能集成，将多种传感功能整合在一个器件中，提高传感器的智能化和多功能性。
第五章传感器1.认识传感器 (1)2.常见传感器的工作原理及应用 (1)3.利用传感器制作简单的自动控制装置 (19)1.认识传感器2.常见传感器的工作原理及应用必备知识·自主学习一、神奇的传感器【情境思考】小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。
如果把磁体B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
问题：盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？提示：小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件，能起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。
1.传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。
2.楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。
只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
3.自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。
这种装置就是红外线传感器。
4.便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
5.非电学量转化成电学量的意义：把非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类1.传感器的种类：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器。
2.电化学反应原理：把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。
3.生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。
三、传感器的组成与应用模式1.传感器的基本部分由敏感元件、转换元件组成。
2.传感器原理：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，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
§传感器一．知识解码一．传感器的定义传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。
一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：非电学量——敏感元件——转换元件——转换电路——电学量敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。
转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。
转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、频率等。
二：常见传感器1.力学传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。
力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。
２.热传感器热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。
３.光传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。
如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。
如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。
二．题型解码题型一：力学传感器的应用对应解码套路：例1 :用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个有力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0㎏的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上其压力大小可以直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上, 传感器b在前,a在后.汽车静止时, 传感器a、b的示数均为10N（取g=10m／s2）（１）若传感器a示数为14N，b 的示数为6.0N,求此时汽车的加速度和方向?（２）当汽车以怎样的加速度运动时, 传感器a的示数为零？解：（１）如图所示左侧弹簧对滑块向右的推力Ｆ１＝１４Ｎ，右侧弹簧对滑块的向左的推力Ｆ２＝６.０Ｎ，滑块所受合力产生加速度ａ１，由牛顿第二定律得：Ｆ１－Ｆ２＝ｍａ１，所以ａ１＝４ｍ／ｓ２。
新教材人教版高中物理选择性必修第二册第5章知识点清单目录第5章传感器第1节认识传感器第2节常见传感器的工作原理及应用第3节利用传感器制作简单的自动控制装置第5章传感器第1节认识传感器一、神奇的传感器1. 干簧管(1)构造：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。
(2)作用：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用。
(3)类型：干簧管是一种能够感知磁场的传感器。
2. 声控—光控开关这种开关可以感知环境的明暗和声音的强弱。
只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
3. 自动门自动门装有红外线传感器，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。
4. 传感器定义传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。
通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
二、传感器的种类利用物质的物理特性或物理效应力传感器磁传感器声传感器利用电化学反应原理离子传感器气体传感器利用生物活性物质的选择性来识别酶传感器三、传感器的组成与应用模式1. 传感器的基本组成(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受或响应外界被测非电学量的部分。
(2)转换元件：也称传感元件，是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。
2. 信号调整与转换电路：将转换元件输出的电学量放大或转换成其他电信号的电路。
3. 传感器应用的一般模式第2节常见传感器的工作原理及应用一、光敏电阻二、金属热电阻和热敏电阻2. 在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。
若无特殊说明，热敏电阻指的是负温度系数热敏电阻。
第五章传感器第一节：认识传感器（1、传感器）（2、传感器的原理和分类）第二节：常见传感器的工作原理及应用（1、光敏电阻）（2、热敏电阻和金属热电阻）（3、应变式力传感器）（4、电容式传感器）（5、声传感器）（6、温度传感器）（7、传感器应用的一般模式）第三节：利用传感器制作简单的自动控制装置（1、电饭锅的工作原理）（2、火灾报警器的工作原理）（3、斯密特触发器）（4、蜂鸣器）（5、鼠标）（6、常见传感器的应用）（7、常见电学原件的原理）第一节传感器一、传感器1．定义：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为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断的器件或者装置。
2.功能：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。
二、传感器的原理和分类1．传感器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，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
传感器原理如下图所示。
2．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。
根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。
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、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。
化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成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做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，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。
第二节常见传感器的工作原理及应用一、光敏电阻1、特点：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。
2、原理：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。
二、热敏电阻和金属热电阻1、热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。
如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
理解：（1）在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数（PTC）热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数（NTC）热敏电阻器。
（2）热敏电阻器的应用十分广泛，主要应用于：①利用电阻—温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补偿。
②利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用。
③利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面、热导、真空度等。
④利用热惯性作为时间延时器。
2、金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的金属也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。
理解：热敏电阻或金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较高。
三、应变式力传感器1、组成：由金属梁和应变片组成。
2、工作原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，左梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面电阻变小。
F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化越大。
如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小。
传感器把这两个电压的差值输出。
外力越大，输出的电压差值也就越大。
四、电容式传感器如图所示，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，从而引起电容的变化，如果将电容器与灵敏电流表、电源串联，组成闭合电路，当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流表有示数。
五、声传感器--话筒1．话筒的作用把声音信号转换为电信号。
2．电容式话筒（1）原理：如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。
当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。
（2）优点：保真度好。
3．驻极体话筒（1）极化现象：将电介质放人电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象。
（2）驻极体：某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体。
（3）原理：同电容式话筒，只是内部感受声波的是驻极体塑料薄膜。
（4）特点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。
六、温度传感器---电熨斗1．温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把热信号转换为电信号进行自动控制。
2．电熨斗的构造如图所示。
3．电熨斗的自动控温原理内部装有双金属片温度传感器，如图所示，其作用是控制电路的通断。
常温下，上、下触头应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热。
温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
注意：熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的。
六、传感器应用的一般模式第三节利用传感器制作简单的自动控制装置一、电饭锅的工作原理1．感温铁氧体（1）组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103℃时，失去铁磁性。
（3）居里点：又称居里温度，即指103℃。
2．电饭锅的结构如图所示：3．电饭锅的工作原理开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内水保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，温度升至居里点103℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源从而停止加热。
4.注意：如果用电饭锅烧水，在水沸腾后因为水温保持在100℃，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。
二、火灾报警器的工作原理1、如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器。
2、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。
平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。
烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。
与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
3、注意：常见的光传感器：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等。
三、斯密特触发器1、特点：当输入端电压逐渐上升到某一个值（1.6 V）时，输出端会突然突然从高电平跳到低电平（0.25 V），当输入端电压下降到另一个值（0.8 V）时，输出端会从低电平跳到高电平（3.4 V）。
2、工作原理：对于如图所示的光控电路：R电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则白天，光强度较大，光敏电阻G输出端Y输出高电压，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，G R的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（1.6 V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
R的阻值调大些，这样要使斯密特触发器3、注意：要想在天更暗时路灯才会照亮，应该把1的输入端A电压达到某个值（如1.6 V），就需要G R的阻值达到更大，即天色更暗。
4．另一电路分析由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯模仿路灯，就要使用继电器来启闭供型微型继电器电电路，如图所示。
灯泡可用“6V0.3A”的，继电器可以使用HRS1H SJ为它的常开触点。
以便能够插在实验板上。
图中J为继电器，工作电压为5 V，a注意：（1）二极管具有单向导电性，在电路中不能反接，否则电磁继电器将不能正常工作。
（2）图中J与a J是相互联系的整体。
（3）在控制电路中之所以并联一只二极管，是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。
二极管的存在可以提供自感电流的通路。
四、蜂鸣器（报警器）1、电路原理如图所示，温下，调整1R 的阻值使斯密特触发器2、工作原理：常的输入端A 处于低电平，输出端Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻T R 阻值减小，斯密特触发器输入端A 电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，1R 的阻值不同，则报警温度不同。
3、注意：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小1R 的阻值，1R 阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
五、鼠标--光传感器应用1．机械式鼠标：其内部组成如图所示，包括滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管（光传感器）。
2、工作原理：鼠标器移动时，滚球的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 、两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。
六、常见传感器应用1．生活中的传感器（1）与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。
（2）红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。
（3）照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器。
2．农业生产中的传感器（1）湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。
（2）温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测。
由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象。
3．工业生产中的传感器（1）生产的自动化和半自动化。
用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。
各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。
（2）在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。
4．飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。
这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。
在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。
七、常见电学元件的原理和应用1．普通二极管和发光二极管（1）都具有单向导电性。
