最新选修3-2：传感器的简单应用精编版

传感器的简单应用1、知道什么是传感器，传感器的工作原理。

2、知道传感器中常见的三种敏感元件及其它们的工作原理。

3、了解电容式传感器的应用。

（一）、传感器及其工作原理1、传感器：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、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，或转换为电路的通断。

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，然后经控制器分析处理。

常见的传感器有：力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器3、 常见传感器元件：（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，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。

它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

（2）金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻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。

它能用把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而升高或降低。

与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。

（3）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。

拓展：分析下列传感器的工作原理：４、霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个考纲解读基础突破电学量如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E 、F 、M 、N 而成。

若在E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B ，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M 、N 间出现电压U H 。

这个电压叫霍尔电压，其决定式为H IBU k d=。

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 推导：二、传感器的应用实例1、力传感器的应用-----电子秤（1）电子秤理有应变片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时 ,它的阻值会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量,因而电子秤是力传感器的应用.（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,在梁的自由端施力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，下表面应变片的电阻变小。

2 传感器的应用在超市里，当我们购买水果时，售货员把水果放到表面平整的电子秤上，电子秤即可显示出所购水果的质量及应付的钱数，这是为什么呢？提示：这是利用了力传感器，把水果放到电子秤上，对表面有向下的压力，经传感器→放大、转换电路→显示器，发出指令即质量和钱数。

1．传感器应用的一般模式传感器输出的________相当微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要把这个________放大。

如果需要远距离传送，可能还要把它转换成__________以抵御外界干扰。

用图表示为：2．应用实例(1)力传感器的应用——电子秤。

①组成：由金属梁和________组成。

②敏感元件：________。

③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________，左梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面______，下表面______，上表面应变片的电阻______，下表面应变片的电阻______。

F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大。

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______，下面应变片两端的电压______。

传感器把这两个电压的______输出。

外力越大，输出的________也就越大。

由________的大小，即可得到外力F的大小。

④作用：应变片将________这个力学量转换为______这个电学量。

(2)温度传感器的应用——电熨斗。

①敏感元件：________，它由两种________不同的材料组成。

②作用：双金属温度传感器的作用是控制电路的_____________________________。

③原理：电熨斗的自动控温原理图。

如图所示，常温下，上下触点应是______的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀系数____，下部金属膨胀系数____，则双金属片向____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________，重新接通电路加热，这样循环进行，起到____________的作用。

传感器的应用知识元传感器的应用知识讲解光敏电阻1．特点：电阻值随光照增强而减小。

2．原因分析：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。

所以无光照时，载流子极少，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：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。

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，如图所示，①为某一热敏电阻的“R－T”特性曲线。

（2）热敏电阻的两种型号及其特性热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。

在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(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。

（3）热敏电阻的用途热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：①利用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、液面等。

（4）金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。

如上图中的②为金属热电阻“R－T”特性曲线。

相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。

霍尔元件（1）霍尔效应如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感应强度为B的均匀磁场中。

当电流通过导体时，在导体的上侧面A与下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。

（2）霍尔元件霍尔元件就是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿PQ方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电势差U，使薄片厚度为d，PQ方向长度为l1，MN方向为l2。

薄片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场。

2020年高中物理选修3－2第六章《传感器的应用一》精品版新人教版高中物理选修3－2第六章《传感器的应用(一)》精品教案课题§6.2传感器的应用(一)课型新授课目标（一）知识与技能1．了解力传感器在电子秤上的应用。

2．了解声传感器在话筒上的应用。

3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。

（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。

（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。

重点重点：各种传感器的应用原理及结构难点：各种传感器的应用原理及结构。

教学活动过程教学过程复习回顾传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。

请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？新课学习1、传感器应用的一般模式（阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图）。

学习几个传感器应用的实例。

学生学习过程回顾传感器的定义和各种传感器的工作原理（3分钟）总结传感器的基本原理学生阅读课本并回答左侧的问题（6分钟）2．力传感器的应用——电子秤阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。

（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。

（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？理解应变片测力原理（如图所示）。

应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。

3．声传感器的应用——话筒阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。

（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。

（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。

这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。

2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。

6.2传感器的应用基础知识一、传感器应用的一般模式传感器→放大转换电路→⎩⎪⎨⎪⎧执行机构显示器指针式电表、数字屏计算机系统二、力传感器的应用——电子秤1．组成：电子秤使用的测力装置是力传感器．常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的．应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成．2．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，在梁的自由端施力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，下表面应变片的电阻变小．力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表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．力F越大，输出的电压差值也就越大．3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．三、温度传感器的应用1．电熨斗(1)构造(如图所示)它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成．(2)敏感元件：双金属片．(3)工作原理：温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断．2．电饭锅(1)构造(如图所示)(2)敏感元件：感温铁氧体(3)工作原理①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”．②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．四、光传感器的应用——火灾报警器1．构造：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．2．工作原理：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．基础练习1．光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。

教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期]任教学科：_____________任教年级：_____________任教老师：_____________xx市实验学校四、传感器的应用实例【要点导学】1、本节通过学生亲自动手实验，组装一个光控开关、一个温度报警器，以加深对传感器的理解。

2、实验中的主要部件是一种“非”逻辑关系的电路，简称“非门”，其符号如图6-4-1所示。

“非门”的工作原理是，当输入为1时，输出为 ；输入为0时，输出为 。

由于单个非门很少，实际生产是总是将多个“非”门集成在一个电路板上做成集成电路，如图6-4-2为具有六个“非”门的斯密特触发器，其输入端为A ，输出端为Y 。

斯密特触发器工作特点是：当加在A 端的电压超过1.6V 时，输出端Y 从高电平跳到低电平（0.25V ）；当输入端A 的电压降低到0.8V 时，输出端Y 从低电平跳到高电平（3.4V ）。

3、用斯密特触发器组装一个光控电路（1）实验电路图如图6-4-3所示，图中LED 为发光二极管，R G 为光敏电阻传感器，R 1的最大值为51K Ω，R 2为330Ω。

电路原理分析如下：A 端的电平计算公式为GG G A R R R R R U /15511+=+=。

设环境光亮度为某个值，调节R 1的阻值，使U A <0.8V ，此时Y 端输出为高电平，发光二极管因截止而不发光。

当环境光亮度降低时，R G 的阻值变大，有上述计算公式可知U A 上升，当环境光亮度降低到一定值时，U A ≥1.6V 时，输出点Y 变为低电平，发光二极管导通而发光。

（2）要想在环境光亮度更暗（即R G ）更大时发光二极管才会点亮，时由A 端的电平计算公式≥+=GA R R U /151 1.6V 可知，应该把R 1调 （填“大”或“小”）一些。

（3）由于发光二极管允许通过的电流强度较小，太大会烧毁二极管，因此电路中与发光二极管串联的电阻R 2的作用是 。