第一节传感

§6.1 传感器及其工作原理导学案班级：______姓名：________编者：甄建霞【学习目标】（1）、知道什么是传感器，了解非电学量转化为电学量的意义；（2）、知道常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，了解它们的工作原理。

【学习重点】：三种常见敏感元件的性能及工作原理。

【学习难点】：霍尔元件的工作原理及霍尔电压的表达式的推导。

【学习过程】【自学】1、传感器：能够感受诸如＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为、等电学量，或转换为的通断。

2、传感器一般由_____元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成＿＿＿＿信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。

3、常见的传感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。

4、制作传感器一些元器件：⑴光敏电阻：光照越强，电阻，可以把这个光学量转换为这个电学量。

⑵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；用半导体材料制作的热敏电阻的电阻率随温度升高而。

热敏电阻和金属热电阻能够把 _______这个热学量转换为这个电学量。

⑶霍尔元件：能够把这个磁学量转换为这个电学量。

【示学与互学】【探究一】一、传感器的概念1、传感器概念：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等＿＿＿＿＿量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等＿＿＿＿量，或转换为电路的通断的元器件。

原理图：2、列举生活中应用到传感器的实例：____________________________________________ ____________________________________________3、应用传感器的优点是什么？__________________________________________________【探究二】电容式位移传感器(1)电容的决定式为: ______(2) 电容式位移传感器的原理是什么?______________________________________。

例:如图－4所示是一种测定压力的电容式传感器。

当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（）图－4A．当F向上压膜片电极时，电容将减小B．当F向上压膜片电极时，电容将增大C．若电流计有示数，则压力F发生变化D．若电流计有示数，则压力F不发生变化二、三种常见的敏感元件【探究三】光敏电阻：①实验探究:光敏电阻的性能结论：光敏电阻的阻值随着光照强度的增强变_______。

②工作原理：半导体中参与导电的自由电荷是（载流子）是________.光敏电阻是由硫化镉制成的，硫化镉是一种____材料，无光照时，载流子____，导电性能_____；随着光照的增强，载流子_____，导电性能，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿③功能：光敏电阻能把__________（光学量）转换为______（电学量）。

它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

【探究四】２、热敏电阻和金属热电阻：（1）热敏电阻①热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，能够把_____转换______为这个电学量。

②由单晶硅或氧化锰等半导体材料制成的热敏电阻随温度的升高阻值变______。

③热敏电阻的电学符号为：R T(2)金属热电阻①金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？举例说明:_______________________________________________________②金属热电阻的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。

它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。

(3)如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的_____就可以知道其温度.这实际上是一个_________。

金属热电阻氧化锰等金属氧化物烧制热敏电阻阻值随温度的变化关系绝大多数金属随温度升高阻值变____随温度升高阻值变____制作材料导电方式（载流子）优点化学稳定性___，测温范围____ 灵敏度______缺点灵敏度_______ 化学稳定性____，范围_____【探究五】3、霍尔元件及霍尔电压（1）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，能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量HUEFMN••IB（2）霍尔效应的原理：为讨论问题方便假设载流子（参与定向移动的自由电荷为正电荷）思考：①运动的载流子在外部磁场受到什么力？②受力结果会使导体板的哪一侧聚集正电荷？电荷的聚集会在导体板间形成怎样的电场？运动的电荷受力又如何？③当满足什么条件导体板两侧会形成稳定的电压？_______________________________【思学】右图中霍尔电压U H与金属块宽度d有关,还是与高度b有关?U H与磁感应强度B有怎样的关系?有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，长为L,高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动速率为v。

1.则电流的微观表达式为I=_________________2. 载流子定向移动速率为v与电流I的关系为v=_______________3. 导体板两侧会形成稳定的电压时，自由电子受到的电场力与洛伦兹力的关系：__________4.霍尔电压U H与磁感应强度B的关系:______________________1、如图8所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压信号处理系统每获得一次低电压就计数一次信号处理系统每获得一次高电压就计数一次2、如图，R2为热敏电阻，a、b间接报警器。

当温度升高时，a、b间电压将？3、如图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的是( )4、霍尔元件能转换哪两个量（）A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C．把力转换为电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量1R2R3ba测学R1R2信号处理系统图8二．什么是传感器？师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有一个专门的名称：传感器。

什么是传感器呢？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。

我们把这种元件叫做传感器。

它的优点是：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。

其实，传感器并不神秘。

你家里可能就有很多的传感器。

请大家相互说说看，你家里，或者在你的生活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传感器？生讨论并交流：例如，①当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启动，而当温度低于设定值时，制冷系统又会自动停止。

冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。

②楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。

③为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现的烟雾，通过电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器。

④其他如宾馆洗手间的墙壁上干手机的湿度传感器、电视机里换频道的红外传感器、电饭锅的温控开关、养鸡场里的孵化器、交警用来测驾驶员是否酒后开车的酒精气体测试仪、磁悬浮列车里的加速度测试器、电容式话筒里的电容式传感器、自动洗衣机里的压力传感器等等.可以说，传感器的广泛使用，丰富了我们的生活，使我们的生活更加方便、安全和舒适。

三．光敏电阻师：为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们就来看几个实际的例子。

【演示实验3】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同学生完成：两人一组，用万用电表（由投影仪投出表盘）的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在室内自然光的照射下和用手掌遮光时进行。

学生总结实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。

师生总结：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。

（师）工作原理：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。

光敏电阻是由硫化镉制成的，硫化镉是一种半导体材料，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。

学生自学：半导体的导电机理四．金属热电阻和热敏电阻师问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？生答：（金属导体的电阻随温度的升高而增大，如白炽灯钨丝的电阻在正常工作情况下比常温下的电阻大得多）师生总结：用金属丝可以制作温度传感器，称为金属热电阻。

如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。

（投影电阻R随温度变化的图线）【演示实验4】热敏电阻随温度的升高电阻减小学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。

第一次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的电阻值。

1.金属导线；学生探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变 2.热敏电阻。

化非常明显。

师生总结1：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。

师生总结2：金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。

五．学生利用光敏电阻和热敏电阻自己设计简单的控制电路六．传感器的设计思路探究1.电容师：（对传感器的工作原理作阶段性的小结）传感器是把非电学量转换为电学量的元件，它使得某些非电学量容易测量或者能实现电路的自动通断.传感器的应用丰富了我们的生活，使我们的生活更舒适、更安全。

但从科技进步的角度来说，传感器的应用还只是浅层次的，更重要的是传感器的开发。

那么，传感器如何进行开发呢？这还得从传感器的工作原理入手。

例如，电容器电容的决定式为，如何利用电容的电学量与非电学量的关系设计一个电容式传感器？师：投影出四种电容式传感器，并作原理的分析。

2．霍尔元件师：1879年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。

人们把这样的现象称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电压。

人们利用霍尔效应做成了霍尔元件。