学年人教版选修32 传感器及其工作原理 第1课时学案.docx

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学年人教版选修32传感器及其工作原理第1课时学案

在日常生活中我们可能有过这样的经历:

当走近自动门时,门会自动打开;电梯关门,当两门靠拢到接触人体时,门又会重新自动打开……这是由于传感器在起作用,传感器是自动化控制装置中必不可少的器件,在信息技术高速发展的今天,传感器发挥着越来越重要的作用。

图示为电影《霹雳五号》中机器人的造型。

课时6.1　传感器及其工作原理

　　1.初步认识传感器的基本功能。

2.了解传感器是能感受非电学量并将其转换成电学量的元件。

3.知道光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

4.知道霍尔元件能把磁感应强度转换为电压。

　　1.什么是传感器

传感器是指这样一类元件:

它能够感受诸如①　　、②　　、③　　、④　　、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等。

2.常见传感器元件

（1）光敏电阻

光敏电阻是把硫化镉涂敷在绝缘板上制成的一种电阻,其中硫化镉是一种⑤　　材料。

（2）金属热电阻和热敏电阻

金属热电阻与热敏电阻相比,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度⑥　　（填“较好”或“较差”）。

（3）电容式位移传感器

电容式位移传感器是把位移这个⑦　　量转换成为电容这个⑧　　量的传感器。

（4）霍尔元件

霍尔元件能够把⑨　　这个磁学量转换为电压这个电学量。

　　主题1:

认识传感器

（1）夜晚,楼梯上漆黑一片。

但随着我们的脚步声响,楼梯的灯亮了;我们登上一层楼,灯光照亮一层楼,而身后的灯则依次熄灭。

你认为这种照明电路中至少含有哪些传感器?

为什么灯亮了一段时间才熄灭?

（2）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,那么它是如何送给控制系统来产生各种控制动作的?

画出原理图。

　　主题2:

光敏电阻

图示是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B中的主要元件是光电传感器——光敏电阻。

试说明其计数的原理。

　　主题3:

温度传感器的原理实验探究（重点探究）

如图所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间。

若往RT上擦一些酒精,表针将如何摆动?

若用吹风机将热风吹向电阻,表针将如何摆动?

　　主题4:

电容式位移传感器

如图所示,当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动。

如果测出了电容的变化,就能测定物体位置的变化。

（1）用什么方法可以检测电容的变化?

（2）在如图所示的情况下,如果电容增大,则说明被测物体向哪个方向移动了?

　　主题5:

霍尔元件

霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量的传感器。

如图所示,有电流I流过长方体金属块,金属块宽为d,高为h,有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的前后表面。

你能判断出此金属块上下表面（即A、A'）哪面电势高吗?

为什么?

1.关于传感器,下列说法正确的是（　　）。

A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的

B.金属材料也可以制成传感器

C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的

D.以上说法都不正确

2.传感器是一种采集信息的重要器件。

图示是一种测定压力大小的电容式传感器示意图。

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、灵敏电流表和电源串联成闭合电路,则（　　）。

A.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.若电流表有示数,则压力F发生了变化

D.若电流表有示数,则压力F没有发生变化

3.如图所示,Rt为负温度系数的半导体热敏电阻,其他电阻都是普通的电阻,当灯泡L的亮度变暗时,说明（　　）。

A.环境温度变高

B.环境温度变低

C.环境温度不变

D.都有可能

4.图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。

当光信号被物品挡住时,光电计数器计数一次。

此光电计数器的基本工作原理是（　　）。

A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压

B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压

C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

　　拓展一、传感器的应用

1.温度传感器广泛应用于空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。

如图甲所示,电源的电动势E=9V,内阻不计;

为灵敏电流表,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻阻值随温度的变化关系如图乙所示。

闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表的示数I1=2mA;当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻R的温度为多少?

　　拓展二、对霍尔元件的分析

2.如图所示,通过霍尔元件PQEF的电流为I,外加垂直于薄片的匀强磁场的磁感应强度为B,薄片的厚度为d。

又已知该元件载流子的电荷量为q,单位体积含载流子的个数为n,试推导该霍尔元件上PQ两侧形成的稳定电压UH的表达式。

参考答案

第六章　传感器

课时6.1　传感器及其工作原理

知识体系梳理

①力　②温度　③光　④声　⑤半导体　⑥较差　⑦力学　⑧电学　⑨磁感应强度

重点难点探究

主题1:

（1）照明电路中至少含有光传感器和声音传感器。

灯亮了一段时间是因为有延时电路（开关）。

（2）这些信号通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作。

传感器原理如图所示。

非电学量

敏感元件

转换器件

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转换成与被测量呈一定关系且易于测量的物理量,如温度、位移等。

转换器件:

也称传感元件,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:

将转换器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。

主题2:

当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值减小,供给信号处理系统的电压降低;当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值增大,供给信号处理系统的电压升高。

这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化为相应的数字,实现自动计数的功能。

主题3:

若往RT上擦一些酒精,由于酒精蒸发,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,指针应向左偏;若用吹风机将热风吹向电阻,电阻RT温度升高,电阻值减小,指针将向右偏。

主题4:

（1）给电容器带上一定的电荷,然后用静电计来检测两极板间电势差的变化,可判断电容的变化。

静电计显示的电势差越大,两极板间电容越小。

（2）如果电容增大,说明两极板间的电介质增多了,被测物体向左移动了。

主题5:

因为霍尔元件中的自由电荷为电子,电子定向移动的方向与电流方向相反,故由左手定则可判定电子向上偏,则上表面聚集负电荷,同时下表面带有等量的正电荷,故下表面（即A'）电势高。

基础智能检测

1.B　2.BC　3.B　4.AC

全新视角拓展

1.120℃

【解析】由图乙可知t1=20℃时,R的阻值为4kΩ,由E=I1（R+Rg）

得Rg=

-R=

kΩ-4kΩ=0.5kΩ

当I2=3.6mA时,热敏电阻的阻值为R',则:

R'=

-Rg=

kΩ-0.5kΩ=2.0kΩ

由图乙可知此时对应的温度为t2=120℃。

2.UH=k

（k=

）

【解析】设图中PQ方向的长度为L,则:

q

=qvB

根据电流的微观解释,可得:

I=nqSv=nqLdv（d为薄片的厚度）

整理后得:

UH=

令k=

因为n为材料单位体积的带电粒子个数,q为单个带电粒子的电荷量,它们均为常数,故有:

UH=k

。