1.1 传感器及其工作原理

【学习目标】
1、知道什么是传感器
2、了解传感器的常用元件的特征

【自主学习】
一、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＿＿＿＿＿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。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。
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＿＿＿＿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、磁敏传感器等。
二、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＿＿＿＿＿
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＿＿＿＿，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。
热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。
与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。
３、电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。
４、霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量

【典型例题】
例一、如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻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，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动。

例二、传感器是一种采集信息的重要器件。如图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（ ）

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

例三、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，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，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）

【针对训练】
1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器，热敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器。
２、为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。
3、如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ ）

A、h增大
B、h减小
C、h不变
D、无法确定

4、如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）

A、R1两端的电压增大
B、电流表的示数增大
C、小灯泡的亮度变强
D、小灯泡的亮度变弱
5、如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度 发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。

【能力训练】
1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）
A、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
B、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好
C、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D、半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好
2、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
３、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）
Ａ、电介质进入极板的长度
Ｂ、两极板间距
Ｃ、两极板正对面积
Ｄ、极板所带电量
４、如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）
Ａ、电压表的示数增大
Ｂ、Ｒ２中电流减小
Ｃ、小灯泡的功率增大
Ｄ、电路的路端电压增大
5、如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（ ）

Ａ、Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势
Ｂ、Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势
Ｃ、Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势
Ｄ、Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势

6、有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）
A、金属导体 B、绝缘体 C、半导体 D、超导体
7、如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（ ）

A、如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B、如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显
D、如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显
8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）

A、将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B、在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C、在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D、改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
9、如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿

【学后反思】
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参考答案
典型例题：
例1、分析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。＿左＿ ＿右＿＿
例2、分析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。 答案：AC
例3、分析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。 答案：BC
例4、解：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U。
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q =QvB
又因为导体中的电流I＝neSv＝nev?bd
故U＝
答案：下表面电势高 电势差为
针对训练：
1、光电 热电
2、声控 声音 电
3、A 4、C
5、角度增大，正对面积减小，电容器电容变小
能力训练：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD

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