一、傳感器及其分類(lèi)1．填一填(1)傳感器：能夠感受到被測(cè)量的信息，并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為可用信號(hào)的器件或裝置。(2)傳感器組成：一般由 元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。如圖所示：
(3)傳感器的分類(lèi)①物理傳感器：利用被測(cè)物理量(如壓力、溫度、位移、亮度等)變化時(shí)，敏感元件的 量(如電阻、電壓、電容等)發(fā)生明顯變化的特性制成的傳感器，如壓電傳感器、光電傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等。②化學(xué)傳感器：基于化學(xué)反應(yīng)的原理，將化學(xué)物質(zhì)的成分、 等化學(xué)信息轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器，如半導(dǎo)體氣體傳感器、濕敏傳感器、離子傳感器等。③生物傳感器：基于酶、抗體和 等分子識(shí)別功能，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，如酶?jìng)鞲衅?、?xì)胞傳感器、免疫傳感器等。
2．判一判(1)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。( )(2)傳感器只能感受溫度和光兩個(gè)物理量。( )(3)傳感器能夠?qū)⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，其核心部件是敏感元件。( )3．想一想　交警用酒精檢測(cè)儀可以測(cè)量司機(jī)呼出氣體的酒精濃度。為什么傳感器一般都是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量呢？提示：電學(xué)量具有易測(cè)量，易控制，測(cè)量精度和速度較高，易放大、反饋、存儲(chǔ)和可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。特別是電信號(hào)能方便地與計(jì)算機(jī)連接而進(jìn)行信息處理，所以傳感器一般都是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。
二、溫度傳感器和光電傳感器的原理1．填一填(1)溫度傳感器的原理①溫度傳感器：將 變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置。②溫度傳感器中的敏感元件： 電阻、熱電偶、熱雙金屬片等。③熱敏電阻的分類(lèi)：a．正溫度系數(shù)熱敏電阻：阻值隨溫度的上升而 。b．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：阻值隨溫度的上升而 。c．臨界溫度系數(shù)熱敏電阻：阻值在很小的溫度范圍內(nèi)急劇 。
(2)光電傳感器的原理①光電傳感器：能夠感受光信號(hào)，并按照一定規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的傳感器。②光敏電阻：是光電傳感器的敏感元件，其電阻隨光照的增強(qiáng)而 。③光電傳感器中的敏感元件：光敏電阻、光電池、光敏 等。2．判一判(1)光敏電阻隨著光照的增強(qiáng)，導(dǎo)電性變好。 ( )(2)熱敏電阻能夠把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。 ( )(3)只有熱敏電阻才能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。 ( )
3．選一選有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)其電阻減小，這種元件可能是(　　)A．金屬導(dǎo)體　　　　　　　B．光敏電阻C．熱敏電阻 D．霍爾元件解析：金屬導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而增大，光敏阻是隨光照強(qiáng)度的增大而減小，正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，霍爾元件隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大其兩端的電壓增大，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。答案：C　
三、傳感器的應(yīng)用1．填一填(1)生活中的傳感器①與溫度控制相關(guān)的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、 、消毒碗柜等。②與紅外線傳感器相關(guān)的應(yīng)用：自動(dòng)門(mén)、家電 、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等。③與光敏傳感器相關(guān)的應(yīng)用：照相機(jī)。④與壓力傳感器相關(guān)的應(yīng)用：家用便攜式電子秤。
(2)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器①濕度傳感器的應(yīng)用：無(wú)人管理的自動(dòng)噴灌系統(tǒng)。②溫度傳感器的應(yīng)用：自動(dòng) 的蔬菜大棚。③現(xiàn)代糧庫(kù)采用溫度傳感器和濕度傳感器，通過(guò)通風(fēng)裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，有效地減少糧庫(kù)里的霉變。(3)工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器①汽車(chē)生產(chǎn)線上的焊接機(jī)器人是 傳感器、力學(xué)傳感器、溫度傳感器、電弧傳感器等的聯(lián)合應(yīng)用。②埋入式 傳感器安置在大橋或水壩中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大橋或水壩的裂痕等安全隱患。
(4)航天航空中的傳感器①運(yùn)載火箭上應(yīng)用的壓力傳感器。②哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上應(yīng)用的高精度光學(xué)傳感器。③載人飛船中應(yīng)用的 傳感器。2．判一判(1)酒店自動(dòng)門(mén)應(yīng)用了紅外線傳感器。( )(2)電冰箱用于控制壓縮機(jī)工作的溫控系統(tǒng)中用到了溫度傳感器。 ( )(3)汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)線上用于焊接的機(jī)器人只利用了力學(xué)傳感器。 ( )
3．選一選類(lèi)人型機(jī)器人裝有作為眼睛的“傳感器”、猶如大腦的“控制器”以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓?zhuān)⒓皶r(shí)轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說(shuō)法正確的是 (　　)A．是力傳感器　　　　　　B．是光傳感器C．是溫度傳感器 D．是聲音傳感器解析：碰到障礙物前會(huì)自動(dòng)避讓?zhuān)f(shuō)明它是光傳感器，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案：B　
探究(一)　　傳感器的工作原理[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]CPU溫度是由CPU內(nèi)置的溫度傳感器偵測(cè)到溫度之后傳達(dá)給BIOS顯示出來(lái)，由BIOS依據(jù)溫度高低來(lái)決定散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。(1)CPU溫度傳感器的作用是什么？主要由什么元件組成？(2)CPU溫度傳感器的存在對(duì)電腦有什么意義？提示：(1)將非電學(xué)量溫度轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出給BIOS，主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。(2)及時(shí)將CPU溫度傳遞給電腦，防止因CPU溫度過(guò)高而出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。
【重難釋解】傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過(guò)放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器的工作原理如下所示。
　典例1 某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)，在P向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中(　　)A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高
分析傳感器時(shí)要明確的問(wèn)題(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的；(3)是如何顯示或控制開(kāi)關(guān)的。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1．關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件B．電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→非電學(xué)量C．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量D．非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量
2．關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的D．以上說(shuō)法都不正確解析：大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料做成的，某些金屬也可以做傳感器，如金屬熱電阻。傳感器將非電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電學(xué)信號(hào)”。故只有B正確。答案：B　
3．當(dāng)你走近某些賓館、酒樓的大門(mén)時(shí)，門(mén)就會(huì)自動(dòng)為你打開(kāi)；當(dāng)你走進(jìn)門(mén)之后，門(mén)又在你身后自動(dòng)關(guān)上。你覺(jué)得這可能是將下列哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息 (　　)A．溫度　　　　　　　　B．運(yùn)動(dòng)C．人 D．光線解析：自動(dòng)門(mén)的自動(dòng)控制要求靈敏、可靠，若以溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動(dòng)門(mén)將無(wú)法使用。自動(dòng)門(mén)實(shí)際使用的是紅外線傳感器，紅外線屬于不可見(jiàn)光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動(dòng)控制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)門(mén)。故D正確。答案：D　
探究(二)　　電阻式傳感器的應(yīng)用分析[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]如圖是應(yīng)變片的原理及力學(xué)傳感器的應(yīng)用的圖片。(1)電子秤的敏感元件是什么？(2)電阻應(yīng)變片是怎樣把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的？提示：(1)電阻應(yīng)變片。(2)當(dāng)電阻應(yīng)變片長(zhǎng)度和橫截面積發(fā)生變化時(shí)，由電阻定律可知電阻發(fā)生變化。
【重難釋解】1．電阻式傳感器性能比較
典例2　溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家電產(chǎn)品中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性工作的。如圖甲中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9.0 V，內(nèi)電阻可忽略不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示的R-t圖線，閉合開(kāi)關(guān)，當(dāng)R的溫度等于120 ℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝3 mA，求：(1)電流表G的內(nèi)阻Rg。(2)當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝1.8 mA時(shí)，熱敏電阻R的溫度。
含傳感器的電路動(dòng)態(tài)分析的四點(diǎn)注意(1)如果涉及光敏電阻，必須明確光照情況怎樣變化，從而判斷出其阻值的變化。(2)如果涉及熱敏電阻，必須明確是正溫度系數(shù)還是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻及溫度變化情況，從而判斷其阻值的變化。(3)如果是其他元件引起的電路變化可具體問(wèn)題具體分析。(4)結(jié)合電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及局部阻值的變化，根據(jù)閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關(guān)物理量的變化。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.(多選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是熱敏電阻B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻C．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻D．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻
解析：熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變化，故A正確，B錯(cuò)誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯(cuò)誤。答案：AC　
2．(多選)在溫控電路中，通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制。如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(　　)A．電容器C的帶電荷量增加B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D．R1消耗的功率增大
3．如圖是某同學(xué)在科技制作活動(dòng)中自制的電子秤原理圖，利用電壓表(內(nèi)電阻很大)的示數(shù)來(lái)指示物體的質(zhì)量。托盤(pán)與電阻可忽略的彈簧相連，托盤(pán)與彈簧的質(zhì)量均不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器的滑動(dòng)端與彈簧上端連接，當(dāng)托盤(pán)中沒(méi)有放物體時(shí)，電壓表的示數(shù)為零。設(shè)變阻器的總電阻為R，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，限流電阻為R0，彈簧的勁度系數(shù)為k，若不計(jì)一切摩擦和其他阻力。
(1)求出電壓表示數(shù)Ux與所稱(chēng)物體質(zhì)量m的關(guān)系式。(2)由(1)的計(jì)算結(jié)果可知，電壓表示數(shù)與待測(cè)物體質(zhì)量不成正比，不便于制作刻度。為使電壓表示數(shù)與待測(cè)物體質(zhì)量成正比，請(qǐng)利用原有器材進(jìn)行改進(jìn)，在如圖的基礎(chǔ)上完成改進(jìn)后的電路原理圖，并求出電壓表示數(shù)Ux與待測(cè)物體質(zhì)量m的關(guān)系式。
探究(三)　　傳感器的應(yīng)用[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]家用汽車(chē)已經(jīng)配備自動(dòng)大燈，可以自動(dòng)控制燈光的開(kāi)啟和關(guān)閉，比如你白天突然進(jìn)入隧道或者清晨傍晚光線不好時(shí)，大燈自動(dòng)打開(kāi)照亮前路，使行車(chē)更安全。請(qǐng)問(wèn)是如何實(shí)現(xiàn)的？提示：用光控開(kāi)關(guān)控制大燈開(kāi)啟，光敏元件收集到光照強(qiáng)度較弱時(shí)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，大燈亮起?！　　　?
【重難釋解】1．傳感器的應(yīng)用步驟物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電學(xué)量的器件。我們可以把傳感器的應(yīng)用過(guò)程分為三個(gè)步驟：(1)信息采集。(2)信息加工、放大、傳輸。(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。
2．分析傳感器問(wèn)題要注意三點(diǎn)(1)感受量分析：要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等。(2)輸出信號(hào)分析：明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律。(3)電路結(jié)構(gòu)分析：認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律。
霍爾電勢(shì)高低的判斷方法(1)由左手定則判斷帶電粒子的受力方向，如果帶電粒子是正電荷，則拇指所指的面為高電勢(shì)面；如果是負(fù)電荷，則拇指所指的面為低電勢(shì)面，但無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷，四指指的都是電流方向，即正電荷定向移動(dòng)的方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向。(2)在判斷電勢(shì)高低時(shí)一定要注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上下表面的電勢(shì)有什么關(guān)系 (　　)A．φM>φN　　　　　B．φM＝φNC．φM

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第一節(jié) 傳感器及其工作原理

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