人教新课标高中物理选修传感器及其工作原理张省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章传感器第六章传感器第一节传感器及其工作原理第一节传感器及其工作原理第1页第2页1知道什么是传感器及传感器工作原理2掌握制作传感器惯用元件特征(重点)3在了解传感器特征基础上，掌握各元件简单应用(难点)第3页一、什么是传感器1定义感受 量，并能把它们按照一定规律转换为 量，或转换为电路一类元件2工作原理非电学非电学电学电学通断通断第4页二、光敏电阻1特点电阻值随光照增强而 2原因分析光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子 ，导电性能 ；伴随光照增强，载流子 ，导电性 3作用把这个光学量转换为 这个电学量减小减小极少极少不好不好不好不好变好变好光照强弱光照强弱电阻电阻第5页三、热敏电阻和金属热电阻热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度升高而_电阻率随温度升高而_制作材料优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将 这个热学量转换为 这个电学量减小减小增大增大半导体半导体金属金属温度温度电阻电阻第6页利用半导体导电机理说明氧化锰热敏电阻电阻率为何会随温度升高而减小？提醒：温度越高，半导体中载流子数目越多，所以导电性能越强第7页四、霍尔元件1组成在一个很小矩形半导体薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件第8页2原理E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直磁场B时，薄片中载流子就在 力作用下，向着与 和都垂直方向漂移，使M、N间出现 (如图)洛伦兹洛伦兹电流电流磁场磁场电压电压第9页3霍尔电压UH ，d为薄片厚度，k为霍尔系数一个霍尔元件d、k为定值，若保持I恒定，则UH就与B成 4作用把这个磁学量转换为 这个电学量正比正比磁感应强度磁感应强度电压电压第10页第11页一、传感器1传感器作用：能像人感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定规律和要求，把这些信息转换成可用输出信息器件和装置，叫做传感器传感器是各种测量和自动控制系统“感受器官”2传感器特点：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成份等非电学量，并能把它们按照一定规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路通断第12页3传感器原理：传感器感受通常是非电学量，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，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作即：第13页二、光敏电阻1特点：阻值伴随光照强度增大而减小2电阻改变原因：硫化镉是一个半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；伴随光照增强，载流子也增多，导电性能变好，电阻变小第14页3作用：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量4组成材料：光敏电阻普通由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，会有更多电子取得能量成为自由电子，同时也形成更多空穴，于是导电性能显著增强。第15页三、热敏电阻和金属热电阻1热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻值随温度改变显著，如图所表示为某一热敏电阻电阻温度特征曲线第16页2热敏电阻两种型号及其特征：热敏电阻器是电阻值随温度改变而改变敏感元件在其工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小是负温度系数(NTC)热敏电阻器普通惯用是负温度系数热敏电阻器第17页3热敏电阻器分类分类方式类别电阻温度特征正温度系数、负温度系数材料金属、半导体(单晶、多晶、陶瓷)结构珠状、片状、杆状、膜状工作方式直热式、旁热式工作温度常温、高温、低温用途测温、控温、辐射能(功率)测量、稳压(稳辐)等第18页4金属热电阻：有些金属电阻率随温度升高而增大，这么电阻能够制成温度传感器，称为热电阻如图为某金属导线电阻温度特征曲线第19页【温馨提醒】按热敏电阻随温度改变规律，热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻随温度升高，电阻增大，负温度系数热敏电阻随温度升高电阻减小第20页四、霍尔元件工作原理霍尔元件就是利用霍尔效应来设计一个矩形霍尔材料薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所表示，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.第21页第22页第23页五、电容式传感器1原理电容器电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个原因，假如某一物理量(如角度、位移x、深度h等)改变能引发上述某一原因改变，从而引发电容改变，那么测定电容器电容就能够确定上述物理量改变第24页2用途第25页图(1)是用来测定角度电容式传感器，当动片与定片之间角度发生改变时，引发极板正对面积S改变，使电容C发生改变，知道C改变，就能够知道改变情况图(2)是测定液面高度h电容式传感器，在导线芯外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体组成电容器两个极，导线芯外面绝缘物质就是电介质，液面高度h发生改变时，引发正对面积发生改变，使电容C发生改变知道C改变，就能够知道h改变情况第26页图(3)是测定压力F电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生改变，引发电容C改变，知道C改变，就能够知道F改变情况图(4)是测定位移x电容式传感器，伴随电介质进入极板间长度发生改变，电容C发生改变，知道C改变，就能够知道x改变情况第27页第28页第29页关于干簧管，以下说法正确是A干簧管接入电路中相当于电阻作用B干簧管是依据热胀冷缩原理制成C干簧管接入电路中相当于开关作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制对传感器了解 第30页思绪点拨：解答本题时应把握以下两点：(1)干簧管原理是磁铁磁效应使两个簧片磁化成相反磁极(2)干簧管在电路中起到开关作用解析：干簧管能感知磁场，是因为两个簧片由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，可当做开关来使用，作为控制元件以实现自动控制答案：CD第31页【题后总结】干簧管接入电路，管内两个簧片在磁场作用下控制电路通断，起到自动控制电路作用，所以在实际生活、生产中有大量利用，如光电报警器等第32页【针对训练】1.以下说法正确是()A传感器担负着信息采集任务B干簧管是一个能够感知磁场传感器C传感器不是电视遥控接收器主要元件D传感器是把力、温度、光、声、化学成份转换为电信号主要工具答案：BD第33页如图，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电压表示数增大BR2中电流强度减小C小灯泡功率增大 D电路路端电压降低对光敏电阻了解 第34页解析：答案：ABCD第35页【题后总结】本题易错点：不明确光照强度增大后，光敏电阻阻值怎样改变，以至于无法判断电路中电流、电压分配关系怎样改变第36页【针对训练】2.如图所表示，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()第37页AR3电阻变小，a点电势高于b点电势BR3电阻变小，a点电势低于b点电势CR3电阻变大，a点电势高于b点电势DR3电阻变大，a点电势低于b点电势解析：R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压降减小，故a点电势将升高，因其它阻值不变，所以a点电势将高于b点电势答案：A 第38页对热敏电阻特征了解 在温控电路中，经过热敏电阻阻值随温度改变可实现对电路相关物理量控制如图所表示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器当环境温度降低时第39页A电容器C带电荷量增大B电压表读数增大C电容器C两板间电场强度减小DR1消耗功率增大第40页答案：答案：AB 第41页【题后总结】热敏电阻和金属热电阻区分及联络(1)区分：热敏电阻和金属热电阻导电性能与温度改变关系不相同，热敏电阻导电性能普通随温度升高而增强；金属热电阻导电性能随温度升高而降低热敏电阻和金属热电阻优缺点：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻化学稳定性很好；测量范围较大，但灵敏度较差(2)联络：热敏电阻和金属热电阻都能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量第42页【针对训练】3.如图所表示为某一热敏电阻(电阻值随温度改变而改变，且对温度很敏感)IU关系曲线图第43页(1)为了经过测量得到如上图所表示IU关系完整曲线，在下列图所表示a和b两个电路中应选择是图_(2)在图c所表示电路中，电源电压恒为9 V，当给热敏电阻加热后，电流表读数将_(选填“增大”、“减小”或“不变”)第44页解析：因为图中要求测量多组数据，所测电压调整范围较大，且从零开始改变，所以应选取滑动变阻器分压式接法，故应选图a；热敏电阻温度升高时，其电阻值减小，故干路中电流增大答案：(1)a(2)增大第45页 如图所表示，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匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？霍尔元件工作原理 第46页思绪点拨：当电子在金属导体中定向移动时，受到洛伦兹力会使其在上表面聚集，下表面将有等量正电荷，在导体中形成电场，因为上表面带负电，则电势低，伴随正、负电荷不停地向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即qEqvB时，电荷将不再偏移，上、下表面间形成稳定电压第47页第48页第49页第50页第51页答案：答案：(1)evB(2)看法析看法析 第52页如图所表示为测定压力电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引发电容改变，造成灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中虚线推到图中实线位置并保持固定过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱入时指针向右偏)电容式传感器应用 第53页A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不动D向左偏到某一刻度后不动第54页答案：答案：A 第55页【题后总结】电容式传感器是应用了电容器电容跟板间距离、正对面积、电介质及引发它们改变原因(如力、位移、压强、声音等)关系，将这些非电学量转化为电容器电容这个电学量第56页【针对训练】5.如图所表示，是一个测定液面高度传感器，在导线芯外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体组成电容器两极，把这两极接入外电路，当外电路中电流改变说明电容值增大时，则导电液体深度h改变为()第57页Ah增大Bh减小Ch不变 D无法确定答案：A第58页第59页误区：不能正确认识生活中传感器【经典例题】在一些星级宾馆洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为A改变温度B改变湿度C改变磁场 D改变电容第60页解析：干手机是一个电容器，当手靠近时，手上有水，手就变成了导体，在电容器中放入导体，改变了电容器电容，电路中电容改变，干手机开始工作，故选D.答案：D第61页【误区警示】生活中，经常有一些传感器应用，处理这类问题应从实际入手，不能想当然本题易错选B，误认为手洗后很湿，拿到干手机旁，因为湿度改变，干手机开始工作第62页谢谢观看！谢谢观看！第63页