第五章 1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理及应用公开课.docx
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1、第五章传感器1认识传感器2常见传感器的工作原理及应用学习目标L知道什么是传感器,了解传感器的种类2知道传感器的组成与应用模式.3.知道 光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及应用.梳理教材夯实基础一、传感器及其工作原理.传感器的定义:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量,并能把它们按照一 定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出.通常转换成的可用信号是电压、电流等电 学量,或转换为电路的通断.1 .非电学量转换为电学量的意义:把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、传输、 处理和控制.2 .传感器的组成:传感器的基本局部一般由敏感元件、转换元件组成.3 .传感
2、器应用的一般模式二、光敏电阻光敏电阻在被光照射时曳阻发生变化,光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为曳皿这个 电学量.三、金属热电阻和热敏电阻.金属热电阻:金属的电阻率随温度的五直而增大,利用这一特性,金属丝可以制作温度传 感器,称为热电阻.1 .热敏电阻:用半导体材料制成,氧化铢制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.固定电极金属芯压力F可动电极电介质极板TA.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D. 丁图的传感器只能用来测量速度 答案ABC6.(多项选择)如图3为电阻R随温度7变化的图线.以下说法中正确的选项是(图3A.图线1是
3、热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高答案BD解析 金属热电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数半导体材料制成的热敏电阻的阻值 随温度升高而减小,故A错误,B正确;图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大,但 灵敏度低,图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小,但灵敏度高,故C错误,D正确. 7.如图4所示是一火警报警器的局部电路示意图,其中&为用半导体热敏材料制成的传感器 (温度越高,其阻值越小),电流表为值班室内的显示器,。、b之间接报
4、警器.当传感器R1 所在处出现火情时,流过显示器的电流/2、报警器两端的电压。的变化情况是( )A. /2变大,。变大 c.,2变小,u变大 答案D图4B. /2变小,。变小D. /2变大,u变小解析当传感器&所在处出现火情时,&的阻值减小,那么外电路总电阻减小,由闭合电路欧 姆定律可知,电路中总电流将增大,由U=E-lr可知,路端电压减小,即报警器两端的电 压U将减小;因总电流/增大,那么尺两端的电压增大,并联局部的电压减小,那么可知流过 心的电流,3减小,流过R2的电流/2=/一,3变大,选项A、B、C错误,D正确.8. (2021龙岩市漳平一中月考)如图5是安装在潜水器上深度表的电路简图
5、,显示器由电流表 (电阻不计)改装而成,压力传感器的电阻随压力的增大而减小,电源电动势不变,内阻为心 定值电阻阻值为Ro,在潜水器下潜过程中,电路中有关物理量的变化情况是()压力传感器 工显s1|广图5A.通过显示器的电流减小. Ro两端的电压增大C.传感器两端的电压增大D.电路的总功率减小答案B解析 在潜水器下潜过程中,压力传感器受到的压力越来越大,压力传感器的电阻随压力的E增大而减小,所以电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律/=.可知电路中的总K传十公0十厂电流增大,即通过显示器的电流增大,故A错误;&两端的电压U=IRo,电路中的电流增 大,那么U增大,故B正确;传感器两端的电压。传=
6、一/(&)+) 由于/增大,E、Ro、r都 不变,那么传感器两端的电压减小,故C错误;由。=/可知,电路的总功率增大,故D错误.L能力综合练.(多项选择)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,如图6甲所示为 某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器8能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示.假设传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,那么下述说法正确的选项是()图6A.传送带运动的速度是0.lm/sB.传送带运动的速度是0.2m/sC.该传送带每小时输送3 600个工件D.该传
7、送带每小时输送7 200个工件答案BC 解析 由题图乙可知,每隔1s记录一个工件,因此传送带运动的速度是0.2m/s,进而可知, 每小时该传送带输送3 600个工件,应选项B、C正确.10.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小.有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图7甲所示.将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球.小车在水平面内向右做直线运动的过程中,电流表示数如图乙所示,。九时间内小车向右做匀速直线运动,所示,。九时间内小车向右做匀速直线运动,以下判断正确的选项是()图7A.从九到亥时间内,小车做匀速直线运动B.从介到亥时间内,小车做匀
8、加速直线运动C.从欠到行时间内,小车做匀速直线运动D.从殳到白时间内,小车做匀加速直线运动答案D解析 分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出,在力女时间内,电流增大,说明题 图甲中压敏电阻的阻值逐渐减小,即压敏电阻受到的压力逐渐增大,所以可判断小车在向右 做加速度逐渐增大的加速运动;在力为时间内,电流在较大数值上保持恒定,说明电阻保 持一个较小值,即受到的压力保持恒定,说明小车在向右做匀加速直线运动,应选项D正确.11.(2020.重庆市育才中学期中)霍尔元件是一种磁传感器,是实际生活中的重要元件之一.如 图8所示为长度一定的霍尔元件,在该元件中通有方向从石到户的恒定电流/,在空间加一 竖直
9、向下的匀强磁场,磁感应强度大小为- 霍尔元件中的载流子为负电荷.那么以下说法正 确的是()图8A.该元件能把电学量转换为磁学量B.左外表的电势高于右外表C.如果用该元件测赤道处的磁场,应保持元件上外表呈水平状态D.如果霍尔元件中的电流大小不变,那么左、右外表的电势差与磁场的磁感应强度成正比 答案D解析 霍尔元件把磁学量转换为电学量,A错误;由于霍尔元件中的载流子为负电荷,那么负 电荷的运动方向由方到已 由左手定那么可知负电荷向左外表偏转,那么右外表的电势高,B错 误;如果用该元件测赤道处的磁场,由于地磁场与水平面平行,因此如果霍尔元件的上外表 保持水平,那么左右外表间无电压产生,C错误;根据q
10、uB=/得,U=Bdo,又I=nqSv,联 Rd立解得u=-可知保持电流不变,那么左、右外表的电势差与磁感应强度成正比,D正确.12 .(多项选择)如图9所示,理想变压器的原线圈与定值电阻串联,副线圈接热敏电阻Rt(温度升 高,阻值减小),在正弦交流电源的电压Uo不变的情况下,以下说法正确的选项是()图9A.当Rt的温度升高时,原线圈两端的电压一定减小B.当Rt的温度升高时,原线圈中的电流一定减小C.当Rt的温度降低时,消耗的功率一定减小D.当治的温度降低时,消耗的功率一定增大答案AC解析 设变压器原线圈的匝数为 1,副线圈的匝数为2,当Rt的温度升高时,其阻值减小,副线圈的电流增大,根据州界
11、可知原线圈的电流八增大,根据。=+以可知原线圈两端的电压U1减小,故A正确,B错误;同理,当At的温度降低时,其阻值增大,副线 圈的电流,2减小,根据?=公,可知原线圈的电流人减小,根据P=/i2,可知消耗的功率 一定减小,故C正确,D错误.13 .温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的.在图10甲中,电源的电动势E=9.0 V,电源内电阻可忽略不计;G为小量程的电流表,电流表内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值随温闭合开关S.闭合开关S.度的变化关系如图乙的R-t图线所示.当R的温度等于40 C时,电流表示数/i=2.
12、25mA,求电流表内阻Rg;当电流表的示数/2=4.5 mA时,求热敏电阻R的温度.答案(1)500 Q (2)140 E解析(1)由 R-E 图像得,当 1=40 时,Ri = 3 500Q,再由得 Rg=500Q Al I AGF(2)/2=后不及,代入数据得:7?2=1 500 Q由RE图像可知,此时的温度是140 C.四、电阻应变片.电阻应变效应:金属导体在外力作用下发生机械形变时,其电阻也随之变化的现象.1 .电阻应变片:电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,半导体电阻应变片的工 作原理是基于半导体材料的压阻效应.2 .电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量.
13、。即学即用判断以下说法的正误.传感器可以把非电学量转化为电学量.(V )光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化,光照越强电阻越大.(X )热敏电阻一般用半导体材料制作,导电能力随温度的升高而增强,但灵敏度低.(X )电阻应变片能够把物体的形变情况转变为电阻的变化.(V )探究重点提升素养一、传感器【导学探究】干簧管结构:如图1甲所示,玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片,接入 图乙电路,当条形磁体靠近干簧管时:-一丁04甲乙图1会发生什么现象,为什么?干簧管的作用是什么? 答案(1)灯泡会亮,因为当条形磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通.干簧管起到开关的作用,是一种能够感知磁场的传感器.【知识
14、深化】.传感器的核心元件敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核心局部,是利用材料的某种敏感效应(如热 敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的.转换元件:是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电 信号的电子元件.转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、 电阻等.1 .传感器的工作原理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、电流、电荷量等.这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后 再输送给控制系统产生各种控制动作.传感器的工作原理如下所示:非电学量I-I敏感元件转
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