第6章 传感器 [体系构建] 传感器及常见敏感元件 1.传感器 传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件． 原理如下所示： 2．光敏电阻 光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量． 3．热敏电阻和金属热电阻 金属热电阻的电阻率随温度升高而增大．其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差． 热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感．热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量． 4．电容器 平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化．例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化． 5．霍尔元件 霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，霍尔电压UH＝k. 【例1】 如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U关系曲线图． (1)为了通过测量得到如图甲所示I U关系的完整曲线，在图乙(a)和(b)两个电路中应选择的是 ； 简要说明理由： . (电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω) 甲 乙 (2)在图所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω.由热敏电阻的I U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为 Ω. (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子． [解析] (1)由于I U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择(a)． (2)由题图知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝250 Ω.设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝ mA＝34 mA.由图象查得34 mA对应的电压为5.3 V，R2两端电压U2＝(9－5.3) V＝3.7 V，所以R2＝＝108.8 Ω. (3)应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等． [答案] (1)(a) 电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大 (2)5.2 108.8(108.6～109.0均可) (3)恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等 1．有一热敏电阻的电阻值在t1～t4的温度变化范围内，R t图象如图所示．现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电阻温度计．为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值．现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜(设在t1～t4温度范围内，欧姆表的倍率不变)( ) A．t1～t2 B．t2～t3 C．t3～t4 D．都可以 B [由题图可知热敏电阻的电阻值随温度的升高而增大，在t2～t3温度范围内，电阻值随温度的变化较大，即电阻值对温度的变化较为灵敏，故选B.] 传感器在实际问题中的应用 以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起，在实际问题中既可以直接考查传感器知识，也可以考查敏感元件的敏感特性，几种传感器及与其相联系的物理知识，如表： 传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识 光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析 温度传感器 热敏电阻 直流电路问题 力传感器 压敏电阻 力学、运动学与直流电路 电容传感器 电容器 力、运动与含电容电路 【例2】 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制． 光敏电阻的阻值随照射光的强 ... ...
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