5.1传感器的工作原理及应用 教学课件（42张PPT）-高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

(课件网) 第五章 传感器 5.1常见传感器的工作原理及应用 高中物理选择性必修第二册 一、什么是传感器 农贸市场上，用于称重的杆秤已被更为灵敏的电子秤(如图所示)替代。电子秤受到重物的压力，内部的称重传感器就会把受到的压力大小这一信息转化为电信号，并对电信号进行处理后，显示出对应重物质量的相应数字。 像称重传感器这种能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置，称为传感器。 实际上，能够完成两种量之间变换或转换关系的器件，都符合传感器的定义范畴。与压力、速度、温度、亮度等非电学量相比，电压、电阻、电容和电感等电学量更便于电学仪表显示和用于自动控制，所以传感器通常是将非电学量转化为电学量，这是物理学中转化法的典型体现。把非电学量转化为电学量，才可能实现信息采集、处理、储存和传输的自动化与智能化，这是实现自动控制、数字化信息传输的基础。 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图所示： 敏感元件 转换元件 转换电路 被测量 电学量 敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。 转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。 转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等。 电容式话筒的关键部件是由振动膜片和固定电极组成的，相当于一个电容器。当声波信号使振动膜片振动时，振动膜片和固定电极的距离发生变化，使电容的大小也发生相应的变化，电阻两端的电压也随之发生变化。由此，话筒就把声音信号转换成了电信号。 实验中，声波是被测量，声波传到振动膜片上，振动膜片是敏感元件，振动膜片和固定电极组成的话筒是转换元件，电源、电阻组成的是转换电路，电压表测得的电压是电学量，三个部分组成了一个传感器，如图所示。 二、传感器的分类 传感器的种类繁多，涉及多个学科领域，如一辆小汽车就用上多种传感器，如图所示。 根据检测量的不同，传感器可以分为物理传感器、化学传感器和生物传感器等。 物理传感器主要利用被测物理量（如压力、温度、位移、亮度等）变化时，敏感元件的电学量（如电阻、电压、电容等）发生明显变化的特性制成，如压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等，如图所示。物理传感器开发早、发展快、品种多、应用广，目前正向集成化、系列化和智能化方向发展。 化学传感器主要是基于化学反应的原理，将化学物质的成分、浓度等化学信息转化为电学量的传感器，如半导体气体传感器(如图所示)、湿敏传感器、离子传感器等。化学传感器广泛应用于环境监测、火灾报警、气体检测、医疗护理等领域。 如图所示：生物传感器是一种基于酶、抗体和激素等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器，如酶传感器、细胞传感器、免疫传感器等。生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于感受器中含有生命物质。这类传感器在医疗血液分析、农药残留物检测、发酵工业等领域有广泛的应用。 01 光敏元件 02 热敏元件 03 力敏元件 典型例题 三、敏感元件 04 磁敏元件 01 光敏电阻 光敏元件 把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。 1.光敏电阻的制作 硫化镉 光强———电阻率小 光弱———电阻率大 2.光敏电阻的特性与原理 实 验 观察光敏电阻特性 【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。 【实验器材】光敏电阻、多用电表 ... ...