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認(rèn)識傳感器及常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
選擇性必修二第五章第1節(jié)和第2節(jié)：
2020年11月24日4時30分，探月工程嫦娥五號探測器發(fā)射成功，開啟我國首次地外天體采樣返回之旅。
播放生活中自動控制(光控門
洗手、防盜)
機(jī)器人足球賽
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“機(jī)器人”能像人那樣感受和處理外界信息。
人體對外界信息的感覺可分為哪幾種？分別由什么器官承擔(dān)？
外界信息——人體感覺
感覺器官
——視覺
眼睛
——聽覺
耳朵
——味覺
舌頭
——嗅覺
鼻子
——觸覺
皮膚
“機(jī)器人”能像人那樣感受外界信息的“器官”是什么呢？
光
聲
味
氣味
力、溫度
演示實驗1
磁傳感器
磁
電路的通斷
一、認(rèn)識傳感器
演示實驗2
聲
聲傳感器
電信號
演示實驗3
光
光傳感器
電信號
磁
感受
轉(zhuǎn)換
聲
非電學(xué)量
電學(xué)量
電路的通斷
電信號
光
電信號
傳感器
磁傳感器
聲傳感器
光傳感器
聯(lián)系生活，有哪些電子設(shè)備中有傳感器？由什么量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量？
電飯鍋、電冰箱
溫度
電子秤
力
話筒
聲
自動干手機(jī)
濕度
自動驗血儀
化學(xué)成分
如何給傳感器一個定義？
傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等________，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流、電容等_______;
非電學(xué)量
電學(xué)量
或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。
傳感器定義：
傳感器功能：
轉(zhuǎn)換
感受
？
？
根據(jù)與學(xué)科關(guān)系分類：物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器
傳感器分類：
根據(jù)工作原理分類：電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式。
光敏電阻實物圖
1、光敏電阻
二、常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
光照情況
電阻值的情況
較暗光環(huán)境
電阻較小
電阻較大
強(qiáng)光環(huán)境
隨著光照強(qiáng)度的增大電阻值減小。
一般為半導(dǎo)體。如：硫化鎘
半導(dǎo)體靠其中的載流子（自由電子和空穴）來導(dǎo)電。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。
功能：光敏電阻能夠把
這個光學(xué)量
轉(zhuǎn)換為
這個電學(xué)量
1）特性：
2）材料：
3）半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理：
4)應(yīng)用舉例：光電計數(shù)器
光照強(qiáng)弱
電
阻
例1、如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，
其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)
器的基本工作原理是（
）
A．當(dāng)有光照射
R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓
B．當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓
C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次
D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次
AC
2、金屬熱電阻
2）特性：金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而______。
1）材料：金屬熱電阻是用金屬做成的
R
T
O
金屬熱電阻R-T關(guān)系示意圖
增大
3、熱敏電阻
熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而_____。
熱敏電阻R-T關(guān)系示意圖
1）材料：半導(dǎo)體
R
T
o
減小
2）特性：
熱
敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而____
減小
（１）不同點(diǎn)：
都能夠把
溫度這個熱學(xué)量
轉(zhuǎn)換成為電阻這個電學(xué)量
金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、但是靈敏度差。
4）金屬熱電阻和熱敏電阻的應(yīng)用舉例：電阻溫度計、報警器等。
金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而_____
增大
熱
敏電阻化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、但是靈敏度好。
（2）相同點(diǎn):
3）比較金屬熱電阻和熱敏電阻
R
T
O
R-T關(guān)系示意圖
1.金屬導(dǎo)線；
2.熱敏電阻
；
例2
測溫儀
例3：如圖是一火警報警的一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是（
）
A.　I
變大，U
變大
B.　I
變小，U
變小
C.　I
變小，U
變大
D.　I
變大，U
變小
R1
R2
R3
A
a
b
E
r
B
4、霍爾元件
（1）材料：半導(dǎo)體
如：砷化銦
（2）工作原理圖
（3）霍爾電壓:
d－－薄片厚度
K－－霍爾系數(shù)其大小與元件的材料有關(guān)。
霍爾元件能夠把___________這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個電學(xué)量
磁感應(yīng)強(qiáng)度
電壓
猜想可能有什么元件？
1、傳感器的概念：
小結(jié)：
2、傳感器的工作原理：
3、敏感元件：
（1）光敏電阻
（光電傳感器）
（2）熱敏電阻和熱電阻
（
溫度傳感器）
（3）霍爾元件
（磁傳感器）
非電學(xué)量
敏感元件
轉(zhuǎn)換電路
電學(xué)量
非電學(xué)量
電學(xué)量
模擬量：電壓、電流、電阻等
開關(guān)量：電路的通斷
感受
轉(zhuǎn)換
（輸入）
（輸出）
實用價值：
方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制
開拓視野1
干簧管磁傳感器
磁信號
N
S
電路的通斷
例4
、請同學(xué)們設(shè)計一個由光敏電阻、干簧管、線圈和電動機(jī)等電器元件組成的光控車庫大門裝置的電路圖，并說出其工作原理.
開拓視野2
電容式位移傳感器
電容式位移傳感器能夠把物體_____這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個電學(xué)量
位移
電容
電容式位移傳感器示意圖
被測物體
x
電容器極板
電介質(zhì)板
法1:數(shù)字式電容表
法2:電容變化，容抗變化
如何檢測電容的變化？
電容式角度傳感器？
電容式壓力傳感器？
討論：
應(yīng)用傳感器知識嘗試設(shè)計與創(chuàng)新
1、設(shè)計一個音樂禮品盒，要求：
打開盒蓋時，音樂響；合上盒蓋時，音樂不響
2、實驗設(shè)計：用熱敏電阻、繼電器等器材設(shè)計一個火警報警器。設(shè)計要求：溫度過高，發(fā)生警報
3、其他提高生活質(zhì)量或工作效率的奇妙設(shè)計。
課后作業(yè)
1．觀察與思考：日常生活中哪些地方用到了傳感器，它們分別屬于哪種類型的傳感器，它們的工作原理如何？哪些設(shè)備需要傳感器以改變其性能？
2．教材100頁練習(xí)1、2、3
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載流子
E
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霍爾電壓的公式
設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運(yùn)動的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，厚度為d，則電流的微觀表達(dá)式為
載流子在磁場中受到的洛倫茲力
當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，載流子受到的洛倫茲力與電場力平衡，即
由①②
③式得
式中的nq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對于確定的導(dǎo)體，nq是常數(shù)。
令
，
①
②
③
④
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則④式可寫為

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