1．传感器 2．温度传感器和光传感器 [学习目标]　1.了解传感器的概念、结构及各部分的作用 ．(难点)　2.通过实验 感知半导体热敏电阻的特性． (重点)　3.了解干簧管的构造及作用． (重点)　4.知道 温度与光传感器常用的敏感元件及其在生活、生产中的应用．(重点) 一、传感器 1． 2．敏感元件的原理 (1)根据感知原理分类 ① 物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应． ② 化学类：基于化学反应的原理． ③ 生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能． (2)原理：大多数传感器是通过敏感元件把 非电学量转变为电学量，或转化为电 路的控制开关，从而实现方便的显示、记录、处理和控制． (3)应用实例 半导体热敏电阻：具有电阻随温度 灵敏变化的特性，可以实现对温度的测量． 常用于温度传感器． 干簧管：感知磁场的敏感元件，常用于磁场控制的开关． 二、温度传感器和光传感器 1．温度传感器 (1)概念：温度传感器是把温度转换为电信号的传感器． (2)几种常用的温度传感器： ① 热双金属片温度传感器 a．敏感元件：两种热膨胀系数相差较大的金属片焊接或轧制成的热双金属片． b．工作原理：温度升高时，由于两面金属膨胀程度不同，双金属片就会变形． 因此热双金属片可作为温度的敏感元件． 利用了热双金属片对温度的感知表现为形变的特性． ② 热电阻传感器 a．敏感元件：用金属丝制作的感温电阻(又叫热电阻)． b．热电阻阻值与温度 t 的关系 R＝R0(1＋ θt)． (R0 为 t＝0 ℃时导体的电阻，θ 为温度系数) ③ 热敏电阻传感器 a．敏感元件：半导体热敏电阻． b．热敏电阻的分类： 一种是随温度升高而电阻 减小的热敏电阻，用 NTC 符号表示；另一类随温度 升高而电阻增大的热敏电阻，用 PTC 符号表示． c．特点及用途： 热敏电阻对温度变化的响应很敏感，常用于测温、温度控制或过热保护． 2．光传感器 (1)概念 光传感器是利用光敏电阻把 光强这个光学量转换为电阻这个电学量，光敏电阻 的阻值随光照强度的增大而减小． (2)应用：火灾报警器、光电式转速器等都是利用了光电传感器来工作的． (3)两种实用的光传感器 ① 光电式烟尘浓度计，靠监测烟尘浓度来工作． ② 光电式转速表 光源发出的光经透镜会聚成平行光束照到被测旋转物体上，被 反光纸反射回来， 再经透镜聚焦落到光敏二极管上，产生与转速对应的电脉冲信号，经信号处理电路 处理后，显示出转速． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)传感器就是指敏感元件． (×) (2)传感器能把电信号转换成非电信号． (×) (3)家庭用的电视机遥控器属于红外线遥控． (√) (4)有光照射时，光敏电阻的阻值变大． (×) (5)热敏电阻在温度升高时阻值变小． (×) (6)金属热电阻在温度升高时阻值变小． (×) 2．当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之 后，门又在你身后自动关上．你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信 息 (　　) A．温度　　　　　 B．运动 C．人 D．红外线 D　[自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温 接近，则在夏季自动门将无法使用．自动门实际使用的是红外线传感器，红外线不 属于可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传 给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门．故选项 D 正确．] 3．(多选)如图所示为电阻 R 随温度 T 变化的图线，下列说法中正确的是(　　) A．图线 1 是热敏电阻的图线，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 的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D．图线 2 的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高 BD　[由题图可知，图线 1 是金属热电阻的 RT 图线，图线 2 是热敏电阻的 RT 图线，根据它们的材料性质和图像特点可知，选项 B、D 正确．] 对传感器的理解 1.传感器的结构框图 2．传感器的分类 物理型传感器 被测物理量变化时， 敏感元 件 工作原 理 化学型传感器 生物型传感器 敏 感 元 件 的 电 学 量 敏感元件能把化学物质 ( 如 电 阻 、 电 压 、 电 的成分、浓度等化学量 容 等 ) 会 发 生 明 显 变 转换为电学量 化 利用物质的物理性质 和物理效应感知并检 测出相关的信息 如电容传感器、电感 利用化学反应识别和检 测信息 利用生物组织的各种生 物、化学与物理效应识 别和检测信息 如气敏传感器、湿敏传 如免疫传感器、抗原抗 传感器、光电传感器、 感器等 体传感器、酶传感器等 压电传感器等 【例 1】　如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保 实例 持不变，R 是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电 压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况．若将电压表分别 接在 b、c 之间与 c、d 之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？ 思路点拨：①由题图确定 R′和 R 是串联，油量的变化会改变 R 的值．②当油箱 中油量减少时，浮标下降，杠杆的左端下降，右端上翘，R 的值变大．③串联电路 中，电阻起分压作用． 解析：把电压表接在 b、c 之间，油量增加时，R 减小，电压表的示数减小；油 量减少时，R 增大，电压表的示数增大．把电压表接在 c、d 之间，油量增加时，R 减小，电路中电流增大，则 R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减 少时，电压表的示数减小． 答案：见解析 [跟进训练] 训练角度 1：传感器的工作原理 1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　　) A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件 B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量 C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量 D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量 C　[传感器工作的一般流程为：非电学量(被测量),敏感元件(感知，然后通过), 转换元件(转换成电信号，再通过),转换电路(将此信号转换成易于传输或测量的),电 学量，因此 A、B、D 错，C 对．] 训练角度 2：传感器的应用 2.(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化．关于干簧管，下列 说法正确的是 (　　) A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C．干簧管接入电路中相当于开关的作用 D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 CD　[干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场 时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作为开关来使用、作为控制元件以实 现自动控制的． ] 对温度传感器、光传感器的理解及应用 1.光传感器和温度传感器 传感器 定义 类型 两种电 阻 光传感器 能够感受光信号，并按一定规律 转换成电信号的装置 主要有光敏电阻、光敏晶体管、 光电池等 光敏电阻由半导体材料制成，光 越强，电阻越小 原理 电学性质随光照变化而变化 2.光敏电阻特性成因分析 温度传感器 将温度变化转换为电学量变化的装置 主要有热敏电阻、热电偶等 热 敏 电 阻 由 半 导 体 材 料 制 成 ， NTC 随温度升高，电阻减小；PTC 随温度 升高，电阻增大 电学性质随温度变化而变化 当光敏电阻受到光照射时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形 成更多的空穴，于是导电性明显地增强，电阻减小． 3．热敏电阻的种类及特性曲线 常见的有两种类型，图中甲为 PTC 型，乙为 NTC 型．PTC 型为正温度系数热 敏电阻，NTC 型为负温度系数热敏电阻． 【例 2】　如图所示，将一个光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的 选择开关置于欧姆挡，用光照射电阻时，表针自左向右偏角为 θ；现用手掌挡住部 分光线，表针自左向右偏角为 θ′，则可判断(　　) A．θ′＝θ　　　　　 B．θ′<θ C．θ′>θ D．不能确定 B　[光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变 大，指针自左向右的偏转角度变小，故 B 正确．] 含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 (1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度变化(或光线强弱)是增大还是减小． (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减． (3)分析部分电路的电压、电流如何变化． [跟进训练] 训练角度 1：含光敏电阻电路的分析 3.(多选)如图所示，R1、R2 为定值电阻，L 为小灯泡，R3 为光敏电阻，当照射光 强度增大时(　　) A．电压表的示数增大 B．R2 中电流减小 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大 ABC　[当光照强度增大时，R3 阻值减小，外电路电阻随 R3 的减小而减小，干 路电流增大，R1 两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电 压减小，而电压表的示数增大，A 项正确，D 项错误；由路端电压减小，而 R1 两端 电压增大知，R2 两端电压必减小，则 R2 中电流减小，故 B 项正确；结合干路电流增 大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C 正确．] 训练角度 2：含热敏电阻电路的分析 4.半导体的电阻率随温度的升高而减小，经常利用半导体的这一特性来制作传 感器，如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中 R3 为用半导体热敏材料制 成的传感器．值班室的显示器为电路中的电流表，a、b 之间接报警器．当传感器 R3 所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两端的电压 U 的变化情况是 (　　) A．I 变大，U 变大 B．I 变大，U 变小 C．I 变小，U 变小 D．I 变小，U 变大 C　[当出现火情时，热敏电阻 R3 的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电 路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由 U＝E－Ir 可知，路端电压减小，则图 中报警器两端的电压 U 将减小；因总电流增大，则 R1 两端的电压增大，并联部分 的电压减小，则可知流过 R2 中的电流 I 减小，故选项 C 正确．] 1．1 个概念——传感器 2．1 个原理——传感器的工作原理 3．1 个特性——敏感元件的特性 4．多种应用——传感器的多种应用 1．下列关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的说法中，正确的是(　　) A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不 能用于化工领域 B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而 不是输出电学量 C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作 D．生物