高中物理之傳感器及其工作原理知識點

1、高中物理之傳感器及其工作原理知識點傳感器能夠感受諸如力，溫度，光，聲，化學成分等物理量， 并能把他們按照一定的規(guī)律轉化為便于傳送和處理的里一 個物理量（通常是電流，電壓等電學量）或轉換為電路的通 斷。把非電學量轉換為電學量，就可以很方便的進行測量， 傳輸，處理和控制了。傳感器原理傳感器感受的通常是非電學量，如壓力、溫度、位移、 濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學量，如電壓 值、電流值、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱的，通常 要經過放大后，再送給控制系統(tǒng)產生各種控制動作，傳感器 原理如圖所示。傳感器應用的一般模式常見傳感器的應用光敏傳感器火災報警器1、 光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化

2、，這樣光敏電阻可 以把光照強弱轉換為電阻大小這個電學量。2、 光敏傳感器的電阻隨光照的增強而減小光敏電阻一般由半導體材料做成，當半導體材料受到光照或 者溫度升高時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同 時也形成更多的空穴，于是導電性能明顯增強。溫度傳感器的應用電熨斗由半導體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度 傳感器，它可以把熱信號轉換為電信號進行自動控制。 （1）電熨斗的構造：（2）電熨斗的自動控溫原理其內部裝有雙金屬片溫度傳感器，如上圖所示常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于 雙金屬片受熱膨脹系數不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨 脹小則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而

3、切斷電源，停止加熱。溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路 加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用。熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度。這 是如何利用調溫旋鈕來實現的？常溫下，上、下觸點應當接觸，當溫度過高時，雙金屬 片的膨脹系數不同，上層金屬的膨脹系數大于下層膨脹系數， 上層金屬向下彎曲的厲害，從而使上、下觸點分離。通過調 溫旋鈕來調節(jié)升降螺絲的升降來實現不同溫度的設定。如需 設定的溫度較高，則應使升降螺絲下降；反之，升高。測定壓力的電容式傳感器當待測壓力 F 作用于可動膜片電極上時，可使膜片產生 形變，從而引起電容的變化，如果將電容器與靈敏電流計、 電源串聯，組成閉合電路

4、，當 F 向上壓膜片電極時，電容器 的電容將增大。電流計有示數，則壓力 F 發(fā)生了變化（如圖 所示）相比而言，金屬熱電阻化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而 熱敏電阻的靈敏度較好。力傳感器的應用電子秤（1） 組成：由金屬架和應變片組成（2） 電子秤的工作原理：如圖所示，彈簧鋼制成的梁形元 件右端固定。在梁的上下表面各貼一個應變片，在梁的自由 端施力 F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表 面應變片的電阻變大，下表面的電阻變小F 越大，彎曲形 變越大，應變片的阻值變化就越大，如果讓應變片中通過的 電流保持恒定，那么上面應變片兩端的電壓變大，下面應變 片兩端的電壓變小，傳感器把這兩個電壓的差值輸出

5、外力 越大輸出的電壓差值也就越大。聲傳感器的應用話筒（1）動圈式話筒的原理話筒是把聲音轉變?yōu)殡娦盘柕难b置。下圖是動圈式話筒的構 造原理圖，它是利用電磁感應現象制成的。當聲波使金屬膜 片振動時，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動。 下圖話筒的原理圖音圈在永磁鐵的磁場里振動，其中就產生 感應電流（電信號）。感應電流的大小和方向都變化，振幅 和頻率的變化由聲波決定這個信號電流經擴音器放大后傳 給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。（2）電容式話筒的原理：如圖所示，Q 是絕緣支架，薄金屬膜 M 和固定電極 N 形成一 個電容器，被直流電源充電。當聲波使膜片振動時，電容發(fā) 生變化，電路中形成變化

6、的電流，于是電阻 R 兩端就輸出了 與聲音變化規(guī)律相同的電壓。其優(yōu)點是保真度好。（3）駐極體話筒1 極化現象：將電介質放入電場中，在前后兩個表面上會分 別出現正電荷與負電荷的現象。2 駐極體：某些電介質在電場中被極化后去掉外加電場， 仍然會保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體。 原理：同電容式話筒只是其內部感受聲波的是駐極體塑 料薄膜。特點：體積小重量輕，價格便宜，靈敏度高工作電壓 低，只需 36V霍耳元件1、如圖所示，厚度為 d 的導體板放在垂直于它的磁感應強 度為 B 的勻強磁場中，當恒定電流 I 通過導體板時，導體板 的左右側面出現電勢差，這種現象稱為霍耳效應在這個矩 形半導體上制作四個

7、電極 EFMN 就成為一個霍耳元件，能夠 把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量。2、霍耳電壓1 其中 k 為比例系數，稱為霍耳系數，其大小與薄片的材料 有關。2 一個霍耳元件的 d、k 為定值，再保持 I 恒定，則的變化就 與 B 成正比，因此霍耳元件，又稱磁敏元件。3、工作原理霍耳元件就是利用霍耳效應來設計的。一個矩形半導體薄片，在其前、后、左、右分別引出一個電極，如圖所示，沿EF方向通入電流 I ，垂直于薄片加勻強磁場 B，則在 MN 間會出 現電勢差 U，設薄片厚度為 d，EF 方向長度為 l1 ，MN 方向 為 l2 。薄片中的帶電粒子受到磁場力發(fā)生偏轉，使 N 側電勢 高于 M

8、 側，造成半導體內部出現電場，帶電粒子同時受到電 場力作用。當磁場力與電場力平衡時，MN 間電勢差達到恒定。再根據電流的微觀解釋 整體得：令其中 n 為材料單位體積的帶電粒子個數，q 為單個帶電粒子的電荷量。則有可見，U 與 B 成正比這就是為什么霍耳元件能把磁學量轉換 成電學量的原因。習題演練1. 下圖為包含某邏輯電路的一個簡單電路圖，L 為小燈泡。 光照射電阻時，其阻值將變得遠小于 R，則下列說法正確的 是 （ ）A 該邏輯電路是非門電路；當電阻受到光照時，小燈泡 L 不發(fā)光B 該邏輯電路是非門電路；當電阻受到光照時，小燈泡 L 發(fā) 光C 該邏輯電路是與門電路；當電阻受到光照時，小燈泡 L 不 發(fā)光D 該邏輯電路是或門電路；當電阻受到光照時，小燈泡 L 發(fā) 光2.如圖所示是一火警報警器的部分電路示意圖.其中 R3 為用 半導體熱敏材料制成的傳感器 . 值班