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第六章 传感器 6.1 传感器及其工作原理 一. 传感器的原理 传感器是这样一类元件：它能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们转换成电学量（电压、电流等），或转换为电路的通断。这样就可以更方便地进行传输、测量、处理了。 二. 传感器的分类 1. 光电传感器—光敏电阻 半导体，光照越强，电阻越小。 2. 温度传感器—热敏电阻和金属热电阻。 （1）热敏电阻： 半导体，温度越高，电阻越小。 （2）金属热电阻： 金属，温度越高，电阻越大。 3. 电容式位移传感器 位移转换成电容器电容的变化。 4. 霍尔元件 把磁学量转换成电学量 （1）霍尔电压：矩形半导体薄片，通电流I，垂直方向加磁场B，则在两侧出现电压. k—霍尔系数。 与薄片材料有关； d—霍尔元件厚度 （2）原理： 载流子运动，受洛伦兹力作用，在两侧累积电荷，形成电压。 （3）霍尔元件（磁敏元件）：与B成正比。把B转换成电压信号。 三． 例题分析 例1. 如图所示，，为定值电阻，L为小灯泡，为光敏电阻，当照射光强度增大时（ ） A. 电压表的示数增大 B. 中电流减小 C. 小灯泡的功率增大 D. 电路的路端电压增大 例2. 如图所示，为定值电阻，为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ） A. 两端的电压增大 B.电流表的示数增大 C. 小灯泡的亮度变强 D. 小灯泡的亮度变弱 例3. 传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ） 当F向上压膜片电极时，电容将减小 当F向上压膜片电极时，电容将增大 若电流计有示数，则压力F发生变化 若电流计有示数，则压力F不发生变化 例4. 图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ） A. 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大 B. 在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C. 在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 D. 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化 例5. 如图为一热敏电阻的I—U关系曲线图。 （1）为了通过测量得到I—U关系的完整曲线，在图甲和图乙两个电路中应选择的是图 ；简要说明理由 。（电源电动势9V，内阻不计，滑动变阻器0～100） （2）在右图所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻，由热敏电阻的I—U关系曲线图可知，热敏电阻两端的电压为 V，电阻的阻值为 【例题答案】例1. ABC；例2. C； 例3. BC； 例4. ABD； 例5. （1）甲；甲图电压调节范围大，可从0调到所需电压。（2），，查表知， 则， 6.2 传感器的应用 一．传感器应用的一般模式 传感器工作原理分析过程： （1）注意传感器受到的是何物理量。（力、热、磁、光、声等） （2）传感器与电子元件一起构成电路，分析电路结构和敏感元件的特点。 （3）注意输出信号。 传感器一般把信号转换成电学信号输出。 二．力传感器的应用—电子秤 力转化为电信号 金属梁右端固定，上下各贴一个应变片。金属梁自由端受力F，发生弯曲，则上表面拉伸，应变片电阻变大；下表面压缩，应变片电阻变小。 让应变片中电流保持恒定，则上表面应变片两端电压变大，下表面应变片两端电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。 外力越大，输出的电压差值越大。由电压差值得大小，可得到外力F的大小。 三．声传感器的应用—话筒 声信号转化为电信号 1. 动圈式话筒 金属线圈在磁场中，声波使线圈振动，产生与声音变化相同的感应电流。 2. 电容式话筒 声波使膜片振动，电容发生变化，电路中形成电流，在电阻R两端输出与声音变化规律相同的电压。 四． 温度传感器的应用 1. 电熨斗 （1）构造：如图，内部装有双金属片温度传感器，控制电路的通断。 （2）自动控温工作原理：上下金属片热膨胀系数不同。常温时，上、下触电接触；温度过高时，上金属片膨胀大，下金属片膨胀小，双金属片向下弯曲，触点脱离，从而切断电源； 温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热。这样循环进行，起到自动控温的目的。 2. 电冰箱自动控温系统 利用热敏电阻，阻值随温度升高而减小。把温度信息转化为电信号。 3. 电饭锅 （1）感温磁体（铁氧体）：常温下有磁性，当到达居里温度103℃，失去磁性。 （2）电饭锅工作原理： 按下开关，手松开，永磁体与感温磁体相吸，电源接通加热。到达1