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第2講　常見(jiàn)傳感器的工作原理 第3講　大顯身手的傳感器 [目標(biāo)定位]　1.認(rèn)識(shí)光敏電阻和熱敏電阻這兩種敏感元件，知道其特性.2.理解光電傳感器和溫度傳感器的工作原理.3.了解傳感器的設(shè)計(jì)思路，了解生活中傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用及給人類生產(chǎn)、生活帶來(lái)的便利． 一、光電傳感器的原理 1．光電傳感器是一種能夠感受光信號(hào)，并按照一定規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置． 2．光敏電阻在被光照射時(shí)，它的電阻發(fā)生變化，這樣光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量． 3．光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小． 4．常見(jiàn)的光電傳感器：光敏電阻、光敏晶體管、光電二極管、光電三極管、光電池等，它們都是利用某些物質(zhì)在光照射下電學(xué)特性隨之變化的性質(zhì)制成的． 二、探究溫度傳感器的原理 1．溫度傳感器 溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置．常見(jiàn)的溫度傳感器有熱敏電阻和熱電偶等． 2．熱敏電阻 熱敏電阻利用半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度變化明顯． 3．熱敏電阻器的兩種型號(hào)及其特性 熱敏電阻是電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件．在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的升高而增大的是正溫度 系數(shù)(PTC)熱敏電阻；電阻值隨溫度的升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻． 三、傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用舉例 1．洗衣機(jī)水位控制裝置——壓力傳感器如圖1所示，筒中水位到達(dá)設(shè)定的高度時(shí)，凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)a與靜觸點(diǎn)b脫離，并與靜觸點(diǎn)c接觸，從而接通控制電路，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門(mén)，接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源，開(kāi)始洗滌衣物． 圖1 2．自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)——紅外線傳感器 接收人體發(fā)出的紅外線，產(chǎn)生電壓輸出信號(hào)． 3．指紋識(shí)別器——電容式傳感器 獲取指紋信息，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)． 4．機(jī)器人中的傳感器 分類 一、光電傳感器原理 1．光敏電阻的特點(diǎn)：阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小． 2．光敏電阻的機(jī)理：光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照而溫度升高時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，導(dǎo)電性能變好，電阻變?。? 例1　如圖2所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)(　　) 圖2 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 答案　ABC 解析　當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確． 二、探究溫度傳感的原理 1．熱敏電阻 (1)特點(diǎn)：熱敏電阻的阻值大小與溫度的高低有關(guān)．溫度變化，阻值有明顯變化． (2)分類：由半導(dǎo)體材料制成，其導(dǎo)電性能對(duì)溫度的變化很敏感，熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻． ①正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC)，它的電阻隨溫度上升而增大． ②負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC)，它的電阻隨溫度的上升而減?。? ③臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC)，它的電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇減?。? 2．金屬熱電阻 特點(diǎn)：電阻率隨溫度的升高而增大． 例2　如圖3所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖．現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴P(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) 圖3 A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為NTC熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變小，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為NTC熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變小，讀數(shù)變化不明顯 答案　C 解析　若為金屬熱電阻，溫度升高后，電阻變大，讀數(shù)變化不明顯，A、B錯(cuò)．若為熱敏電阻，讀數(shù)將明顯變化，C對(duì)，D錯(cuò)． 例3　關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，隨光照的減弱而增大 B．光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器 C．熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度感知很靈敏 D．熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器 答案　A 解析　光敏電阻是把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電阻的元件；熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件，故B、D錯(cuò)誤；熱敏電阻和光敏電阻都是半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性，金屬鉑與熱敏電阻相反，故C錯(cuò)誤． 三、自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì) 例4　如圖4所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求，其工作方式是(　　) 圖4 A．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路串聯(lián) B．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路并聯(lián) C．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路串聯(lián) D．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路并聯(lián) 答案　A 解析　由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開(kāi)，進(jìn)而起到控制作用，故正確答案為A. 光傳感器的應(yīng)用 1．如圖5所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖5 A．嚴(yán)重污染時(shí)，LDR是高電阻 B．輕度污染時(shí)，LDR是高電阻 C．無(wú)論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定 D．該儀器的使用不會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? 答案　A 解析　嚴(yán)重污染時(shí)，透過(guò)污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對(duì)，B錯(cuò)；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)；白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同，或多或少會(huì)影響LDR的電阻，D錯(cuò)． 溫度傳感器的應(yīng)用 2．如圖6所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度變化是________，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是(　　) 圖6 A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 答案　變暗　C 解析　電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗． 自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì) 3．如圖7所示為一自動(dòng)控制溫度的電路圖，請(qǐng)說(shuō)明其工作原理． 圖7 答案　見(jiàn)解析 解析　當(dāng)開(kāi)關(guān)P在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時(shí)，電熱絲工作；隨著溫度升高，熱敏電阻溫度升高，阻值減小，通過(guò)電磁鐵的電流增大，電磁鐵磁性增強(qiáng)到一定程度時(shí)把P吸到b，電熱絲停止工作，指示燈亮.