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- 2021-05-24 发布
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第6章 第一节
传感器及其工作原理
课标定位
学习目标:1.知道什么是传感器.
2.知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻
以及霍尔元件.
3.知道传感器的工作原理.
重点难点:对传感器工作原理的理解.
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
一
节
传
感
器
及
其
工
作
原
理
课前自主学案
课前自主学案
一、什么是传感器
1.定义:感受________量,并能把它们按照一定
的规律转换为______量,或转换为电路的______
的一类元件.
非电学
电学 通断
二、光敏电阻
1.特点:电阻值随光照增强而______.
2.原因分析:光敏电阻由半导体材料制成,无
光照时,载流子___,导电性能___;随着光照的
增强,载流子______,导电性______.
3.作用:把__________这个光学量转换为
______这个电学量.
减小
少 差
增多 增强
光照强度
电阻
三、热敏电阻和金属热电阻
热敏电阻 金属热电阻
特点
电阻率随温度升高而
减小
电阻率随温度升高
而增大
制作
材料
半导体 金属
优点 灵敏度好
化学稳定性好,测
温范围大
作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
四、霍尔元件
1.组成:在一个很小的矩形半导体
薄片上,制作4个电极E、F、M、N,
就成为一个霍尔元件.
2.原理:E、F间通入恒定的电流
I,同时外加与薄片垂直的磁场B时,
薄片中的载流子就在______力作用
下,向着与______和______都垂直的
方向漂移,使M、N间出现______
(如图6-1-1所示).
图6-1-1
磁场
磁场 电流
电压
3.霍尔电压:UH=______,d为薄片厚度,k
为霍尔系数.一个霍尔元件的d、k为定值,若
保持I恒定,则UH的变化就与B成______.
4.作用:把____________这个磁学量转换为
_____这个电学量.
正比
磁感应强度
电压
核心要点突破
一、对热敏电阻和金属热电阻的理解
1.热敏电阻
图6-1-2
用半导体材料制成,其电阻值随温度变化明显,
如图6-1-2所示,(1)为某一热敏电阻的电阻—温
度特性曲线.
2.热敏电阻的两种型号及其特性
热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元
件.在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增
大的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温
度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻
器.
3.热敏电阻的用途
热敏电阻器的用途十分广泛,主要应用于:
(1)利用电阻——温度特性来测量温度、控制温度
和元件、器件、电路的温度补偿;
(2)利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流
保护作用;
(3)利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、
流速、液面等.
4.金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电
阻也可以制作温度传感器,称为金属热电阻.如图
6-1-2中的(2)为金属导线电阻—温度特性曲线.
相比而言,金属热电阻化学稳定性好,测温范围大,
而热敏电阻的灵敏度较好.
特别提醒:热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这
个热学量转换为电阻这个电学量,但相比而言,金
属热电阻的化学稳定性好,测量范围大,而热敏电
阻的灵敏度较高.
即时应用 (即时突破,小试牛刀)
1.如图6-1-3为电阻R随温度T变化的图线,下列
说法中正确的是( )
图6-1-3
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
解析:选BD.热敏电阻是由半导体材料制成的,其
稳定性差,测温范围小,但灵敏度高,其电阻随着
温度的升高而减小.金属电阻阻值随温度的升高而
增大,图线1是金属电阻,图线2是热敏电阻.
二、霍尔元件
1.霍尔元件
如图6-1-4所示,在一个很小的矩形半导体(例如
砷化铟)薄片上,制作四个电极E、F、M、N,就成
为一个霍尔元件.
图6-1-4
2.霍尔效应的原理
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力,在导体
板的一侧聚集,在导体板的另一侧会出现多余的
另一种电荷,从而形成横向电场;横向电场对电
子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力
与洛伦兹力达到平衡时,导体板左右两侧会形成
稳定的电压.
特别提醒:判断电势高低时首先明确载流子是正电
荷还是负电荷.
即时应用 (即时突破,小试牛刀)
2.霍尔元件能转换哪个物理量( )
A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学
量
C.把力这个力学量转换成电压这个电学量
D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
答案:B
如图6-1-5所示,R1、
R2为定值电阻,L为小灯泡,R3
为光敏电阻,当光照射到R3上的
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
课堂互动讲练
光敏电阻的特性
图6-1-5
【思路点拨】 光敏电阻有随着光照强度的增强而
阻值减小的特征,由闭合电路欧姆定律及串并联的
分压、分流原理对电路进行动态分析.
【自主解答】 当照射光强度增大时,光敏电阻R3
的阻值变小,R3与L串联后再与R2并联的总电阻值
变小、干路中总电流变大,R1两端电压变大,A正
确;R2两端电压减小,通过R2的电流减小,B正确;
总电流变大,通过R2的减小,所以通过小灯泡L的
电流变大,灯泡变亮,功率增大,C正确.因为干路
中电流变大,内电压变大,路端电压变小,D错
误.故选ABC.
【答案】 ABC
【规律总结】 考查光敏电阻,常与直流电路相
联系.串并联电路的特点、动态分析成为这一类
问题考查的热点内容.
变式训练1 如图6-1-6所示,R3是光敏电阻,
当开关S闭合后在没有光照射时,a、b两点等电
势,当用光照射电阻R3时,则( )
图6-1-6
A.R3的电阻变小,a点电势高于b点电势
B.R3的电阻变小,a点电势低于b点电势
C.R3的电阻变大,a点电势高于b点电势
D.R3的电阻变大,a点电势低于b点电势
解析:选A.光照射R3时,由光敏电阻特性,R3的
电阻变小,所以UR3减小,a点电势升高,即a点
电势高于b点电势,A正确.
在温控电路中,通过热敏电
阻阻值随温度的变化可实现对电路
相关物理量的控制.如图6-1-7所
示电路,R1为定值电阻,R2为半导
体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为
电容器.当环境温度降低时( )
热敏电阻的特征
图6-1-7
A.电容器C的带电量增大
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
【答案】 AB
【规律总结】 解此类问题时,R2相当于一个滑
动变阻器.要把R2与金属热电阻区别开.
变式训练2 如图6-1-8所示,将万用表的选择
开关置于“欧姆”挡,再将电表的两支表笔与负
温度系数的热敏电阻Rt的两端相连,这时表针恰
好指在刻度盘的正中间.若往Rt上擦一些酒精,
表针将向________(填“左”或“右”)移动;若用
吹风机将热风吹向电阻,表针将向________(填
“左”或“右”)移动.
图6-1-8
解析:若往Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,
热敏电阻Rt温度降低,电阻值增大,所以电流减小,
指针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻Rt
温度升高,电阻值减小,电流增大,指针向右偏.
答案:左 右
霍尔元件的特性
图6-1-9
【答案】 (1)evB
(2)证明见精讲精析
变式训练3 如图6-1-10所示是霍尔元件的工作
原理示意图,如果用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
电流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( )
图6-1-10
A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工
作面时,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
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