第六章感測器
第一節感測器及其工作原理
【知能準備】
1． 感測器：
感測器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等_________量，並能把它們按照一定的規律轉換為電壓、電流等________量，或轉換為電路的通斷。把非電學量轉換為電學量以後，就可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制了。
感測器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件獲取外界資訊並轉換_______訊號，通過輸出部分輸出，然後經控制器分析處理。
常見的感測器有力感測器、氣敏感測器、超聲波感測器、磁敏感測器等。
2． 常見感測器元件：
（1）光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導體，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性能變好，光敏電阻能夠把這個光學量轉換為電阻這個電學量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強弱。
（2）金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的公升高而用金屬絲可以製作它能把這個熱學量轉換為________這個電學量。
熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的公升高而_______或與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的好，測溫範圍但較差。
（3）電容式位移感測器能夠把物體的這個力學量轉換為______這個電學量。
（4）霍爾元件能夠把這個磁學量轉換為電壓這個電學量
【同步導學】
一、疑難分析
1．光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導體，無光照射時，載流子極少，導電性能能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性能變好，即光敏電阻值隨光照增強而減小。光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻大小這個電學量。
2．熱敏電阻：用半導體材料製成，其電阻隨溫度變化明顯，溫度公升高電阻減小，如圖－1為某一熱敏電阻－溫度特性曲線。熱敏電阻的靈敏度較好。
3．金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的公升高而增大，這樣的電阻也可以製作溫度感測器。金屬熱電阻的化學穩定性好，測溫範圍大。
4．霍爾元件：如圖－2所示，在乙個很小的矩形半導體薄片上，製作四個電極c、d、e、f，就製成為乙個霍爾元件。霍爾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。
霍爾電壓： 其中k為比例係數，稱為霍爾係數，其大小與薄片的材料有關。乙個霍爾元件的厚度d、比例係數k為定值，再保持i恆定，則電壓uh的變化就與b成正比，因此，霍爾元件又稱磁敏元件。
二、方法點撥
推導公式
三、同步檢測：
1．如圖－3所示，將萬用表的選擇開關置於「歐姆」擋，再將電表的兩支錶筆與一熱敏電阻rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間。若往rt上擦一些酒精，表針將向填「左」或「右」）移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向填「左」或「右」）移動。
2．感測器是一種採集資訊的重要器件。如圖－4所示是一種測定壓力的電容式感測器。當待測壓力f作用於可動膜片電極時，可使膜片產生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯成閉合電路，那麼（ ）
a．當f向上壓膜片電極時，電容將減小
b．當f向上壓膜片電極時，電容將增大
c．若電流計有示數，則壓力f發生變化
d．若電流計有示數，則壓力f不發生變化
3．如圖所示，是乙個測定液面高度的感測器，在導線芯的外面塗上一層絕緣物質，放在導電液體中，導線芯和導電液構成電容品的兩極，把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時，則導電液體的深度h變化為（ ）
a．h增大 b．h減小
c．h不變 d．無法確定
4．如圖所示，r1為定值電阻，r2為熱敏電阻，l為小燈泡，當溫度降低時（ ）
a．r1兩端的電壓增大
b．電流錶的示數增大
c．小燈泡的亮度變強
d．小燈泡的亮度變弱
第二節感測器的應用
【知能準備】
1.力感測器的應用－電子秤
（1）電子秤理有片、電壓放大器、模數轉換器微處理器和數字顯示器等器件。電阻應變片受到力的作用時，它的會發生變化，把應變片放在合適的電路中，他能夠把物體這個力學量轉換為這個電學量，因而電子秤是的應用。
（2）工作原理：如圖6.2－1所示，彈簧鋼製成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼乙個應變片，在梁的自由端施力f，則梁發生彎曲,上表面拉伸，下表面壓縮, 上表面應變片的電阻下表面應變片的電阻變小。
f越大， 彎曲形變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恆定，那末上面應變片兩端的電壓變大，下面應變片兩端的電壓變小。感測器把這兩個電壓的差值輸出。
外力越大，輸出的電壓差值也就
2.溫度感測器的應用－電熨斗
(1)在電熨斗中，裝有雙金屬片溫度感測器，其作用是當溫度發生變化時，雙金屬片的不同，從而能控制電路的通斷。
(2)電熨斗的自動控溫原理：常溫下，上、下觸點是接觸的，但溫度過高時，由於雙金屬片受熱膨脹係數不同，上部金屬膨脹下部金屬膨脹則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低後，雙金屬片恢復原狀，重新接通電源，從而保持溫度不變。
3．溫度感測器的應用——電飯鍋
（1）電飯鍋中的溫度感測器主要元件是它的特點是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁鐵吸引，但是上公升到約103℃時，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。這個溫度在物理學中稱為該材料的「居里溫度」或「居里點」。
（2）感溫鐵氧體是用＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿混合燒製而成的。
4．光感測器的應用——火災報警器
（1）有的火災報警器是利用煙霧對＿＿＿＿＿＿＿來工作的，其帶孔的罩子內裝有發光二極體led、光電三極體和不透明的擋板。平時光電三極體收不到led發出的光，呈現高電阻狀態。煙霧進入罩內後對＿＿＿＿＿＿＿，使部分光線照射到光電三極體上，其電阻＿＿＿。
與感測器連線的電路檢測出這種變化，就會發出警報。
同步檢測
1． 電子秤使用的是
a．超聲波感測器 b．溫度感測器
c．壓力感測器d．紅外線感測器
2．關於電子秤中應變式力感測器的說法正確的是
a．應變片是由導體材料製成
b．當應變片的表面拉伸時,其電阻變大，反之變小
c．感測器輸出的是應變片上的電壓
d．外力越大，輸出的電壓差值也越大
3．下列器件不是應用溫度感測器的是
a．電熨斗b．話筒c．電飯鍋d．測溫儀
4．用如圖－4所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、後壁上各安裝乙個有力敏電阻組成的壓力感測器。用兩根相同的輕彈簧夾著乙個質量為2.
0㎏的滑塊，滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在感測器a、b上其壓力大小可以直接從感測器的液晶顯示屏上讀出。現將裝置沿運動方向固定在汽車上，感測器b在前，a在後。汽車靜止時，感測器a、b的示數均為10n（取g=10m／s2）
（1）若感測器a示數為14n，b的示數為6.0n，求此時汽車的加速度和方向?
（2）當汽車有怎樣的加速度運動時，感測器a的示數為零？
5．如圖是電熨斗溫度自動控制裝置。
（1）常溫時，上、下觸點應是分離,還是接觸?
（2）雙金屬片溫度公升高時，那一層形變大?
（3）假設原來溫度上公升到800c時，斷開電源，現在要求600c時斷開電源,應怎樣調節調溫旋鈕?
6.關於電飯鍋的說法正確的是
a．電飯鍋中的溫度感測器其主要元件是氧化鐵
b．鐵氧體在常溫下具有鐵磁性,溫度很高時失去鐵磁性
c．用電飯鍋燒水,水開時能自動斷電
d．用電飯鍋煮飯時,若溫控開關自動斷電後,它不能自動復位
7．如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恆定，l為小燈泡，r為光敏電阻，led為發光二極體（電流越大，發出的光越強），且r與led相距不變，下列說法正確的是（ ）
a．當滑動觸頭p向左移動時，l消耗的功率增大
b．當滑動觸頭p向左移動時，l消耗的功率減小
c．當滑動觸頭p向右移動時，l消耗的功率可能不變
d．無論怎樣移動觸頭p，l消耗的功率都不變
8．如圖所示，r1、、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏電阻，當照射光強度增大時（ ）
a．電壓表的示數減小 b．r2中的電流強度減小
c．小燈泡的功率增大 d．電路的路端電壓公升高
第三節實驗：感測器的應用
知能準備：
１．普通二極體和發光二極體
（１）二極體具有導電性。
（２）發光二極體除了具有單向導電性外，導電時還能普通的發光二極體是用磷化鎵和磷砷化鎵等半導體材料製成，直接將電能轉化為光能。該類發光二極體的正嚮導通電壓大於1.8v.
２．晶體三極體
（１）晶體三極體能夠把微弱的訊號晶體三極體的三極分別為發射極e.基極b和集電極c.
（２）感測器輸出的電流或電壓很用乙個三極體可以放大幾十倍以至上百倍。三極體的放大作用表現為基極b的電流對電極c的電流起了控制作用。
感測器複習學案
章末測試 一 選擇題 利用半導體可以製成 標準電阻 熱敏電阻 光敏電阻 電晶體 下列說法不正確的是 話筒是一種常用的聲感測器，其作用是將電訊號轉換為聲訊號 電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度感測器，這種感測器作用是控制電路的通斷 電子秤所使用的測力裝置是力感測器 熱敏電阻能夠把溫度這個...
感測器知識
稱重感測器實際上是一種將質量訊號轉變為可測量的電訊號輸出的裝置。用感測器茵先要考慮感測器所處的實際工作環境，這點對正確選用稱重感測器至關重要，它關係到感測器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。在稱重感測器主要技術指標的基本概念和評價方法上，新舊國標有質的差異 傳統概念上...
感測器簡介
科技名詞定義 中文名稱 感測器英文名稱 sensor measuring element transducer 定義1 能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置。所屬學科 機械工程 一級學科 感測器 二級學科 感測器一般名詞 學科 定義2 接受物理或化學變數 輸入變數 形式的...