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1、传感器及其工作原理一、教学目标概览1 、知道什么是传感器，传感器的工作原理。2 、知道传感器中常见的三种敏感元件及其它们的工作原理。3 、了解电容式传感器的应用。二、聚焦重点难点重点：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。难点：分析并设计传感器的应用电路。三、教学互动（一）传感器1 、概念： _ 。2 、原理图：3 、三种常见的敏感元件（ 1）光敏电阻材料及构造工作原理功能：把 _（光学量）转换为_（电学量）。（ 2）热敏电阻和金属热电阻热敏电阻a ）材料b ）特点c ）功能：把 _转换为 _（电学量）。d ）分类：正温度系数PTC热敏电阻（特点）负温度系数NTC热敏电阻（特点）金属热
2、电阻a ）材料b ）特点c ）功能：把 _转换为 _（电学量）。（ 3）霍尔元件材料及构造霍尔电压： _ 。推导：功能：把 _（磁学量）转换为_（电学量）。（二）传感器的分类1 、分类2 、电容式传感器用心爱心专心1四、课堂探究【例 1】有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、 B 两点后，用墨纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）A、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，
3、欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻【例 2】如图所示：（ 1）图甲是_的电容式传感器，原理是_ ；（ 2）图乙是_的电容式传感器，原理是_ ；（ 3）图丙是_的电容式传感器，原理是_ ；（ 4）图丁是_的电容式传感器，原理是_ 。【例 3】如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与 NTC热敏电阻 Rt 的两端相连，这时指针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt 上擦一些酒精，指针将向_（填“左”或“右” ）移动；若用吹风机将热风吹向Rt ，则指针将向_（填“左”或“右” ）移动。（迁移）若
4、Rt 为 PTC热敏电阻，情况如何？【例 4】电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（即单位时间内通过管内横截面积的流体的体积） 。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的 a、 b、c。流量计的两端与输送流体的管道相连（图中的虚线） 。图中流量计的上下两面是金属材料， 前后两面是绝缘材料。 现于流量计所在处加磁感应强度为 B 的匀强磁场， 磁场方向垂直于前后两面。 当导电流体稳定地流经流量计时， 在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻 R 的电流表的两端连接， I 表示测得的电流值。已知流 体 的 电 阻 率 为 ，
5、 不 计 电 流 表 的 内 阻 ， 则 可 求 得 流 量 为（）用心爱心专心2A、 I (bRc ) B 、 I (aRb ) C 、 I (cRa ) D 、 I ( Rbc)BaBcBbBa五、课堂跟踪反馈1.PTC热敏电阻随温度升高而_， NTC热敏电阻随温度升高而_；光敏电阻在光照射下其电阻显著_.2. 如图所示，是一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片和定片之间的角度 发生变化时，试分析传感器是如何将这种变化转化为电学量的 ?3. 如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况， 测出铂丝的电阻就可以知道其温度 . 这实际上是一个传感器，
6、它是将 _转化为 _来进行测量的 .4. 在自动恒温装置中，某种半导体材料的电阻率与温度的关系如图所示，已知这种材料具有发热和控温双重功能，下列说法正确的是：(1)通电前材料的温度低于t ，通电后，电压保持不变， 它们功率是（）1A. 先增大后减小B. 先减小后增大C. 达到某一温度后功率不变D. 功率一直在变化(2)其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在（）A.t1B.t 2C.t 1到 t 2的某个温度上D. 大于 t 2的某个温度上5. 在如图的电路中，电源两端的电压恒定，L 为小灯泡， R为光敏电阻， D 为发光二极管 ( 电流越大，发出的光越强 ) ，且 R 与 D间距不变，下列
7、说法正确的是（）A. 当滑动触头 P向左移动时， L消耗的功率增大B. 当滑动触头 P向左移动时， L消耗的功率减少C. 当滑动触头 P向右移时， L消耗的功率可能不变D. 无论怎样移动触头 P， L消耗的功率都不变6. 如图所示， 将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为 ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为 ' ，则可判断（）A. '= B. '< C. '> D. 不能确定 和 ' 的关系用心爱心专心3六、课后自主评价1. 如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的
8、装置的示意图， A 为光源， B 为光电接收器， A、B 均固定在车身上， C 为小车的车轮， D 为与 C同轴相连的齿轮 . 车轮转动时， A 发光的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后就成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示 . 若实验显示单位时间内的脉冲数为 n，累计脉冲数为 N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是_ ；小车速度的表达式为 v=_；行程的表达式为 s=_.2. 用传感器进行自动控制时，常常要用到继电器. 如图所示为初中学过的继电器原理示意图 . 其中 L 是电磁铁， 当 ab 间接通电源后，衔铁 S 被吸引向下，这样， ce 由原来闭合接通的状
9、态变为断开，而 cd 则由原来断开的状态变为闭合接通 . 通常将传感器、低压电源接入与电磁铁L 相连的 ab 回路来执行对继电器的控制，而cde回路则用来执行对有关电器的控制，试设计一个用光敏电阻来控制路灯的实验电路，要求是光暗时灯亮，光亮时灯熄 . 可供选择的仪器如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线 .3. 如图所示是彩色电视接收机的消磁电路示意图，R 是热敏电阻， L 是消磁线圈，试说明此电路的工作过程。4.（ 2003 上海）图为某一热敏电阻 （电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I-U 关系曲线图。（ 1）为了通过测量得到图中所示I-U关系的完整曲
10、线，图（a）和（ b）两个电路中应选择的是图_；简要说明理由： _ ；（电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100 ）（ 2）在右图所示的电路中，电源电压恒为 9V，电流表读数为 70mA，定值电阻 R1250 。由热敏电阻的 I-U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 _V；电阻 R2_ ；（ 3）举出一个可以应用热敏电阻的例子。用心爱心专心45. （ 2005 上海）一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为 2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。图（a）为该装置示意图，图（b）为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间， 纵坐标表示接受到的激光信号强度，图中t 1=1.0 × 10-3 s，t 2=0.8× 10-3 s。求：（ 1）利用图（ b）中的数据求 1s 时圆盘转动的角速度；（ 2）说明激光器和传感器沿半径移动的方向；（ 3）求图（ b）中第三个激光信号的宽度t 3。用心爱心专心5