【创新设计】2015-2016学年高中物理6.1传感器及其工作原理新人教版选修3-2教程.ppt

* 目标定位 1.知道什么是传感器，理解传感器的工作原理. 2.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等的基本特性及工作原理. 3.初步掌握各种常用元件的简单应用. 第1讲　传感器及其工作原理 1 预习导学 梳理·识记·点拨 2 课堂讲义 理解·深化·探究 3 对点练习 巩固·应用·反馈 一、什么是传感器 1.定义：感受非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为 或转换为电路的 的一类元件. 2.工作原理 电学量 非电学量 传感器 (敏感元件、转换器件、转换电路) 电学量 → → 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 材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能 ；随着光照的增强，载流子增多，导电性 . 3.作用：把光照强弱这个光学量转换为 这个电学量. 减小 半导体 不好 变好 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 电阻率随温度升高而 常用制作材料 氧化锰 铂 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 这个电学量 减小 增大 电阻 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 作用下，向着与电流和磁场都垂 直的方向漂移，使M、N间出现 (如图1所示). 图1 洛伦兹力 电压 3.作用：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为 这个电学量. 电压 想一想　如图1所示，霍尔元件中M、N间的电压UH如何计算？(在图中设E、F间通入的电流恒为I，外加磁场为B，薄片厚度为d，单位体积内载流子数为n，单个载流子所带电荷量为q) 答案　该霍尔元件中的载流子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场.载流子同时受到电场力作用.当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到稳定，且有 ① 再根据电流的微观解释I＝nqSv ② S＝Ld ③ 一、对传感器的正确理解 1.传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大处理后，再通过控制系统产生各种控制动作. 2.在分析传感器时要明确 (1)核心元件是什么； (2)是怎样将非电学量转化为电学量的； (3)是如何显示的或如何控制开关的. 例1　关于传感器，下列说法正确的是(　　) A.光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的 B.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 C.传感器是将非电学量转变为电学量的装置 D.以上说法都不正确 AC 二、常见的传感器 1.光敏电阻 (1)特点：阻值随光照强度的增大而减小. (2)机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小. 2.热敏电阻 (1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关.温度变化，阻值有明显变化. (2)分类：由半导体材料制成，其导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻. ①正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增加. ②负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而下降. ③临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降. 3.金属热电阻 特点：电阻率随温度的升高而增大，电阻随温度的升高而增大. 4.霍尔元件 霍尔电势高低的判断方法：由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向.在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷. 例2　下列有关电阻应用的说法中，错误的是(　　) A.热敏电阻可应用于温度测控装置中 B.光敏电阻是一种光电传感器 C.电阻丝可应用于电热设备中 D.金属热电阻随温度升高而减小 解析　由热敏电阻、光敏电阻、金属热电阻的特性和用途知A、B、C正确，D错误. D 图2 例3　在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的 今天，担负着信息采集任务的