第1節(jié)傳感器及其工作原理傳感器熱敏電阻器的兩種型號(hào)及其特性熱敏電阻器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)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．熱敏電阻器可按電阻溫度特性、材料、結(jié)構(gòu)、工作方式、工作溫度和用途進(jìn)行分類．分類方式類別電阻溫度特性正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)材料金屬、半導(dǎo)體(單晶、多晶、陶瓷)結(jié)構(gòu)珠狀、片狀、桿狀、膜狀工作方式直熱式、旁熱式工作溫度常溫、高溫、低溫用途測(cè)溫控溫、輻射能(功率)測(cè)量、穩(wěn)壓(穩(wěn)幅)等熱敏電阻器的分類熱敏電阻器的用途十分廣泛，主要應(yīng)用于：①利用電阻—溫度特性來(lái)測(cè)量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補(bǔ)償；②利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開(kāi)關(guān)、過(guò)流保護(hù)作用；③利用不同介質(zhì)中熱耗散特性的差異測(cè)量流量、流速、液面、熱導(dǎo)、真空度等；④利用熱慣性作為時(shí)間延遲器．1．傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能夠把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______．2．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．3．熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．4．霍爾元件能夠把磁感強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．1．電壓、電流電路的通斷2．電阻3．電阻4．電壓一、傳感器及其原理1．傳感器傳感器是這樣一類元件：它能夠感受諸如力、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路的通斷．2．傳感器的分類常用傳感器是利用某些物理、化學(xué)或生物效應(yīng)進(jìn)行工作的．根據(jù)人測(cè)量的不同，可將傳感器分為物理型、化學(xué)型和生物型三類．物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、磁場(chǎng)等)發(fā)生明顯變化的特性制成的，如光電傳感器、力學(xué)傳感器等．化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換成為電學(xué)量的敏感元件制成的．生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器，生物或生物物質(zhì)主要是指各種酶、微生物、抗體等，分別對(duì)應(yīng)酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器等等?．傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的大多是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，一般要經(jīng)過(guò)放大等處理后，再通過(guò)控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作．傳感器原理如下圖所示．二、光敏電阻及其特性1．光敏電阻特性的實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)器材多用電表、光敏電阻、導(dǎo)線、黑紙、開(kāi)關(guān)(2)實(shí)驗(yàn)步驟①用多用電表歐姆擋兩表筆與在室內(nèi)自然光照射下的光敏電阻兩端連接，測(cè)光敏電阻阻值電路如上圖所示．②用手張開(kāi)(或用黑紙)放在光敏電阻上，擋住部分光線，測(cè)光敏電阻阻值．③全部擋住光線，測(cè)光敏電阻阻值．④將所測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表中.光照強(qiáng)度強(qiáng)中弱R/Ω2.光敏電阻的特性根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可得光敏電阻的特性：光敏電阻的電阻隨光照的增強(qiáng)而減?。?．光敏電阻被光照射電阻變化的原因光敏電阻在被陽(yáng)光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，原因是構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好，隨光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好．如下圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：每當(dāng)光照射在光敏電阻R1上時(shí)，R1電阻變小，串聯(lián)電路中，R2上的電壓變大，即信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓，A對(duì)．當(dāng)信號(hào)處理系統(tǒng)接收到一次低電壓，相應(yīng)計(jì)數(shù)一次，所以此題應(yīng)選A、C.答案：AC變式擁遷移1.如右炎圖所竟示，強(qiáng)將多疾用電價(jià)表的照選擇淹開(kāi)關(guān)孝置于犁歐姆偷擋，短再將起電表書的兩露支表咱筆分摘?jiǎng)e與嬸光敏縫電阻Rt的兩失端相江連，竭這時(shí)默表針?biāo)记『锚M指在齡刻度元盤的藍(lán)中央躲．若牽用不太透光館的黑逆紙將Rt包裹持起來(lái)曠，表渡針將鹽向__揪__愉__秋__損(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)先；若究用手仗電筒班照射Rt，表針灑將向__勸__起__護(hù)__(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)紋．解析旋：光敏刻電阻殊受光托照越握強(qiáng)，央電阻桃越小歡，所紋以將Rt用不期透光臟的黑嚼紙包堅(jiān)起來(lái)旋，電尺阻增芳大，僑指針惑左偏旺；若養(yǎng)用手挪電筒模光照聽(tīng)射Rt，電嬌阻減袖小，田指針豎右偏梢．答案混：左旅右變式石遷移三、尸熱敏液電阻嚷及其偵特性1．熱價(jià)敏電任阻特次性的惜實(shí)驗(yàn)氧探究(1封)實(shí)驗(yàn)笨器材熱敏愁電阻邪、多行用電陵表、渾燒杯(備用蛇冷、購(gòu)熱水)、溫經(jīng)度計(jì)撲、鐵鵲架臺(tái)(2棟)實(shí)驗(yàn)譽(yù)步驟①如右膨圖所阻示，星將一鉗熱敏貸電阻渴連入錄電路農(nóng)中．申用多己用電材表歐旋姆擋壓測(cè)其高電阻抹，記灘錄溫奧度、盈電阻相值．②將熱翻敏電愚阻放衣入少鞠量冷窄水中甘并將姜它插壇入有復(fù)溫度悔計(jì)的絞燒杯超中，臨記錄斤溫度泡、電朗阻值驢．③再分五幾次刮向燒包杯中嚴(yán)倒入碰熱水藝觀察故不同浪溫度酸下熱找敏電料阻的唱阻值賣．④在右宴圖中慘，粗晶略描副繪出用熱敏摘電阻的特阻值R隨溫確度t變化馳的R－t圖線疑．⑤根據(jù)愉實(shí)驗(yàn)搖數(shù)據(jù)濁和R－t圖線野，說(shuō)明熱找敏電紐奉阻的漠阻值介是否頓隨溫嫩度變踩化而均勻偽變化娃？次數(shù)待測(cè)量12345t/°CR/Ω把測(cè)蹦量到便的溫建度、榜電阻吸值填鉤入下災(zāi)表中2．熱簡(jiǎn)敏電帶阻熱敏椒電阻澆由半啟導(dǎo)體撫材料賺制成荒，根熔據(jù)上豬述實(shí)吧驗(yàn)可區(qū)知，籠其電航阻值站隨溫閉度的售變化翁明顯禍，溫度麻升高紹電阻轎減小僻，如菠右圖所誤示為勺某一子熱敏流電阻宣的電阻芽值隨帽溫度鋒變化頁(yè)的特騙性曲線婦．3．金晚屬熱昂電阻有些哭金屬逐的電導(dǎo)阻率月隨溫伯度的挨升高虧而增便大，昨這樣巡壽的電猜阻也葡可以還制作事溫度待傳感元器，排稱為浩熱電揀阻．渣右圖供為某濟(jì)金屬蔑導(dǎo)線視的電煮阻－唇溫度送特性輸曲線間．注意夾：熱敏尾電阻零和金障屬熱電阻鍬都能權(quán)夠把外溫度高這個(gè)旋熱學(xué)萍量轉(zhuǎn)換島成電撥阻這領(lǐng)個(gè)電橫學(xué)量約，但餃相比而奶言，囑金屬宗熱電沿阻的使化學(xué)池穩(wěn)定性首好，寒測(cè)溫?fù)]范圍坊大，途而熱灶敏電阻登的靈著敏度許較好勵(lì)．如下禾圖所幕示，毯將萬(wàn)售用表東的選標(biāo)擇開(kāi)險(xiǎn)關(guān)置繩于“歐姆”擋，棋再將處電表店的兩興支表始筆與棒負(fù)溫籮度系慶數(shù)的劃熱敏旨電阻Rt的兩秀端相曉連，殼這時(shí)始表針球恰好講指在撓刻度撈盤的塘正中繁間．喂若往Rt上擦嫁一些報(bào)酒精古，表除針將汪向__堂__暫__俊__顫(填“左”或“右”)移動(dòng)癢；若輪用吹具風(fēng)機(jī)拆將熱晃風(fēng)吹斬向電法阻，蕉表針箱將向__摘__伸__繭__鬼(填“左”或“右”)移動(dòng)蔑．解析卸：若往Rt上擦羊一些低酒精斯，由伏于酒狠精蒸淚發(fā)吸為熱，百熱敏偶電阻Rt溫度妨降低盲，電煌阻值程增大啄，所育以電缺流減茄少，昏指針乖應(yīng)向岔左偏闖；用考吹風(fēng)緒機(jī)將疏熱風(fēng)津吹向聚電阻站，電賴阻Rt溫度抱升高傻，電滿阻值傷減小熔，電膛流增蜂大，炮指針便向右遇偏．答案員：左梳右變式疼遷移2.有定環(huán)值電散阻、盞熱敏衡電阻永、光巡壽敏電逆阻三席只元昏件，梯將這刮三只痰元件淘分別梳接入利如下摘圖所摩示電只路中嫁的A、B兩點(diǎn)核后，銷用黑亦紙包蜂住元絡(luò)件或介者把兆元件水置入逆熱水欄中，艦觀察荷歐姆嬌表的查示數(shù)掙，下癥列說(shuō)污法中日正確挖的是()A．置適入熱才水中場(chǎng)與不培置入僚熱水笑中相比，承歐姆動(dòng)表示爬數(shù)變槽化較取大，帶這只通元件一既定是潤(rùn)熱敏忠電阻B．置版入熱胸水中箱與不淡置入敏熱水毀中相比卸，歐貴姆表蛇示數(shù)脖不變胡化，芳這只元件幅一定滔是定獲值電騎阻C．用杜黑紙蔑包住繳元件胡與不華用黑循紙包住米元件醬相比圈，歐耳姆表住示數(shù)痕變化賢較大百，這扒只元駕件一嘴定是免光敏催電阻D．用難黑紙您包住析元件哀與不尚用黑箱紙包手住元漫件相栗比，工歐姆儀表示壞數(shù)相鄰?fù)?，擺這只弓元件窩一定鞠是定異值電披阻解析褲：熱敏耐電阻銀的阻眾值隨持溫度獄變化擋而變至化，妄定值鼠電阻諷和光闊敏電廣阻不摘隨溫幟度變茅化；隸光敏揉電阻奸的阻北值隨威光照卡變化回而變切化，賴定值咳電阻墾和熱份敏電給阻不命隨之桂變化那．答案剛：AC四、晉霍爾問(wèn)元件1．霍置爾元筐件如右桌圖所換示，心在一鉆個(gè)很沾小的容矩形噴半導(dǎo)陰體(例如緞砷化妥銦)薄片第上，逃制作儲(chǔ)四個(gè)扶電極E、F、M、N，就成烈為一炕個(gè)霍屠爾元己件．說(shuō)明：霍爾論元件央能夠植把磁砌感應(yīng)強(qiáng)殼度這位個(gè)磁珍學(xué)量起轉(zhuǎn)換亮為電壓這季個(gè)電柴學(xué)量善．2．霍爾隆電壓UH＝k說(shuō)明這：(1雄)其中k為比熟例系臺(tái)數(shù)，稱為榆霍爾伴系數(shù)萌，其常大小援與薄對(duì)片的禿材料儉有關(guān)紹．(2片)一個(gè)竟霍爾骨元件貼的d、k為定鼓值，箏再保驅(qū)持I恒定梯，則UH的變折化就寇與B成正懂比，瘋因此樂(lè)霍爾雙元件收，又久稱磁臭敏元脫件．3．霍爾鞠效應(yīng)折的原挪理外部透磁場(chǎng)澆使運(yùn)劑動(dòng)的粗載流跳子受套到洛堅(jiān)倫茲焦力，仙在導(dǎo)施體板伸的一燈側(cè)聚稼集，幼在導(dǎo)滴體板闊的另們一側(cè)嶺會(huì)出脖現(xiàn)多厚余的稅另一廳種電仍荷，鉤從而挑形成覺(jué)橫向守電場(chǎng)晃；橫宜向電捕場(chǎng)對(duì)分電子銀施加歉與洛番倫茲束力方炒向相仇反的讓靜電桐力，喜當(dāng)靜全電力亞與洛鍬倫茲交力達(dá)傻到平值衡時(shí)并，導(dǎo)白體板債左右接兩側(cè)俘會(huì)形辯成穩(wěn)厚定的帆電壓逼，設(shè)捉上圖反中MN方向丑長(zhǎng)度努為l2，則q＝qvB.根據(jù)罷電流狐的微翁觀解糧釋I＝nq續(xù)sv，整足理后較，得UH＝.令k＝，因n為材慌料單角位體示積的四帶電史粒子撇個(gè)數(shù)只，q為單醬個(gè)帶秀電粒外子的格電荷結(jié)量，賽它們鉤均為死常數(shù)賭，所通以UH＝k.UH與B成正沫比，慣這就運(yùn)是為齡什么辛霍爾塵元件懇能把領(lǐng)磁學(xué)律量轉(zhuǎn)日換成嚼電學(xué)釣量的拉原因貢．電磁頂流量來(lái)計(jì)廣塑泛應(yīng)脾用于沫測(cè)量接可導(dǎo)頸電流斧體(如污印水)在管劍中的廳流量(即單晨位時(shí)狗間內(nèi)洪通過(guò)善管內(nèi)拆橫截頁(yè)面的柜流體駁的體灰積)．為清了簡(jiǎn)科化，諸假設(shè)閘流量勺計(jì)是崖如下愿圖所旋示的儀橫截丸面為呢長(zhǎng)方疾形的范一段佳管道鄰，其問(wèn)中空碼部分努的長(zhǎng)捐、寬澇、高赤分別形為圖克中的a、b、c.流量砍計(jì)的圣兩端制與送診流體王的管短道相織連(下圖屑中虛買線)．圖渠中流吩量計(jì)糊的上隱下兩診面是鏟金屬材料哲，前孩后兩烤面是蔽絕緣材料眨．現(xiàn)慢于流子量計(jì)嫌所在處加訪磁感暈應(yīng)強(qiáng)方度為B的勻強(qiáng)幼磁場(chǎng)冶，磁寺場(chǎng)方格向垂直于高前后憂兩面誦．當(dāng)輩導(dǎo)電臂流體柿穩(wěn)定晶地流哲經(jīng)流許量計(jì)石時(shí)，緞在管午外將賓流量落計(jì)上析、下棋兩表態(tài)面分觀別與學(xué)一串較接了帶電阻R的電行流表劈燕的兩廳端連份接，I表示待測(cè)得掠的電符流值零．已媽知流質(zhì)體的喚電阻銅率為ρ，不禍計(jì)電抄流表努的內(nèi)迎阻，辜則可座求得尸流量叛為()解析拜：本題包實(shí)質(zhì)漫上是客有關(guān)辮磁與電傳級(jí)感器惑的計(jì)際算題姿，綜駛合性場(chǎng)強(qiáng)、久能力要異求高惰．設(shè)管溪中流拋體的器流速貌為v，則荷在Δt時(shí)間懸內(nèi)流村體在哄管中錫向前蔑移動(dòng)集的距努離為vΔt，這辜樣如亭圖畫以線的煙流體續(xù)在Δt時(shí)間范內(nèi)都薯將流企過(guò)橫復(fù)截面酒．設(shè)施此橫今截面廈積為S，則態(tài)畫線邁的流缸體體訂積ΔV＝SvΔt，除袍以時(shí)骨間Δt，則泊得到枝流體灘在該溝管中戚的流飯量為Q＝愧＝Sv.對(duì)于合題干勻所給慨的流接量計(jì)奴，橫像截面犁積S＝bc，故魔流過(guò)鴿流量屑計(jì)的透流量Q＝vbc，對(duì)沃于給秧定的秀流量昂計(jì)，b與c是常社量，茄可見(jiàn)幣測(cè)流嚴(yán)量實(shí)輪質(zhì)是俱測(cè)流匙速．當(dāng)可涂導(dǎo)電笑流體棕穩(wěn)定就地流厲經(jīng)流心量計(jì)鎮(zhèn)，流確量體深將切陪割磁燙感線鏟，這聞樣在驗(yàn)流量劈燕計(jì)的粒上、浙下兩宰面產(chǎn)悲生的懂感應(yīng)位電動(dòng)歸勢(shì)E＝vBc，其荒中B是垂司直于真流量蠟計(jì)前趁后兩堅(jiān)面的阿勻強(qiáng)誕磁場(chǎng)割的磁根感應(yīng)匪強(qiáng)度冒，c是流壺過(guò)流肌量計(jì)貓流體體的厚吩度，v是可姥導(dǎo)電例流體賊在流倍量計(jì)弦中的貸速．催這樣閑在管奔外將萌流量宿計(jì)上樓、下扮兩表糧面分外別與唉一串噴接了單電阻R的電電流表蠻的兩打端連挽接，左如右削圖所瀉示，踩則將籌有電俗流流愈過(guò)閉售合電巴路．腐這個(gè)挺閉合響電路淋中的首電動(dòng)匪勢(shì)就周是由梅可導(dǎo)殲電流賺體沿誦流量詞計(jì)流內(nèi)動(dòng)切仇割磁頸感線稼而產(chǎn)襯生的店感應(yīng)泳電動(dòng)友勢(shì)，帽如下廊圖所孤示，蟻電阻板包括去外接泊的電行阻R和可努導(dǎo)電典流體靠的電徐阻r＝ρ.這樣弊根據(jù)挖歐姆蠟定律賣，得催到閉雙合電巖路中組的電墾流等夏于變式腥遷移3．一什種半誓導(dǎo)體單材料果稱為“霍爾刊材料”，用錘它制稼成的諸元件額稱為“霍爾彎元件”，這飼種材訪料有戀可定蒙向移抹動(dòng)的嗽電荷號(hào)，稱值為“載流舅子”，每臘個(gè)載燭流子稀的電隙荷量添大小賺為1個(gè)元嚼電荷考量，耐即q＝1.辨6×10－19C，霍縮慧爾元薦件在宵自動(dòng)雷檢測(cè)賢、控伙制領(lǐng)吃域得覽到廣證泛應(yīng)把用，宅如錄智像機(jī)敘中用侮來(lái)測(cè)老量錄予像磁知鼓的匹轉(zhuǎn)速扣、電踩梯中耕用來(lái)桑檢測(cè)蜘電梯菠門是石否關(guān)設(shè)閉以螞及自彈動(dòng)控騎制升綱降電齒動(dòng)機(jī)異電源戀的通顆斷等被．在一雞次實(shí)禿驗(yàn)中辟，一嘆塊霍勇?tīng)柌纳粤现瞥勺V的薄終片寬a＝1.婆0×10－2m、長(zhǎng)b＝4.余0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水掩平放雙置在藍(lán)豎直鋤向上吩的磁匙感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.款5通T的勻艙強(qiáng)磁咬場(chǎng)中冊(cè)，bc方向敢通有I＝3.總0忙A的電曠流，織如上友圖所歲示，靠沿寬撈度產(chǎn)撲生1.德0×10－5V的橫詞向電博壓．(1駐)假定甲載流郵子是砍電子任，a、b兩端擁中的文哪端絹電勢(shì)硬較高槽？(2妄)薄板暗上形融成電標(biāo)流I的載總流子蠶定向袖運(yùn)動(dòng)禁的速網(wǎng)率多搖大？解析街：(1蝴)根據(jù)悉左手膜定則悼可確昆定a端電改勢(shì)高釋．(2壘)當(dāng)導(dǎo)缸體內(nèi)蛛由于盤載流投子有膝沿電腸流方劍向所垮在的欺直線老定向鎮(zhèn)運(yùn)動(dòng)叛時(shí)，旺受洛公倫茲鏟力作槐用而屠產(chǎn)生辯橫向查分運(yùn)秀動(dòng)，青產(chǎn)生黑橫向麗電場(chǎng)遲，橫終向電聰場(chǎng)的匠電場(chǎng)船力與擾洛倫倦茲力擺平衡眨時(shí)，椒導(dǎo)體捎橫向完電壓挨穩(wěn)定罷．設(shè)譽(yù)載流暗子沿旱電流中方向做所在釀直線冊(cè)定向鳳移動(dòng)士的速格度為v，橫惠向電峽壓為Uab，橫羊向電擱場(chǎng)強(qiáng)籌度為E，電尾場(chǎng)力填為Fe＝E·e＝·e，磁程場(chǎng)力基礎(chǔ)濕鞏固1．有暢一電同學(xué)元聚件，蕉溫度曾升高安時(shí)電蹦阻卻崖大幅倡度減憑小，釣則這對(duì)種元察件可技能是()A．金姑屬導(dǎo)患體B．絕勿緣體C．半屋導(dǎo)體D．超葛導(dǎo)體解析迷：題中流所述眨四種時(shí)材料秧中只謹(jǐn)有半外導(dǎo)體雜的電適阻隨董溫度勉升高舞而減腎小，產(chǎn)故選C.答案廉：C能力哨提升9．如哄下圖室所示