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5.2常見傳感器的工作原理及應用
第五章傳感器
光敏電阻
金屬熱電阻和熱敏電阻
電阻應變片
01
02
03
目錄
CONTENTS
常見電容式傳感器原理及分析
04
單擊此處添加標題
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PART 1
力
溫度
光
聲
化學成分
電壓
電流
電路的通斷
我們知道，傳感器可以感受光強、溫度、力、磁等非電學量，并把它們轉換為與之有確定對應關系的電學量輸出。那么，常見的傳感器是怎樣感知非電學量，并將其轉換為電學量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應用呢？
1.特點：光照越強，電阻越小。
2.電阻變化的原因：光敏電阻的構成物質為硫化鎘是半導體材料，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，導電性變好。
3.作用：把光照強弱這個光學量
轉換為電阻這個電學量。
R
光照
O
一、光敏電阻
2025/4/15
6
物理組
3.光敏電阻的工作原理
光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。
硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子也增多，導電性變好。
應用：光電計數
傳送帶上有無物品 光敏電阻有無光信號 光敏電阻阻值 輸出電壓大小
無
有
有
無
較小
較大
較低
較高
這種高低交替變化的信號經過處理，就會轉化為相應的數字，實現自動計數的功能。
4.光敏電阻的應用
例1.(經典題)將多用電表的選擇開關置于電阻擋,
歐姆調零后,將一光敏電阻連在多用電表兩表筆之
間,如圖所示,用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ,
現用手掌擋住部分光線,表針的偏角為θ',則可判
斷 (　　)
A.θ'=θ　　B.θ'<θ
C.θ'>θ　　D.不能確定θ和θ'的關系
B
例2.(多選題)(2024福建三明期中)如圖所示是光電計數器
的工作示意圖,其中A是發光儀器,B是傳送帶上的物品,R1為
光敏電阻,R2為定值電阻,下列說法正確的是 (　　)
A.當有光照射R1時,信號處理系統獲得高電壓
B.當有光照射R1時,信號處理系統獲得低電壓
C.信號處理系統每獲得一次低電壓就計數一次
D.信號處理系統每獲得一次高電壓就計數一次
BD
金屬熱電阻和熱敏電阻
PART 2
01.
材料：金屬
1.金屬熱電阻
R
T
o

2.熱敏電阻
材料：半導體材料
R
T
o
特性：阻值隨溫度的升高而增大
特性：阻值隨溫度的升高而減小
二、金屬熱電阻和熱敏電阻
3.優缺點：
熱敏電阻靈敏度高，但化學穩定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學穩定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。
金屬熱電阻
熱敏電阻有何特性？
4.(多選題)如圖所示,R1為定值電阻,R2是正溫度系數的熱
敏電阻(即溫度越高,電阻值越大),L為小燈泡,當溫度下降
時 (　　)
A.理想電流表的示數增大
B.R1兩端的電壓增大
C.小燈泡變亮
D.小燈泡變暗
ABD
ACD

電阻應變片
PART 3
電阻與導體的材料、長度和橫截面積有關。
我們怎么根據這個原理制造傳感器？
金屬的電阻應變效應
拉力→L變長→S變小→電阻變大
壓力→L變短→S變大→電阻變小
半導體電阻應變片
當單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化的現象，稱為壓阻效應。
電阻應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為電阻這個電學量。
應變式力傳感器
應變片
金屬梁
電阻應變片
金屬梁
應變片
應變片
F
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變大，下表面應變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變越大，應變片的電阻變化就越大。
應用實例——電子秤
應變片是把形變這個力學量轉換為電壓這個電學量。
電容式位移傳感器
思考與討論：用什么方法可以檢測電容的變化？
電容式位移傳感器能把物體的位移這個力學量轉換為電容這個電學量。
電容式位移傳感器
電容的定義式
若給電容器帶上一定的電荷Q，然后用靜電計來檢測兩極板間電勢差的變化U，就可判斷電容的變化。
例6.(多選題)下列關于電子秤中應變式力傳感器的說法正
確的是 (　　)
A.應變片都是由半導體材料制成的
B.當應變片的表面拉伸時,其電阻變大;反之變小
C.傳感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
BD
傳感器 原理
測定角度θ的電容式傳感器 動片與定片之間的角度θ發生變化,會引起極板正對面積S的變化,這就使電容C發生了變化。知道C的變化情況,就可以知道θ的變化情況
四、常見電容式傳感器原理及分析
測定液面高度h的電容式傳
感器 在導線芯的外面涂上一層絕緣物質,放入導電液體中,導線芯和導電液體構成電容器的兩個電極,導線芯外面的絕緣物質就是電介質,液面高度h發生變化時,引起正對面積發生變化,電容C發生變化。知道C的變化情況,就可以知道h的變化情況
測定壓力F的電容式傳感器 待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候,膜片發生形變,使極板間距離d發生變化,
從而引起電容C的變化。知道C的變化情況,就可以知道F的變化情況
測定位移x的電容式傳感器 隨著電介質進入極板間的長度發生變化,電容C發生變化。知道C的變化情況,就可
以知道x的變化情況
例7.(2024云南曲靖二模)當今,人工智能迅猛發展,形形色
色的傳感器是人工智能的基礎。如圖所示為某同學設計的
測量材料豎直方向尺度隨溫度變化的傳感器裝置示意圖,
平行板電容器上極板固定,下極板可隨材料尺度的變化上
下移動,兩極板始終跟電源相連。若材料溫度變化時,極板
上所帶電荷量增加,則 (　　)
A.電容器電容變小
B.極板間電場強度不變
C.極板間電勢差變小
D.材料豎直方向尺度增大
D
霍爾元件
在一個很小的矩形半導體（如砷化銦）薄片上，制作四個電極E、F、M、N就成為一個霍爾元件。
原理：霍爾效應
霍爾電壓UH：
d——薄片的厚度
k——霍爾系數
把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量
例8.(2024上海黃浦期末)霍爾元件可以用于制
成 (　　)
A.溫度傳感器　　　　　　B.磁傳感器
C.力傳感器　　　　　　 D.聲傳感器
B
11.(2023山東濟寧階段測試)小明用實驗來探究自
行車測速碼表用的霍爾元件中自由電荷的電性。如
圖所示,設NM方向為x軸正方向,沿EF方向(y軸正方
向)通入恒定電流I,垂直薄片方向(平行于z軸)加向
下的磁場B,測得沿　　　　(選填“x”或“z”)軸
方向會產生霍爾電壓UH,如果自由電荷為負電荷,
則　　　　(選填“M”“N”“薄片上表面”或
“薄片下表面”)一側電勢高。
x
M
謝
謝
聆
聽

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