常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用（講義）解析版

第2節(jié)常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用

【目錄】

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】....................................................................................1

【思維導(dǎo)圖】....................................................................................1

【知識(shí)梳理】....................................................................................2

知識(shí)點(diǎn)1：光敏電阻..........................................................................2

知識(shí)點(diǎn)2：金屬熱電阻和熱敏電阻.............................................................6

知識(shí)點(diǎn)3：電阻應(yīng)變片.......................................................................II

【鞏固訓(xùn)練】...................................................................................23

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.認(rèn)識(shí)傳感器就是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，其主要元件是敏感元件。

2.了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應(yīng)變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳

感器的敏感元件。

3.利用電容器的結(jié)構(gòu)改變影響電容的性質(zhì)，設(shè)計(jì)電容式位移傳感器。

重點(diǎn)：

1.幾種傳感器的具體應(yīng)用過(guò)程。

難點(diǎn)：

1.理解如何把各種物理量的變化轉(zhuǎn)換為方便傳輸?shù)碾妼W(xué)量。

【思維導(dǎo)圖】

=5任時(shí)儂夏如叨電a僮小

【知識(shí)梳理】

知識(shí)點(diǎn)1:光敏電阻

1.情景引入：傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)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(yīng)用呢？

2.實(shí)驗(yàn)：觀察光敏電阻特性

步驟：

將一個(gè)光敏電阻接到多用電表的兩端，選擇開(kāi)關(guān)置「倍率為xl()()的蛔擋。依次觀察在室內(nèi)自然光照

射時(shí)、用手掌遮光時(shí)、用陽(yáng)光直接照射時(shí)的示數(shù)。

現(xiàn)象：

(1)光敏電阻在光照暗時(shí)電阻值大，隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)電阻值不斷減小,光照強(qiáng)時(shí)電阻值小。

(2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

3.工作原理：

光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，原因是：硫化鎘是一種生昱煌材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少,

導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多,導(dǎo)電性變好。

4.應(yīng)用：

流水線計(jì)數(shù)器。圖中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號(hào)的儀器，B中的主要元件是由光敏電阻組成的光

電傳感器。當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值較小，供給信號(hào)處理系統(tǒng)

的電壓變低；當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，供給信號(hào)處理系統(tǒng)

的電壓變高。這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。

【例1】光敏電阻是用硫化鎘半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其電阻值會(huì)隨光照強(qiáng)度的增大而減小，光敏

電阻的這種特殊性能，在科技生活中得到廣泛應(yīng)用。某應(yīng)用電路如圖所示，之、%為定值電阻，L為小燈

泡，色為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，下列說(shuō)法正確的是-）

A.電壓表的示數(shù)減小

B.電源的輸出功率一定增加

C./?3的電壓減小

D.小燈泡變暗

【答案】C

【詳解】ACD.當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，變小，總電阻變小，總電流/變大，電壓表的示數(shù)/=增

大；

&兩端電壓〃2=￡-/（&+廠）變小，小燈泡電流兒=/一臺(tái)增大，小燈泡變亮；

的的電壓/=/一左心變小，故AD錯(cuò)誤，C正確；

B.當(dāng)外電路電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率最大；

色變小，外電阻變小，由于不知道外電阻與電源內(nèi)阻的具體關(guān)系，所以無(wú)法確定輸出功率變化，故B錯(cuò)

誤。

故選C。

【變式1】生產(chǎn)流水線上常要對(duì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)。圖1是利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖，A是一臺(tái)發(fā)光強(qiáng)度可

調(diào)的發(fā)光儀器，B是接收處理光信號(hào)的儀器，核心元件為光敏電阻心，特性曲線如圖2所示。計(jì)數(shù)電路用

來(lái)分析定值電阻R兩端的電壓變化AU,當(dāng)大于預(yù)設(shè)值UH時(shí)可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的計(jì)數(shù)功能。光敏電阻％始終

會(huì)受到流水線中環(huán)境光強(qiáng)的影響。下列說(shuō)法正確的是（）

□

□

A.僅減小A的發(fā)光強(qiáng)度，計(jì)數(shù)過(guò)程中AU將增大

B.僅減小環(huán)境光強(qiáng)，計(jì)數(shù)過(guò)程中將減小

C.僅增大環(huán)境光強(qiáng)，適當(dāng)降低如可以保證計(jì)數(shù)裝置正常運(yùn)行

D.僅增大環(huán)境光強(qiáng)，不會(huì)影呵裝置的正常運(yùn)行

【答案】C

【詳解】對(duì)電阻R，根據(jù)歐姆定律可得/?=￥

△/

設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E內(nèi)阻為，，則電路中的電流為/=

/?+Rc+r

所以，當(dāng)/%變化明顯時(shí)，電流的變化量△/增大，則計(jì)數(shù)過(guò)程中將增大。

A.僅減小A的發(fā)光強(qiáng)度，則光敏電阻RG受到光照時(shí)的電阻減小，即光敏電阻AG的阻值變化量減小，所

以計(jì)數(shù)過(guò)程中AU將減小，故A錯(cuò)誤；

B.僅減小環(huán)境光強(qiáng)，則光敏電阻&；未受到光照時(shí)的電阻減小，則光敏電阻&的阻值變化量增大，所以

計(jì)數(shù)過(guò)程中AU將增大，故B錯(cuò)誤；

CD.僅增大環(huán)境光強(qiáng)，則光敏電阻任未受到光照時(shí)的電阻增大，則光敏電阻A的阻值變化最減小,所

以計(jì)數(shù)過(guò)程中AU將減小，若AU減小到小于U”則即裝置不能正常運(yùn)行，此時(shí)適當(dāng)降低U”可以保證計(jì)數(shù)

裝置正常運(yùn)行，故C正確，D錯(cuò)誤。

故選C。

【變式2】如圖為利用光敏電阻網(wǎng)的阻值隨光的強(qiáng)弱而變化的特性制作的一款光照強(qiáng)度報(bào)警器。石為電源

（內(nèi)阻不計(jì)），心為滑動(dòng)變阻器，信號(hào)器H（看作定值電阻）兩端的電壓會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增大而增大，

超過(guò)一定值就會(huì)發(fā)出警報(bào)。下列說(shuō)法正確的是（）

R。

-?i—ra-

E

A.隨著光照強(qiáng)度的增大，電流表A示數(shù)減小

B.隨著光照強(qiáng)度的增大，光敏電阻％的阻值減小

C.適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì)，信號(hào)器更難達(dá)到報(bào)警電壓

D.適當(dāng)調(diào)大R。的限值，信號(hào)器更容易達(dá)到報(bào)警電壓

【答案】B

【詳解】AB.信號(hào)器兩端的電壓增大，則電路中并聯(lián)部分的電壓減小，并聯(lián)部分的電阻也減小，光敏電

阻％的阻值減小，流過(guò)島的電流減小，又因?yàn)椴⒙?lián)部分的總電流增大，所以電流表的示數(shù)增大，故A錯(cuò)

誤，B正確：

C.適當(dāng)增大電源電動(dòng)勢(shì)，可以使信號(hào)器H兩端未報(bào)警時(shí)的電壓更大，可以使信號(hào)器H更容易達(dá)到報(bào)警電

壓，故C錯(cuò)誤；

D.適當(dāng)調(diào)大電阻扁的阻值，使信號(hào)器H兩端未報(bào)警時(shí)的電壓更小，則信號(hào)器H更難以達(dá)到報(bào)警電壓，故

D錯(cuò)誤。

故選

【變式3】（多選題）某光敏電住的阻值R和光照強(qiáng)度/的關(guān)系圖像大致如圖1所示。小王同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)

自動(dòng)補(bǔ)光電路，如圖2所示，當(dāng)該光敏電阻R兩端的電壓增大到一定值時(shí)，補(bǔ)光電路開(kāi)始工作，從而實(shí)現(xiàn)

補(bǔ)光。其他條件不變，下列操作中，可以實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度更強(qiáng)一些時(shí)就開(kāi)始自動(dòng)補(bǔ)光的是（）

補(bǔ)

光

電

路

源

的電

更大

動(dòng)勢(shì)

用電

A.選

源

的電

更小

動(dòng)勢(shì)

用電

B.選

值

的阻

電路

接入

大&

C.增

阻值

路的

入電

小接

D.減

】AD

【答案

該

確保

R,為

=/

電壓U

作時(shí)的

開(kāi)始工

光電路

小，補(bǔ)

阻值減

電阻的

時(shí)光敏

強(qiáng)一些

強(qiáng)度更

.光照

】AB

【詳解

，B

正確

故A

電源，

更大的

電動(dòng)勢(shì)

可選用

可知，

姆定律

電路歐

由閉合

增大，

的電流

電路中

，應(yīng)使

不變

電壓

錯(cuò)誤；

壓不

該電

確保

/R,為

U=

的電壓

工作時(shí)

路開(kāi)始

補(bǔ)光電

減小，

的阻值

敏電阻

些時(shí)光

更強(qiáng)一

照強(qiáng)度

CD.光

。

正確

，D

C錯(cuò)誤

，故

的阻值

入電路

&接

減小

知，可

定律可

路歐姆

閉合電

大，由

電流增

路中的

應(yīng)使電

變，

ADo

故選

阻

敏電

和熱

電阻

金屬