人教新课标高中物理选修传感器及其工作原理张PPT学习教案.pptx

【传感器及其工作原理】 在高中物理的选修课程中，传感器是一个重要的研究对象。传感器是一种元件，它的功能是感受特定的非电学量（如力、温度、光、声音等），并将这些信息按照一定的规律转化为电学量（如电压、电流、电阻变化等）或者电路的通断状态。这种转化使得非电学信息可以被电子设备接收和处理，从而在自动化系统和测量设备中发挥关键作用。 **1. 传感器的基本概念** - 定义：传感器是一种能感受到非电学量并将其转换为电学量或电路状态变化的元件。 - 工作原理：传感器通常将非电学信号转换为电学信号，这个过程中涉及到了非电学量到电学量的转换。 **2. 光敏电阻** - 特点：光敏电阻的电阻值会随着光照强度的增强而减小。 - 原因：光敏电阻由半导体材料制成，在无光照时，载流子数量少，导电性能差；当光照增强时，载流子增多，导电性能增强，电阻值下降。 - 应用：光敏电阻可以将光照强弱这一光学量转化为电阻大小这一电学量，广泛用于光控电路和光强度测量。 **3. 热敏电阻和金属热电阻** - 热敏电阻：电阻率随温度升高而减小，通常由半导体材料制成，具有较高的灵敏度，适用于温度监测和控制。 - 金属热电阻：电阻率随温度升高而增大，通常由金属材料制成，具有良好的化学稳定性和较宽的测温范围。 - 应用：两者都能将温度这一热学量转化为电阻这一电学量，热敏电阻常用于温度检测，而金属热电阻则适合在不同温度范围内进行温度测量。 **4. 霍尔元件** - 组成：由一个矩形半导体薄片和四个电极组成。 - 工作原理：当在E、F间施加恒定电流I，并且有垂直于薄片的磁场B时，载流子在洛伦兹力的作用下，沿着与电流和磁场都垂直的方向移动，导致M、N间出现电压（霍尔电压）。 - 霍尔电压：UH = kIBd，其中k为霍尔系数，I为电流，B为磁感应强度，d为薄片厚度，霍尔电压与磁感应强度成正比。 - 应用：霍尔元件可以将磁学量（磁场强度）转换为电学量（电压），常用于磁感应强度的测量和磁性材料的研究。 传感器的原理通常涉及到非电学量到电学量的转换过程，这通常包括敏感元件对输入信号的响应，转换器件的转换，以及转换电路对微弱信号的放大和处理，最终输出为易于读取和处理的电学信号。在实际应用中，根据不同的物理量，我们选择合适的传感器，如光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件等，以满足特定的测量和控制需求。