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(共16张PPT)
§5.2 常见传感器的工作原理及应用
光敏电阻
有一些物质，例如硫化镉，电阻率与所受光照的强度有关。把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻。当硫化镉表面受到的光照强度不同时，两个电极间的电阻也不一样。光敏电阻是光电传感器中常见的光敏元件。它的电阻率随温度升高而减小。
有光照时，电阻阻值较小，无光照时，电阻阻值较大。
将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
光敏电阻
光敏电阻
热敏电阻与金属热电阻
金属导体：导电性能随温度升高而降低；
半导体材料：导电性能随温度升高而变好；
金属热电阻化学稳定性好，测温范围较大，但灵敏度较差；热敏电阻灵敏度高。
将温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
热敏电阻与金属热电阻
电阻应变片
电阻应变片
当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
除了金属电阻应变片外，常用的电阻应变片还有半导体电阻应变片，它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
电阻应变片
电容式传感器
电容式位移传感器
电介质板
电容器极板
被测物体
如图，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？
电容式位移传感器能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量
思考：电容式传感器还可以怎么设计？
电容式传感器
下图是两种电感式微小位移传感器的原理图。图甲中，1是待测的物体，2是可以平移的软铁芯，3是固定的软铁芯，2、3之间的空气间隙随着物体的位移改变，铁芯3上绕有线圈4. 乙图中，3是空心线圈，1是待测的物体，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中平移。
电容式传感器可以将物体位移这个运动学量转化为电感这个电学量。
磁传感器——霍尔元件
将磁感应强度转换为电压这个电学量。
磁传感器——霍尔元件
霍尔元件除了可以检测磁场及其变化，还可以在各种与磁场有关的场合中使用。右图图就是利用霍尔元件进行微小位移的测量。在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度 B 为0，霍尔电压 UH 为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着 ±z 方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量。
总结
传感器名称 输入的物理量 输出的物理量
光敏电阻
光照强度
电阻
电阻
电阻
电容
电感
电阻
电压
磁感应强度
温度
位移
位移
压力
温度
热敏电阻
金属热电阻
电容式位移传感器
电感式位移传感器
电阻应变片
霍尔元件
练习
1. 电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，请结合温度传感器的特点回答以下问题：
（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为什么？
（2）煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持100℃而不会持续升高？
（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？
（4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？
练习
2.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下使滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为1，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。

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