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第12章 现代物理与高新技术
12-1 物理检测技术
一、教学目标：
1．了解物理检测的途径
2．简单介绍几种传感器的工作原理
3．使学生简单了解传感器在生产、生活和科研中的应用。
二、教学重点、难点：
几种传感器的应用、传感器的原理
三、教学器材 多媒体演示器件
四、教学建议
教法建议：多媒体演示，讲授
教学设计方案：
（一）引入新课
在生活中，有很多不可思议的地方：刚走到自动门前，门就能自己打开；往测试仪上呵一口气，就能测出血液中的酒精含量；通过安检门时，发现问题会自动报警……所有这些，仪器是如何知道的呢？原来，在这些装置中装有传感器。
（二）引出课程内容
利用各种物理效应、物理规律，把不能直接测量或不适合直接测量的物理量转换为易于测量的物理量，这种技术称为物理检测技术。
常把被测量转换为电学量如电压、电流、频率等。
用来实现被测量转换的器件，称为传感器。
1．电阻式传感器
图1 电阻丝应变片
电阻传感器把被测量转换为电阻的变化量，然后通过对电阻变化量的测量，实现对非电量的检测。图1是电阻丝应变片结构示意图，使用时把它贴在试件表面，试件受力变形后，会引起应变片上的电阻丝的长度、截面积S发生变化，还会引起电阻率ρ的变化从而引起电阻的变化。
应用：热敏电阻可用于温度、自动控制温度及温度补偿等的测量。半导体气敏电阻可用于烟雾、石油气、酒精蒸汽、煤气等的检测。半导体湿敏电阻可测量空气的相对湿度。
图2 传感器（1）
2．电容式传感器
基本原理：把被测量转换成电容变化量，进而实现对非电量的检测。
应用：变介电常数式电容传感器可用来测液位、湿度、厚度等。
3．电感式传感器
基本原理：利用线圈自感系数或互感系数的变化来实现非电量的测量。
应用：测量位移、压力、振动、应变、流量等参数
4．超声波传感器
利用超声波的反射、折射、在介质中的吸收、多普勒效应等性质，可以进行探伤、测量厚度、流量、密度、液位、物位和速度等
5．压电式传感器
基本原理：利用压电效应测量最终能转变为力的那些动态非电量。
应用：可测量力、压力、加速度等。
图3 传感器（2）
6．热电偶传感器
用两种材料不同的导体组成闭合回路，当两个结点的温度不同时，回路将产生电动势。这就是温差电效应，产生温差电效应的导体回路称为热电偶或温差电偶。
将热电偶传感器的工作端置于待测温度中，参考端置于参考温度中，根据热电偶产生电动势的大小即可知待测温度的大小。
7．霍尔传感器
霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中时，若薄片中有电流通过，则在与电流和磁场垂直的方向会产生电动势。
应用：可以测量微小位移、角位移、大电流 、微弱磁场；还可制作成转速表、汽车无触点点火装置、无刷电动机，以及测量电压、电能、压力、液位、加速度等的仪表。
图4 传感器（3）
8．光电传感器
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。
原理：光电效应。
利用外光电效应制成的元件有：光电管、光电倍增管；
利用内光电效应制成的元件有：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管。
应用：测量温度、光的照度、控制照相机的曝光量、测量物体的透明度、工件表面的粗糙度、液体的浊度、自动控制、计数、紫外线测量等。
（三）小结：
1．本节课介绍的几种传感器都应用，在我们的实际生活当中，它们的应用也有交叉，比如：测温度就可用光传感器、热电偶传感器、电阻式传感器等。
2．每种传感器的应用都是针对各自的原理的,理解原理是关键。
（四）作业布置：
观察身边的生活实际，总结我们身边的传感器应用。
2. p.164 1、2、3 《技术物理练习册》（第3版）相关习题
五、本章教学建议：
1．本章内容用讲座的形式更利于学生的学习。
2．最好用多媒体播放一些视频。

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