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第4讲　传感器的简单应用
学习目标　1. 了解常见传感器的工作原理.2. 能利用传感器制作简单的自动控制装置．
活动一 了解常见传感器的工作原理
1 下列说法正确的有________．
A. 干簧管是一种能够感知电场的传感器
B. 楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声电传感器
C. 电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的信息转化为电信号
D. 光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
E. 电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制
F. 光敏电阻是一种光电传感器
G. 金属热电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器
H. 火灾报警器都是利用温度传感器实现报警的
几种常见传感器元件
光敏电阻 特点：被光照射时电阻发生变化 作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
金属热电阻和热敏电阻 特点：温度变化时电阻变化 作用：把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
电阻应变片 特点：机械形变(伸长或缩短)时电阻变化 作用：把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量
霍尔元件 霍尔电压：UH＝k 作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
即时训练1 下列关于传感器的说法错误的是(　　)
甲 乙
丙 丁
A. 图甲为电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片与固定电极间的距离发生变化，从而实现将声音信号转化为电信号
B. 图乙为电熨斗的构造示意图，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，此时应降低升降螺钉的高度
C. 图丙为加速度计示意图，当向右减速时，P点电势高于Q点电势
D. 图丁为应变片测力原理示意图．在梁的自由端施加向下的力F，则梁发生弯曲，上表面应变片电阻变大，下表面应变片电阻变小
认真阅读教材中常见传感器元件的介绍．
即时训练2 利用霍尔效应制作的霍尔元件，被广泛应用于测量和自动控制等领域．霍尔元件一般由半导体材料做成，有的半导体中的载流子(即自由电荷)是电子，有的半导体中的载流子是空穴(相当于正电荷).如图所示，将扁平长方体形状的霍尔元件水平放置接入电路，匀强磁场垂直于霍尔元件的水平面竖直向下，闭合开关，让电流从霍尔元件的左侧流向右侧，则其前后两表面会形成电势差．现有载流子是电子的霍尔元件 1 和载流子是空穴的霍尔元件 2，两元件均按图示方式接入电路(闭合开关)，则关于前后两表面电势高低的判断，下列说法中正确的是(　　)
A. 若接入元件1时，前表面电势高；若接入元件2时，前表面电势低
B. 若接入元件1时，前表面电势低；若接入元件2时，前表面电势高
C. 不论接入哪个元件，都是前表面电势高
D. 不论接入哪个元件，都是前表面电势低
活动二 分析常见传感器的应用
2 如图所示，目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏．电容式触摸屏内有一导电层．导电层四个角引出四个电极，当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容，电容具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息．在开机状态下，下列说法正确的是(　　)
A. 电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变
B. 电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象
C. 当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过
D. 当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指的准确位置
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用
(1) “感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．
(2) “传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构．
(3) “用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．
即时训练3 某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻、滑动变阻器串联接在电源两端，当继电器的电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示：
甲
t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
(1) 提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干．
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器应选用________(选填“R1”或“R2”).
(2) 实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”).
乙
(3) 合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”).
(4) 排除故障后，欲使衔铁在温度为50 ℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是__________．
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
第4讲　传感器的简单应用
【活动一】
例 1
CDF
即时训练1 B　图甲为电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片与固定电极间的距离发生变化，从而实现将声音信号转化为电信号，A正确；图乙熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高，B错误；图丙为加速度计示意图，当向右减速时，加速度向左，则滑片向右移动，此时P点电势高于Q点电势，C正确；图丁在梁的自由端施加向下的力F，上应变片长度变长，电阻变大，下应变片长度变短，电阻变小，D正确．故选B．
即时训练2 A　元件1的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向指向后表面，则前表面的电势高于后表面的电势．若载流子为空穴(相当于正电荷)，根据左手定则，空穴在洛伦兹力的作用下也是向后表面聚集，则前表面的电势低于后表面的电势．故A正确，B、C、D错误．
【活动二】
例 2
C　电容触摸屏只需要触摸，由于流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，无需手指有压力，故A错误；电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是电容器的充放电原理，不是电磁感应现象，故B错误；由题意可知，手指从手的触点吸走一部分电荷，在电荷定向移动的过程中，会有微弱电流通过，故C正确；根据电容器的工作原理可知，当手指离开屏幕时，电容变小，电容器将放电，控制器仍然能检测到手指离开的准确位置，故D错误．
即时训练3 (1) E2　R2　(2) C　(3) 不偏转　偏转
(4) ⑤④②③①(共23张PPT)
第十二章
交变电流　电磁振荡与电磁波　传感器
第4讲　传感器的简单应用
内容索引
学习目标
核心体系
活动方案
学 习 目 标
1．了解常见传感器的工作原理.2．能利用传感器制作简单的自动控制装置．
核 心 体 系
活 动 方 案
活动一　了解常见传感器的工作原理
下列说法正确的有______.
A．干簧管是一种能够感知电场的传感器
B．楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有声电传感器
C．电子秤所使用的测力装置能将受到的压力大小的信息转化为电信号
D．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
E. 电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制
F. 光敏电阻是一种光电传感器
G. 金属热电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器
H. 火灾报警器都是利用温度传感器实现报警的
1
CDF
几种常见传感器元件
　　　　 下列关于传感器的说法错误的是(　 　)
1
甲
乙
丙
丁
B
A．图甲为电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片与固定电极间的距离发生变化，从而实现将声音信号转化为电信号
B．图乙为电熨斗的构造示意图，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，此时应降低升降螺钉的高度
C．图丙为加速度计示意图，当向右减速时，P点电势高于Q点电势
D．图丁为应变片测力原理示意图．在梁的自由端施加向下的力F，则梁发生弯曲，上表面应变片电阻变大，下表面应变片电阻变小
【解析】 图甲为电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片与固定电极间的距离发生变化，从而实现将声音信号转化为电信号，A正确；图乙熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高，B错误；图丙为加速度计示意图，当向右减速时，加速度向左，则滑片向右移动，此时P点电势高于Q点电势，C正确；图丁在梁的自由端施加向下的力F，上应变片长度变长，电阻变大，下应变片长度变短，电阻变小，D正确．故选B.
认真阅读教材中常见传感器元件的介绍．
　　　　 利用霍尔效应制作的霍尔元件，被广泛应用于测量和自动控制等领域．霍尔元件一般由半导体材料做成，有的半导体中的载流子(即自由电荷)是电子，有的半导体中的载流子是空穴(相当于正电荷)．如图所示，将扁平长方体形状的霍尔元件水平放置接入电路，匀强磁场垂直于霍尔元件的水平面竖直向下，闭合开关，让电流从霍尔元件的左侧
2
流向右侧，则其前后两表面会形成电势差．现有载流子是电子的霍尔元件 1 和载流子是空穴的霍尔元件 2，两元件均按图示方式接入电路(闭合开关)，则关于前后两表面电势高低的判断，下列说法中正确的是(　 　)
A
A．若接入元件1时，前表面电势高；若接入元件2时，前表面电势低
B．若接入元件1时，前表面电势低；若接入元件2时，前表面电势高
C．不论接入哪个元件，都是前表面电势高
D．不论接入哪个元件，都是前表面电势低
【解析】 元件1的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向指向后表面，则前表面的电势高于后表面的电势．若载流子为空穴(相当于正电荷)，根据左手定则，空穴在洛伦兹力的作用下也是向后表面聚集，则前表面的电势低于后表面的电势．故A正确，B、C、D错误．
活动二　分析常见传感器的应用
如图所示，目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏．电容式触摸屏内有一导电层．导电层四个角引出四个电极，当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容，电容具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息．在开机状态下，下列说法正确的是(　 　)
2
C
A．电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变
B．电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象
C．当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过
D．当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指的准确位置
【解析】 电容触摸屏只需要触摸，由于流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器就能确定手指的位置，无需手指有压力，故A错误；电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是电容器的充放电原理，不是电磁感应现象，故B错误；由题意可知，手指从手的触点吸走一部分电荷，在电荷定向移动的过程中，会有微弱电流通过，故C正确；根据电容器的工作原理可知，当手指离开屏幕时，电容变小，电容器将放电，控制器仍然能检测到手指离开的准确位置，故D错误．
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用
(1) “感”是指传感器的敏感元件感应信息，并转化为电学量．
(2) “传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构．
(3) “用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．
　　　　某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻、滑动变阻器串联接在电源两端，当继电器的电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示：
3
甲
t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
(1) 提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干．
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源应选用_______(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器应选用________(选填“R1”或“R2”)．
(2) 实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至______(选填“A”“B”“C”或“D”)．
乙
E2
R2
C
(3) 合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针__________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)．
(4) 排除故障后，欲使衔铁在温度为50 ℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是______________.
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω
不偏转
偏转
⑤④②③①
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