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2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册
5.1 认识传感器 教案
学习目标
1、 通过观察一些现象和常见实例，初步认识传感器，感受传感器技术在信息时代的作用与意义。
2、了解传感器的分类。
3、了解传感器的一般应用模式。
重点难点
1、了解什么是传感器，知道把非电学量转换为电学量的技术意义。（重点）
2、传感器的组成与应用模式。（难点）
自主探究
一、传感器
1、传感器的定义
能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件。
2、非电学量转换为电学量的意义
把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。
3、注意
（1）传感器的发展十分迅速，其品种已达数万种，我们学习了解的只是最基本的几种而已。
（2）不能认为传感器输出的一定是电信号。
二、传感器的种类
分类：按学科、测量的量、工作原理分类。
三、传感器的组成与应用模式
1、组成：由敏感元件、转换元件、信号调整与转换电路三部分组成。
2、被测量→敏感元件→转换元件→信号调整与转换电路→
探究思考
一、传感器的工作原理
1、传感器的组成和工作流程
（1）传感器的组成
①敏感元件：相当于人的感觉器官，是指能直接感受或响应外界被测量（非电学量）的部分，是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的。
②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测量成一定关系的非电学量信号转换成电信号的部分。
③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量（微弱的电信号）转换成易于测量的电学量（放大和传送电信号）。
（2）传感器的工作流程
被测量→敏感元件→转换元件→转换电路→执行机构
2、传感器的原理
传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。
【典例一】1、传感器在日常生活中有着广泛的应用，下列对传感器的理解正确的是(? ?)
A.传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的
B.传感器是由半导体材料制作而成的
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器可以将采集到的信息转换为电学量
解题思路： 传感器不仅能感知电压的变化，也能感知力、温度、光、声等非电学量的变化，A错误；不仅半导体材枓可以制成传感器， 其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物就可以制成热敏电阻，B 错误；电视遥控接收器主要是利用传感器来接收信息的，C错误；传感器可以将采集到的信息转换成电学量，D正确。
答案：D
二、电容式传感器
1、原理：电容器的电容取决于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量（如角度e、位移x、深度H等）的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种传感器称为电容式传感器。
2、常见的电容式传感器
名称 图示 原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器
在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
【典例二】2、测定压力变化的电容式传感器A，B两极如图所示，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中， 当待测压力增大时(?? )
A.电容器的电容变小 B.电阻R中没有电流
C.电阻R中有从a流向b的电流 D.电阻R中有从b流向a的电流
解题思路： 当压力增大时，电容器两极板间的距离变小，电容器的电容变大，因电容器两端的电压不变，所以电容器的带电荷量变大，即电源给电容器充电，所以电阻R中有电流，电流方向从b流向a，选项D正确。
答案：D
随堂训练
1、某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，有声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A.光敏电阻和驻极体话筒 B.金属热电阻和光敏电阻
C.热敏电阻和霍尔元件 D.热敏电阻和光敏电阻
答案：A
2、关于传感器，下列说法正确的是(? ?)
A.传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B.金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C.干簧管是能够感知电场的传感器
D.热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小
答案：A
3、传感器是指这样一类元件，它通常能把非电学量(如力、光等)的变化，转换为电学量(如电流、电压等)的变化，或电路的通断。它在自动控制中有着广泛的应用。关于制作传感器需要的元器件，下列说法正确的是(?? )
A.热敏电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
B.金属热电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
C.光敏电阻能够把光照强弱的变化转换为其阻值的变化
D.所有传感器都是由半导体材料制作的
答案：ABC
4、如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极， 在导体层内形成一个低电压交流电场.在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触摸点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置，由以上信息可知( )
A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C.当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D.如果用带了绝缘手套的手触摸屏幕，照样能在触摸屏上进行触控操作
答案：AB

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