最新选修3-2：传感器的简单应用精编版

2020年选修3-2：传感器的简单应用精编

版

选修3-2：传感器的简单应用

1、

2、

3、

4、 考纲要求

5、 考点整合

（一）、传感器的含义：

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

传感器一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。

常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。

（二）、常见的传感器元件：

（1）光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

非电物理敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 → → → →

（2）金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度的升高而增Array大，用金属丝可以制作温度传感器。它能把温度这个热学

量转换为电阻这个电学量。

（3）热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明

显，温度升高电阻减小，如图－1为某一热敏电阻－温度特性曲线。热敏电阻

的灵敏度较好。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，

但灵敏度较差。

（4）电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。

（5）霍尔元件能够把磁感强度这个磁学量转换为电压这个电学量

（三）、传感器的简单应用

1、力电传感器

力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度

等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会

生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统

及ABS防抱死制动系统等。

2、热电传感器（温度传感器）

热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（金属热电阻的电阻率

随温度的升高而增大）的原理制成的, 它能用把温度这个热学量转换为电压这个

电学量。如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警

报警器、恒温箱等。

3、光电传感器

光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。

光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能

不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照

强度的增大而减小的。光敏电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学

量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光

电传感器的原理。

4、磁电传感器——霍尔元件的应用

霍尔元件能够把磁感强度(磁学量)转换为电压(电学量)。

霍尔元件：如图－2所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C、

D、E、F，就制成为一个霍尔元件。霍尔电压：«Skip Record If...»其中k 为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度

U H的变化就与B成正比，因此，霍尔元件又称磁

敏元件。

霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到

洛仑兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另

一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向的

电场；横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达

到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压.

设图中CD方向长度为L2，则：«Skip Record If...»

根据电流的微观解释I＝nqSv，

整理后，得：«Skip Record If...»令«Skip Record If...»，因为n为材料单位体积的带电粒子个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以有：«Skip Record If...»

例题1. 如图6－1－3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R 2为定值电阻．此光电计数器的基本工作

原理是

A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高

电压

B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压

C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

[解析] 当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大．R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项A、C正确．

[规律总结] 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小．

★高考重点热点题型探究

传感器及电路知识的综合应用

[例1]（2006·广东）热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。现用伏安法研究热敏电阻

在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其它备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5KΩ）、滑动变阻器（0～20Ω）、开关导线若干。

（1）在图8（a）的方框画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。