第5章传感器及其应用本章优化总结
新教材同步系列2024春高中物理第5章传感器章末综合提升教师用书粤教版选择性必修第二册
第5章传感器主题1 传感器工作原理、常见敏感元件及其应用1．传感器的工作原理传感器是能够感知被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置。
其组成框图如下：被测量→敏感元件―→转换元件―→转换电路电学量2．光敏电阻光敏电阻是用半导体材料制成的，其特点是在被光照射时电阻会发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大，其作用是把光学量转换为电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度升高而增大。
其特点是化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
热敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻率对温度非常敏感。
热敏电阻有正温度系数(PTC 热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种。
正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量。
4．电容器平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化。
例如，当极板受力时会改变极板间距，从而引起电容变化。
5．霍尔元件。
霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量，霍尔电压U H＝k IBd【典例1】如图为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。
(1)为了通过测量得到图甲所示I-U关系的完整曲线，在图乙和丙两个电路中应选择的是图_ _______；简要说明理由：_________________。
(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)(2)在如图丁所示电路中，电源电压恒为9 V，内阻不计，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。
由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω。
[解析](1)应选择题图乙，因为题图乙中电路电压可从0 V调到所需电压，电压调节范围大。
精品文档-传感器原理及应用(郭爱芳)-第5章
ΔL
ΔL1
ΔL2
2L0
第5章 电感式传感器 图5.11 差动变压器原理及特性
第5章 电感式传感器
5.2.2 信号调理电路 1. 差动整流电路 差动整流电路是对差动变压器两个次级线圈的输出电压分
别整流后进行输出，典型电路如图5.12所示。图5.12(a)和(b) 用于低负载阻抗的场合，分别为全波和半波电流输出。图 5.12(c)和(d)用于高负载阻抗的场合，分别为全波和半波电 压输出。可调电阻Rp调整零点输出电压。
(2) 高次谐波主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。 当磁路工作在磁化曲线的非线性段时，激励电流与磁通的波形 不一致，导致了波形失真；同时，由于磁滞损耗和两个线圈磁 路的不对称，造成了两线圈中某些高次谐波成分，于是产生了 零位电压的高次谐波；
(3) 激励电压中包含的高次谐波及外界电磁干扰，也会 产生高次谐波。
第5章 电感式传感器 图5.9 BYM型自感式压力传感器
第5章 电感式传感器
2. 螺管式位移传感器 图5.10所示为螺管式位移传感器，测杆7可在滚动导轨6 上作轴向移动，测杆上固定着衔铁3。当测杆移动时，带动衔 铁在电感线圈4中移动，线圈放在圆筒形铁芯2中，线圈配置成 差动式结构，当衔铁由中间位置向左移动时，左线圈的自感量 增加，右线圈的自感量减少。两个线圈分别用导线1引出，接 入测量电路。另外，弹簧5施加测量力，密封套8防止尘土进入， 可换测头9用螺纹固定在测杆上。
传感器技术与应用第5章液位的检测
(5) 由于对小信号放大时存在的杂波比较大，所以级和级之间需加个 带通滤波器，让40kHz的信号通过，其他的信号全都截止，图5-27(d) 中R2()的阻值不能太大，否则带通太宽，达不到滤波效果。 (6) C8是个隔直电容，可以把直流成分去掉。这个电容最好不使用电 解电容，因为这类电容漏电比较大，会夹杂直流成分。
19 四、液面传感器制作的液面报警控制电路
VG4620是一种单片式液面报警控制集成电路， 双列直插8脚封装，如图5-22所示，使用极为简 单。
20 四、液面传感器制作的液面报警控制电路
采用VG4620的液面报警控制电路如图5-23所示。
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任务二 密闭容器的液位检测
◆ 任务要求
在工业生产中，经常会使用各种密闭容器储存高温、有毒、 易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等液体介质，对这些容器 的液位检测必须使用非接触式测量，一般采用超声波液位 传感器。
27
三、测量参考电路
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四、总结调试
(1)被测液体中不能充满密集气泡，不能悬浮大量固体，如结晶物等。
(2) 在测量有黏度的液体时需要注意液体的温度影响。
(3)安装测量探头的容器壁要求用能够良好传递信号的硬质材料制成， 例如碳钢、不锈钢、各种硬金属、玻璃钢、硬质塑料、陶瓷、玻璃、 硬橡胶等材料或其复合材料。
9
二、电容式传感器的使用
5．运算放大器式电路
10
◆ 任务实施
一、电容传感器的选型
在保持储水池水位的自动抽水系统中，通 常采用浮标传感器或电极式传感器。浮标 传感器的缺点是有活动部件，在冬季易被 冻结；电极式传感器虽然没有活动部件， 但在冬季也被冰块覆盖。
教科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第5章 传感器 本章整合
10 V量程,故旋至C点。
(3)若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时电表与电源不连接,因此指
针不偏转;而接入a、c时,电表与电源直接连接,故指针发生偏转。
(4)当温度为70 ℃,热敏电阻RT=60 Ω,用电阻箱替代热敏电阻,所以把电阻
箱数值调到60 Ω。
对点演练
(2023广东高二期末)2022年北京冬奥会室内赛场利用温度传感器实时监控赛场
温度,而温度传感器的主要部件是热敏电阻。某探究小组的同学用一个热敏电
阻设计了一个简易的“过热自动报警电路”。
(1)为了测量热敏电阻RT的阻值随温度变化的关系,该小
组设计了如图甲所示的电路,他们的实验步骤如下:
0.06
Ω,由图乙可知,此时t=40 ℃;所以当温度t≥40 ℃时,警铃报警。
3
当考虑电源内阻时,线圈中的电流大于等于60 mA,则 R 总= = 0.06 Ω
=50 Ω,不变,但热敏电阻RT'=R总-R0-r,热敏电阻的阻值变小,温度升高。
加热器停止加热,实现温控。继电器的电
阻为20 Ω,热敏电阻的阻值RT与温度t的关
甲
系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
RT/Ω
230
165
108
82
60
(1)提供的实验器材:电源E(内阻不计)、滑动变阻器R、热敏电阻RT、继电
器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。
电源的电动势为E=3 V,电源内阻可忽略,继电器线
圈用漆包线绕成,阻值为R0=15 Ω。将热敏电阻RT
传感器应用归纳总结初中
传感器应用归纳总结初中传感器是一种能够感知和测量现实世界中各种物理量的装置，其应用十分广泛。
在初中的学习中，我们也接触了一些常见的传感器，并学习了它们的原理和应用。
本文将对初中阶段常见的传感器进行归纳总结。
一、光敏传感器光敏传感器是一种能够感知光强度的传感器，常见的有光敏电阻和光敏二极管。
光敏传感器可以应用于自动控制灯光的系统中，当周围光线强度发生变化时，传感器会检测到光线的变化并发出信号，从而控制灯光的开关和亮度。
二、温度传感器温度传感器是一种能够感知温度的传感器，常见的有热敏电阻和温度传感器模块。
温度传感器可以广泛应用于温度测量和控制系统中，如气象站、温室控制、空调等。
通过温度传感器，我们可以准确地测量环境的温度，并对温度进行相应的控制。
三、声音传感器声音传感器是一种能够感知声音信号的传感器，常见的有声音传感器模块和麦克风。
声音传感器可以应用于声音识别、噪声监测以及语音控制等领域。
通过声音传感器，我们可以将声音信号转化为电信号，并进行相应的处理和分析。
四、压力传感器压力传感器是一种能够感知压力变化的传感器，常见的有压敏电阻和压力传感器模块。
压力传感器可以应用于气体或液体的压力测量和控制系统中，如汽车胎压监测、液位监测等。
通过压力传感器，我们可以实时地监测物体的压力变化，并进行相应的反馈和控制。
五、触摸传感器触摸传感器是一种能够感知触摸信号的传感器，常见的有触摸开关和触摸传感器模块。
触摸传感器可以应用于触摸屏、智能家居以及电子设备中的触摸控制等领域。
通过触摸传感器，我们可以实现对物体的触摸操作，并转化为相应的电信号进行处理。
六、运动传感器运动传感器是一种能够感知物体运动的传感器，常见的有红外线传感器和加速度传感器。
运动传感器可以应用于安防监控、智能门禁等系统中，通过检测物体的运动，我们可以进行相应的预警和控制。
总结：传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色，它们能够感知并测量不同的物理量，并将其转化为电信号进行处理。
2024-2025学年新教材高中物理第5章传感器1认识传感器教案新人教版选择性必修第二册
3.实验器材：
-准备不同类型的传感器实物，如光敏电阻、热敏电阻、压力传感器等，以便于学生观察和学习。
-确保传感器实验套件充足，包括传感器、信号放大器、显示装置等，以便学生进行实际操作。
-准备实验所需的连接线、电源、测量仪器（如万用表）等辅助工具。
3.随堂测试：
-设计针对传感器基础知识、特性参数和实际应用的随堂测试，以评估学生对本节课重点内容的掌握情况。
-分析测试结果，了解学生的知识盲点和理解误区，为后续教学提供参考。
4.实验操作评价：
-观察学生在实验操作中的规范性和安全性，评估学生对实验原理的理解和实验技能的掌握。
-检查实验报告的撰写质量，包括实验数据的记录、分析和结论的推导。
-湿度监测与改善建议：学生需要描述如何使用湿度传感器监测植物生长环境的湿度，并提出根据监测结果调整浇水或增加湿度的措施。
-学会了与他人合作，能够在小组讨论中发挥自己的优势，共同解决问题。
3.情感态度与价值观：
-增强了对物理学科的兴趣，认识到传感器在现代科技中的重要性，激发了进一步学习的欲望。
-培养了创新意识和实践精神，敢于提出自己的观点，勇于尝试新的解决方案。
-提升了环保意识和社会责任感，了解到传感器在环境保护、资源节约等方面的应用价值。
教学评价与反馈
1.课堂表现：
-观察学生在课堂上的参与度、提问回答的积极性和准确性，以及学生对传感器知识点的理解和掌握程度。
-关注学生在课堂上的注意力集中情况，以及他们对传感器案例分析的感兴趣程度。
2.小组讨论成果展示：
-评估各小组讨论的深度和广度，以及提出的解决方案的创新性和实用性。
-检查小组成果展示的逻辑性和清晰度，以及学生在展示过程中的表达能力和沟通技巧。
第5章《传感器及其应用》参考答案
第5章《传感器及其应用》第1节 揭开传感器的“面纱”【学习目标】1．了解传感器在生产和生活中的应用。
2．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
3．知道传感器的最基本原理及其一般结构。
4．知道敏感元件的作用。
【要点透析】1. 什么是传感器？传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）按一定规律转换成便于处理和传输电学量（如电压、电流等）的一种元件。
传感器输入的是非电学物理量，输出的是电学量。
将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理。
各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域。
2．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。
如图5.1-1所示。
敏感元件（预变换器）：将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件。
敏感元件是传感器的核心部分，它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。
转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件，如压电晶体、热电偶等。
转换电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。
3．传感器的分类传感器的种类很多，目前尚没有统一的分类方法，一般常采用的分类方法有如下几种：（1）按工作原理分类物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等；化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等； 生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适图5.1-1 敏感元件当转换器件组合成的系统。
如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。
（2）按用途分类这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据需要测量的对象选择所需要的传感器。
_新教材高中物理第五章传感器12认识传感器常见传感器的工作原理及应用课件新人教版选择性必修第二册
1、2 认识传感器 常见 传感器的工作原理及应用
核心素养目标
1．知道什么是传感器，并了解传感器 的种类。
2．知道传感器的组成及应用模式，理 解将非电学量转化为电学量的物 理意义。
3．理解常见传感器敏感元件的特性及 应用。
知识点一 认识传感器 [情境导学] 干簧管的结构很简单，如图甲所示，它只是玻璃管内封入两个软磁性材料制
成的簧片，接入图乙电路，当磁体靠近干簧管时：
(1)会发生什么现象，为什么？ (2)干簧管的作用是什么？
提示：(1)小灯泡会发光，因为两个簧片被磁化而接通。 (2)干簧管起到了开关的作用。
[知识梳理] 1．神奇的传感器 (1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 (2)楼道灯白天不亮，晚上有声音时亮，是因为楼道的灯安装了“声控—光探” 开关。 (3)一些宾馆安装了自动门，当有人走近时，门会自动打开，是因为自动门安 装了红外线传感器。 (4)交通警察在检查司机是否酒后开车时，用的是“便携式酒精检测仪”，上 面安装了乙醇传感器。
(5)传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并 能够把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的如电压、电流等电学量，或 转换为电路的通断的装置。
(6)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地 进行测量、传输、处理和控制。
2．传感器的种类 (1)物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成的传感器，如力传 感器、磁传感器、声传感器等。 (2)化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度 等转换为电信号的传感器，如离子传感器、气体传感器等。 (3)生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质的传 感器。如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。
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1．确定传感器所感受到的物理量 传感器所感受到的物理量有力、热、磁、 光、声等． 2．转换电路把输出转换成电学量信号 通过转换元件把敏感元件的输出转换成电 学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号 转换为便于处理、显示、记录或控制的量．
例1 一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆 盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝，将 激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转动 轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步 地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发 射激光束，在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光 器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信 号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图 线．图5－1甲为该装置示意图，图乙为所接收的 光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵 坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝ 1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s.
【答案】 见解析
【方法总结】 此类问题的关键是通过图 象提取信息以及明确传感器的用途．
专题2 自动控制电路的设计
各种传感器广泛应用于人们的日常生活、 生产中，如空调机、电冰箱、电饭煲、火灾报警 器、路灯自动控制器、电脑鼠标器等．传感器把 所感受的非电学量(如力、热、磁、光、声等)， 转换成便于测量的电压、电流等电学量，与电路 相结合达到自动控制的目的．
Δti＝2πdriT③ r3－r2＝r2－r1＝vT④ r2－r1＝d2Tπ(Δ1t2－Δ1t1)⑤ r3－r2＝d2Tπ(Δ1t3－Δ1t2)⑥ 由④⑤⑥式解得 Δt3＝2ΔΔtt11－ΔtΔ2 t2
＝2×1.10.×0×101－03－×3－0.08.×8×101－03－3 s≈0.67×10－3 s.
(1)利用图乙中的数据求1 s时圆盘转动的角速度； (2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向； (3)求图乙中第三个激光信号的宽度Δt3.
图5－1
【解析】 (1)由题中图线读得，转盘的转动 周期
T＝0.8 s①
角速度 ω＝2Tπ＝60..288 rad/s＝7.85 rad/s.② (2)激光器和传感器沿半径由中心向边缘移 动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光 信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对 应传感器所在位置的线速度逐渐增加，因此激 光器和传感器沿半径由中心向边缘移动)． (3)设狭缝宽度为d，传感器接收到第i个脉 冲时距转动轴的距离为ri，第i个脉冲的宽度为 Δti，激光器和传感器沿半径的运动速度为v.
知识网络构建
专题归纳整合
专题1 传感器问题中的物理思维方法
传感器问题具有涉及的知识点多、综合 性强、能力要求高等特点，而传感器的形式 又多种多样，有的原理甚至较难理解．但不 管怎样，搞清传感器的工作原理及过程是求 解问题的关键．因此，求解时必须结合题目 提供的所有信息，认真分析传感器所在的电 路结构，这样才能对题目的要求作出解释或 回答．
例2 全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程 序控制器控制其动作的．当洗衣机进行排 水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使 电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打 开，排出污水．牵引电磁铁的结构如图5－ 2所示．
图5－2
当程序控制器的控制电流通过线圈时，线 圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化， 由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时 铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水．同样，控 制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性， 弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀 门．想一想：
【答案】 见解析
【方法总结】 电路的自动控制是传感器 实际应用的组装和调试，都必须在综合运用相 关知识的前提下才能解决．这需要我们能够把 一个复杂的问题分解为若干较简单的问题，找 出它们之间的联系，从而能够灵活地运用物理 知识解决所遇到的问题．
高考真题演练
章末过关检测
(1)某时刻输入控制电流时，a为正，b为 负，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？
(2)a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯 2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什 么不同？
【解析】 (1)利用安培定则判断，A端为 S极，B端为N极．
(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化， 且磁化后的磁性总是与线圈要发生相吸的作 用．但与恒定电流产生的因而会有振动而产生噪声．