第4章 4．3 用传感器做实验 4．4 信息时代离不开传感器.docx

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1、知识脉络4. 3用传感器做实验4. 4信息时代离不开传感器学习目标1 .知道日常生活中常见的一些传感器及其应用.2 .知道常见的传感器做一些简单实验.3 .掌握传感器应用的设计.（难点）4 .掌握现代信息技术中传感器的电路分析.（重点）先填空1 .温度传感器温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的原理制成的，它能 把温度这个热学量转换为电压这个电学量.温度传感器中用于测温的敏感元件是 热敏电阻,它由钳金属制成.伯金属电阻的温度系数稳定、电阻率高、测量范围 宽，在工业测温中应用广泛.2 .力传感器将力学量转换为电学量的装置称为力传感器.力传感器的工作原理是通过内 部的悬臂梁先将力学量转

2、换成金属材料的形变，然后由敏感元件将这种形变转换 成电学量.力传感器的敏感元件是金属电阻应变片,在外力作用下电阻丝的长度 和截面改变引起电阻变化.3 .磁传感器霍尔元件的应用霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量的元件.磁传感 器中的敏感元件是磁敏感元件，也称为霍尔元件.霍尔电压：如图4-3-1所示，E、尸间通入恒定电流/,同时外加与薄片垂直 的磁场b则、N间出现霍尔电压Uh, Uh = KhIB.图 4-3-1再判断4 .家用遥控系统使用的是红外线传感器.（J）5 .火灾报警器是利用的温度传感器（X）6 .霍尔元件的作用是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.（J） 后思

3、考在一些酒店、银行安装有自动门，人到门前，门能自动打开，人过后，门又 能关上，这种传感器是靠什么工作的？【提示】自动门内部有红外线感应系统（也有靠雷达的），当人在红外线检测区域内，传感器将电动机启动、开门、关门.合作探讨如图4-3-2所示为一矩形霍尔元件，沿跖方向通的电流/,放入匀强磁场5 之中.图 4-3-2探讨1：霍尔元件是将磁学量转换为什么物理量？【提示】电压.探讨2：若此霍尔元件为半导体材料制成的，则N、M两点的电势哪点高？ 【提示】N点高.探讨3：若此霍尔元件为金属材料制成的，则N, M两点的电势哪点高？ 【提示】点高.核心点击1 .霍尔兀件如图4-3-3所示，在一个很小的矩形半导体

4、例如碑化锢)薄片上，制作四个 电极乐F、N,就成为一个霍尔元件.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学 量转换成为电压这个电学量.图 4-3-3B2 .霍尔电压UH=RG其中EH为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关.3 2)一个霍尔元件的厚度人霍尔系数EH为定值，再保持/恒定，则UH的变 化就与B成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件.4 3)霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，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，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛 伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会TJh形成稳定的电压，设图中

5、MN方向长度为/2,则汇=WR根据电流的微观表达式，/=叼So,整理后，得UH=晨f LC/j U令Rh=,因为为材料单位体积的导电粒子个数，q为单个导电粒子的电 荷量，它们均为常数，所以UH=崂.UH与B成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因.1.霍尔元件能转换哪两个量()A.把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C .把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量D .把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量【解析】 霍尔也压UH=kIBd,它是把磁感应强度这个磁学量转换为电压 这个电学量，所以选B.【答案】B2. 一种半导体材料称为

6、霍尔材料，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材 料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷，即q=1.6Xl(i9c,霍尔元件在自动检测、探测领域得到广泛应用，如录像机中 用来测量磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降机电动 机的电源通断等.在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab =1.0102m长A = 4.010-2m厚z=lXl(3m,水平放置在竖直向上的磁感应强度B= 1.5 T的匀 强磁场中，反方向通有/=3.0 A的电流，如图4-3-4所示，沿宽度产生1.0X10 5V的横向电压.图 4-3-4(1)假定载流子是电子，、两端中哪端电势较

7、高？(2)薄板上形成电流1的载流子定向运动的速率多大？【导学号:68312117【解析】(1)根据左手定则可确定端电势高；(2)当导体内载流子沿电流 方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场， 横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，横向电压稳定.设载流子沿电流方向所在 直线定向移动的速度为以横向电压为Uab9横向电场强度为E,电场力为Fe=Ee =-, 洛伦兹力尸3=ezB, 平衡时得 0=-6.7X l(4ms.ababab B【答案】(l)6z (2)6.7 104 m/s处理霍尔元件问题的两点技巧横向电场力与洛伦兹力相等是解题关键.(2)在匀强电场中有尸=q区石

8、彳可得U.知识点信息时代离不开传感器先填空1 .随处可见的传感器(1)红外测温仪：是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置.(2)数码相机和摄像机：敏感元件叫做电荷耦合器件(CCD),它将光信号转换 成模拟电信号，模拟电信号再通过一种专门转换器(A/D)转换成数字电信号.(3)酒精浓度测试仪：敏感元件是邂传感器.2 .信息社会离不开传感器智能式传感器集信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能于一 身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出接口等制作在同一芯片上，成为大 规模集成电路智能传感器.3 .遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进 行远距离收

9、集、转换，用计算机处理、识别，得出结论.主要应用于地球资源勘 探、环境监测、气象预报、军事侦察等.再判断1 .应变式力传感器可以测牵引力，也可以测压力.（J）2 .地球资源勘探、军事侦察都是通过遥感传感器来获取的.（J）3 .机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成的.（J）后思考现在很多工作单位利用指纹识别器，你知道它是如何工作的吗？【提示】工作原理：指纹识别器是通过电容器来识别指纹的.传感器表面 集合了很多个电容器的极板，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在绝缘表面上 时，手指的皮肤就成了电容器的另一个极板，由于指纹的脊和谷相对于另一个极 板的距离不同，使电容阵列不同位置的电容器

10、的电容值也不同.通过读取这些电 容的差异，就能够获取指纹信息.这样就把指纹的信息转化成了电信号，再经过 电路对电信号的比较，就可以实现对指纹的识别.合作探讨2019年北京发生了非典疫情，为防止疫情扩散，当时在机场、车站等人员 集散地都设有体温检测点.探讨1：要快速准确地筛查体温偏高者，用水银温度计还是用红外线测温 仪？【提示】 红外线测温仪.探讨2：红外线测温仪有哪些优点？【提示】 测温时间短，且不需要与人体直接接触，避免了交叉感染.核心点击1 .生活中的传感器传感器，A、B、C对，D错.【答案】D4 .（多选）数字跑道已在北京奥运会田径竞走、跳远和三级跳等重点奥运项 目中投入使用，数字跑道和

11、数字跑鞋为运动健儿们在科学训练和比赛中发挥了积 极作用.该跑道采用了大面积柔性压力阵列传感器、现场总线网络和分布式信息 处理技术，可实时检测运动员步频、步距、足部触地时间、离地时间、速度、发 力大小、发力角度等信息，在此基础上构建了训练信息采集和技术诊断分析系统, 为田径项目提供了一种全新的科学化训练平台.下列关于数字跑道的说法正确的 是（）A.传感器需要有敏感元件和转换电路等组成B.压力阵列传感器应该是一种力电传感器C.奥运会中应用的传感器智能化程度很高，直接感应的是电学量，不需要 力电转换D.奥运会中应用的传感器智能化程度尽管很高，但传感器都是将非电学量 转换为电学量【解析】 根据题目情景

12、叙述，跑道上使用的是压力传感器，所有的传感器 都要先通过敏感元件采集信息，然后再由转换电路将采集到的力、热、光等非电 学量转换为便于测量的电压或电流等电学量.当转换电路采用计算机进行信息处 理，并输出数字信息时，这种传感器就可以称得上是智能传感器了.【答案】 ABD5 .某学生实验小组用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无 法自动控制.经检查，恒温箱的控制器没有故障.参照图4-4-1,下列对故障判 断正确的是（）图 4-4-1A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障【解析】 由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障 都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A, B错误.若 加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温 度持续升高，故D错误.【答案】C(1)传感器的作用就是将非电学量转换为电学量.(2)分析自动控制电路时要根据某种逻辑关系，按照一定的顺序进行分析， 如由敏感元件一传感元件一控制电路一工作电路一控制目的.