第5章 第1节　常见传感器的工作原理—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册讲义

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第1节　常见传感器的工作原理
学习目标：1.[物理观念]知道什么是传感器，知道传感器的组成和作用。　2.[科学
思维]了解传感器将非电学量转换为电学量的一般应用模式。　3.[科学态度与责任]了解
光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用。
阅读本节教材，回答第 101 页“问题”并梳理必要知识点。
教材 P101 问题提示：传感器是利用敏感元件感受的物理量(如力、热、光等)转换为
便于测量的电学量的器件或装置。
一、初识传感器
1．定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要
是电信号)的器件或装置。
2．功能：传感器通常用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任
务，把非电学量转化为电学量。
3．组成与结构
(1)组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成
(2)结构：→→→
二、敏感元件
1．光敏元件
(1)光敏电阻是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器。
(2)光敏电阻的构成物质为半导体材料，当光照射到这些半导体物质上时，会激发
半导体内部受束缚的电子，其阻值会发生改变。光照越强被激发出的电子数就越多，
电阻就越小。
(3)特点：光照越强，电阻越小。
2．热敏元件
(1)热敏电阻是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器。
(2)热敏电阻由半导体材料制成，其电阻有随温度的改变而改变的特性。
(3)分类：
① 电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻。
② 电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。
3．磁敏元件
(1)霍尔元件是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传
感器。
(2)构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个引出端子，就成
为一个霍尔元件。
产生霍尔电压的示意图
(3)霍尔电压：UH＝k。
①其中d为霍尔元件的厚度，k为与材料有关的霍尔系数。
② 对于一个给定的霍尔元件，当电流 I固定时，则 UH完全取决于磁感应强度 B。
(4)作用：把磁感应强度的测量转换为电压的测量。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。 (×)
(2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。 (√)
(3)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。 (×)
(4)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 (×)
(5)霍尔元件工作时，产生的电压与外加的磁感应强度成正比。 (√)
2．关于传感器及其作用，下列说法正确的是(　　)
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
C　[传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、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；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和
电学量之间的对应关系。电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器。]
3．(多选)许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而白天，
即使有声音它也没有反应，它的控制电路中接入了哪些传感器(　　)
A．温度传感器　　　　 B．光传感器
C．声音传感器 D．热传感器
BC　[楼道照明灯根据接收到的光信号和声音信号控制是否开启，所以其控制电路
中接入了光传感器和声音传感器。]
传感器的原理和分类
有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息。如图所
示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图。试结合图中信息思考，在蔬菜种植大棚
中要用到哪些传感器？
提示：需要五种传感器：光传感器、湿度传感器、温度传感器、气敏传感器、温
敏传感器。
1．传感器的核心元件
(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成
一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。
(2)转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的
物理量转换成电学量输出。
(3)转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电
流等。
2．传感器的工作原理
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