高中物理 第三章 傳感器 第二節(jié) 溫度傳感器和光傳感器課件 粵教版選修32

2 溫度傳感器和光傳感器非接觸式紅外測溫儀非接觸式紅外測溫儀 由于由于物體的溫度物體的溫度不同，發(fā)射紅外線的不同，發(fā)射紅外線的情況也不同，因此利情況也不同，因此利用紅外線敏感元件可用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫以實現(xiàn)無接觸測溫1.1.了解光控開關(guān)電路及控制原理，會組裝光控開關(guān)了解光控開關(guān)電路及控制原理，會組裝光控開關(guān). .2.2.了解溫度報警器及控制原理，會組裝溫度報警器了解溫度報警器及控制原理，會組裝溫度報警器. .3.3.通過實驗的方法，更為深入地認識傳感器的應(yīng)用通過實驗的方法，更為深入地認識傳感器的應(yīng)用. .溫度傳感器溫度傳感器雙金屬片溫度傳感器雙金屬片溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器用溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換為電信號用溫度傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)換為電信號.測溫元件可以測溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶、紅外線敏感元件等是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶、紅外線敏感元件等.電信號可以遠距離輸送，因而溫度傳感器可以遠距離讀電信號可以遠距離輸送，因而溫度傳感器可以遠距離讀取溫度取溫度.1.1.雙金屬片溫度傳感器：雙金屬片溫度傳感器： 原理原理: :熱脹冷縮熱脹冷縮將兩種膨脹系數(shù)差別較大的不同將兩種膨脹系數(shù)差別較大的不同金屬片焊接在一起，常溫下兩觸金屬片焊接在一起，常溫下兩觸點分離點分離. .溫度升高，兩種金屬膨脹溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸化，使觸點接觸. .電熱水器雙金屬熱保護器電熱水器雙金屬熱保護器 雙金屬溫度計雙金屬溫度計2.2.金屬熱電阻金屬熱電阻（2 2）特性：金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而）特性：金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而_，具有正溫度系數(shù)，具有正溫度系數(shù)（1 1）材料：金屬熱電阻是用金屬做成的）材料：金屬熱電阻是用金屬做成的RTO金屬熱電阻金屬熱電阻R-TR-T關(guān)系示意圖關(guān)系示意圖增大增大金屬熱電阻的應(yīng)用金屬熱電阻的應(yīng)用金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系有電性能與溫度的變化關(guān)系有何不同？何不同？思考與討論：思考與討論：常溫下兩觸點是接觸還是分離？溫度過高時雙金屬片常溫下兩觸點是接觸還是分離？溫度過高時雙金屬片將怎樣作用？將怎樣作用？如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電熨斗的工作溫度？如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電熨斗的工作溫度？電熨斗的構(gòu)造電熨斗的構(gòu)造調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性銅片升升降螺絲帶動彈性銅片升降，從而改變觸點接觸的降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制不同溫度難易，達到控制不同溫度的目的的目的.3.3.熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻的阻值會隨著溫熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而度的升高而_，具有，具有負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)熱敏電阻熱敏電阻R-TR-T關(guān)系示意圖關(guān)系示意圖RTo減小減小（2 2）特性：）特性：（1 1）材料：半導(dǎo)體）材料：半導(dǎo)體 例例1 1：如圖是一個溫度傳感器的原理示意圖，：如圖是一個溫度傳感器的原理示意圖，R Rt t是一個熱敏電阻（熱敏電阻阻值隨溫度的升高而降是一個熱敏電阻（熱敏電阻阻值隨溫度的升高而降低）低）. .試說明傳感器是如何把溫度值轉(zhuǎn)換為電信號的，試說明傳感器是如何把溫度值轉(zhuǎn)換為電信號的，電壓表的示數(shù)怎么變化？電壓表的示數(shù)怎么變化？V Vt tR Rt tR RE rE r溫度升高或降低導(dǎo)致溫度升高或降低導(dǎo)致R Rt t阻值發(fā)生變阻值發(fā)生變化，使電路中電流也發(fā)生變化，化，使電路中電流也發(fā)生變化，導(dǎo)致導(dǎo)致R R上的電壓也發(fā)生改變，因此上的電壓也發(fā)生改變，因此電壓表讀數(shù)將會發(fā)生變化，從而電壓表讀數(shù)將會發(fā)生變化，從而就將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號就將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號. .演示實驗：將熱敏電阻和多用表的歐姆擋相連，把熱敏演示實驗：將熱敏電阻和多用表的歐姆擋相連，把熱敏電阻放到盛水的杯中，向杯里倒入熱水電阻放到盛水的杯中，向杯里倒入熱水.熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻和金屬熱電阻根據(jù)演示實驗回答問題：根據(jù)演示實驗回答問題：（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？關(guān)系是否相同？（2 2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)換為什么量？量？（4 4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化？（1 1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度變化的關(guān)系）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度變化的關(guān)系不相同不相同. .金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低，半導(dǎo)體材金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而升高料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而升高. .（2 2）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈??；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差敏度較差. .（3 3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)囟冗@個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量電阻這個電學(xué)量. .（4 4）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大）隨著水溫升高，多用表的指針偏角逐漸變大二、常用的傳感器部件二、常用的傳感器部件. .光敏電阻：光敏電阻：（1 1）材料：制作光敏電阻的材料一般為半導(dǎo)體）材料：制作光敏電阻的材料一般為半導(dǎo)體. .如：硫化鎘如：硫化鎘（2 2）特性：）特性：光敏電阻對光敏感光敏電阻對光敏感. .當改變光照強度時，電阻的大小也隨當改變光照強度時，電阻的大小也隨著改變著改變. .電阻值一般會隨著光照強度的增大而減小電阻值一般會隨著光照強度的增大而減小. .2.2.光敏傳感器部件光敏傳感器部件3.3.光敏傳感器光敏傳感器光照情況光照情況受光表面暴露受光表面暴露電阻值的情況電阻值的情況手遮蓋受光表面手遮蓋受光表面電阻小電阻小電阻大電阻大光敏電阻光敏電阻電阻隨光照的增強而減小電阻隨光照的增強而減小(1)(1)光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān). .(2)(2)光敏電阻受到光照時電阻會變小光敏電阻受到光照時電阻會變小. .硫化鎘是一種半導(dǎo)硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好光照增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好. .(3)(3)光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量. .(4)(4)隨著光照強度的增大，多用表的指針偏角逐漸變大隨著光照強度的增大，多用表的指針偏角逐漸變大. .光敏電阻工作原理：光敏電阻工作原理：光照增強光照增強 半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加和空穴）濃度增加 材料的電阻率減小材料的電阻率減小以利用煙霧對光的散射來工作的火災(zāi)報警器為例，以利用煙霧對光的散射來工作的火災(zāi)報警器為例，簡述其工作原理簡述其工作原理. .報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LEDLED、光電三、光電三極管和不透明的擋板平時，光電三極管收不到極管和不透明的擋板平時，光電三極管收不到LEDLED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙霧進入罩內(nèi)后發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小與傳感器連接的電路便可以檢測出這其電阻變小與傳感器連接的電路便可以檢測出這種變化，就會發(fā)出警報種變化，就會發(fā)出警報光控繼電器的工作原理是光控繼電器的工作原理是: :當照射光敏電阻時當照射光敏電阻時, ,(1)(1)光敏電阻的阻值光敏電阻的阻值 ( (選填選填“變大變大”或或“變小變小”) )； (2) (2) 被控電路被控電路 ( (選填選填“接通接通”或或“斷開斷開”).).光光控控設(shè)設(shè)備備光光敏敏電電阻阻光光照照放放大大器器M MN N N N被被控控電電路路電源電源變小變小接通接通光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻的應(yīng)用 ：用如圖所示的電磁繼電器設(shè)計一個由光：用如圖所示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路敏電阻來控制路燈的實驗電路.要求是：光暗時燈亮，光亮要求是：光暗時燈亮，光亮時燈滅時燈滅.可供選擇的器材如下：光敏電阻、學(xué)生電源、電磁可供選擇的器材如下：光敏電阻、學(xué)生電源、電磁繼電器、滑動變阻器、定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線繼電器、滑動變阻器、定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線.（如有需要（如有需要可以自行添加所需器材）可以自行添加所需器材）解析：解析：光敏電阻受到光照射時電阻變小，將光敏電光敏電阻受到光照射時電阻變小，將光敏電阻、學(xué)生電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器阻、學(xué)生電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的的a a、b b端，如圖所示端，如圖所示ecab220V將交流電源與路燈接入將交流電源與路燈接入c c、e e之間之間. .光暗時，光敏電阻的阻值大，光暗時，光敏電阻的阻值大，abab間電流小，磁間電流小，磁性弱，性弱，cece處閉合，燈亮處閉合，燈亮. .光亮時，光敏電阻的阻值小，光亮時，光敏電阻的阻值小，abab間電流大，磁間電流大，磁性強，吸住銜鐵，電路性強，吸住銜鐵，電路cece處斷開，燈滅處斷開，燈滅. .【例【例2 2】如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和】如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖行程的裝置示意圖.A.A為光源，為光源，B B為光電接收器，為光電接收器，A A、B B均固均固定在車身上，定在車身上，C C為小車的車輪，為小車的車輪，D D為與為與C C同軸相連的齒輪同軸相連的齒輪. .車車輪轉(zhuǎn)動時，輪轉(zhuǎn)動時，A A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被沖光信號，被B B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示示. .若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n n，累計脈沖數(shù)為，累計脈沖數(shù)為N N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是是 ，小車速度的表達式為小車速度的表達式為v=v= ；行程的表達式為行程的表達式為s=s= . .車輪半徑車輪半徑r r和齒輪齒數(shù)和齒輪齒數(shù)p p2 nrp2 Nrp1.1.溫度傳感器：溫度傳感器：感溫敏感元件有熱雙金屬片、熱電阻、熱敏電阻等感溫敏感元件有熱雙金屬片、熱電阻、熱敏電阻等. .2.2.光傳感器：光傳感器：應(yīng)用廣泛，自動門、非觸摸式自動水龍頭、火災(zāi)應(yīng)用廣泛，自動門、非觸摸式自動水龍頭、火災(zāi)報警器、光電式轉(zhuǎn)速表、光控開關(guān)，鼠標等，注報警器、光電式轉(zhuǎn)速表、光控開關(guān)，鼠標等，注意分析其原理意分析其原理. .1.1.計算機光驅(qū)的主要部件是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光計算機光驅(qū)的主要部件是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏電阻自動計信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計數(shù)將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計算機顯示出來相應(yīng)的信息算機顯示出來相應(yīng)的信息. .光敏電阻的自動計數(shù)示意圖如光敏電阻的自動計數(shù)示意圖如圖所示，圖所示，信號信號處理處理系系統(tǒng)統(tǒng)R R2 2R R1 1激光激光其中其中R R1 1為光敏電阻，為光敏電阻，R R2 2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是（工作原理是（ ) )A.A.當有激光照射當有激光照射R R1 1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓時，處理系統(tǒng)獲得高電壓B.B.當有激光照射當有激光照射R R1 1時，處理系統(tǒng)獲得低電壓時，處理系統(tǒng)獲得低電壓C.C.信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D.D.信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次答案：答案：ADAD2.2.有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件分別接入如圖所示電路中接入如圖所示電路中A A、B B兩點后，用黑紙包住元件兩點后，用黑紙包住元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法正確的下列說法正確的是（是（ ）A AB BA.A.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻化較大，這只元件一定是熱敏電阻B.B.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻變化，這只元件一定是定值電阻C.C.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D.D.用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示用黑紙包住與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻答案：答案：ACAC昨天是張退票的支票，明天是張信用卡，只有今天才是現(xiàn)金；要善加利用. 凱里昂