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第三章 傳感器 [鞏固層知識整合] [體系構建] [核心速填] 1．傳感器及其工作原理 (1)定義：將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量或控制電路的通斷的元件． (2)敏感元件 ①熱敏電阻和金屬熱電阻——溫度傳感器． ②光敏電阻——光傳感器． ③應變片——力傳感器． ④雙金屬片——溫度傳感器． 2．傳感器的應用 (1)工作模式：傳感器——放大轉(zhuǎn)換電路→ (2)應用 (3)利用斯密特觸發(fā)器將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號． [提升層能力強化] 常見敏感元件及其特性 1.光敏電阻 光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，光照增強電阻減小，光照減弱電阻增大． 2．金屬熱電阻 金屬熱電阻的電阻率隨溫度升高而增大． 3．熱敏電阻 熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負溫度系數(shù)兩種．正溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大，負溫度系數(shù)的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小． 4．電容 平行板電容器的電容與極板面積、極板間距及電介質(zhì)材料有關，電容器可以感知引起電容變化的任一外界信息，并將其轉(zhuǎn)化為電容變化，例如，當極板受力時會改變極板間距，從而引起電容變化． 　如圖31所示，有的計算機鍵盤的每一個鍵下面都連一小塊金屬片，與該金屬片隔有一定空隙還有另一塊小的固定金屬片，這兩塊金屬片組成一個小電容器，該電容器的電容C可用公式C＝e計算，式中常量e＝910－12 Fm－1，S表示金屬片的正對面積，d表示兩金屬片間的距離．當鍵被按下時，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能檢測出哪個鍵被按下了，從而給出相應的信號．設每個金屬片的正對面積為50 mm2，鍵未被按下時兩金屬片間的距離為0.6 mm.如果電容變化了0.25 pF，電子線路恰能檢測出必要的信號，則鍵至少要被按下________mm. 圖31 【解析】　計算機鍵盤是一個電容傳感器，由題意知它是靠改變兩極板間距從而改變電容，得到相應的電信號．又因兩極板間距減小，電容變大，設原間距為d0，按下鍵后間距為d時電子線路恰能檢測出必要的信號，則根據(jù)C＝e，ΔC＝eS得d＝ ＝ m ＝0.4510－3 m＝0.45 mm， 所以鍵至少要被按下的距離為0.6 mm－0.45 mm＝0.15 mm. 【答案】　0.15 [針對訓練] 1.如圖32所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置．則 (　　) 【導學號：24622109】 圖32 ①當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓增大　②當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓減小　③當僅增大R2的阻值時，A、B之間的電壓增大?、墚攦H減小R2的阻值時，A、B之間的電壓增大 A．①③　　　　 B．①④ C．②③ D．②④ C　[R1是光敏電阻，有光照射時，阻值變小，當有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故①錯誤，②正確；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U增大，故③正確；當僅減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故④錯誤．故應選C.] 傳感器的應用 1.傳感器的應用過程包括三個環(huán)節(jié)：感、傳、用 (1)“感”是指傳感器的敏感元件感應信息，并轉(zhuǎn)化為電學量． (2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲取并轉(zhuǎn)化的電學信息傳給執(zhí)行機構． (3)“用”是指執(zhí)行機構利用傳感器傳來的信息進行某種顯示或某種動作． 2．處理與傳感器有關的電路設計問題時，可將整個電路分解為 (1)傳感器所在的信息采集部分； (2)轉(zhuǎn)化傳輸部分(這部分電路往往與直流電路的動態(tài)分析有關)； (3)執(zhí)行電路． 　如圖33所示是一種水位自動報警器的原理示意圖，當杯中的水的水位到達金屬塊B時，出現(xiàn)的情況是(　　) 【導學號：24622110】 圖33 A．L1燈亮 　　　　 B．L2燈亮 C．L1、L2兩燈同時亮 D．L1、L2兩燈都不亮 B　[由電路結構可以看出，當杯中的水的水位到達B時，左側(cè)電路被接通，這樣螺線管就產(chǎn)生磁場，相當于一個磁鐵，對與彈簧相連的銜鐵產(chǎn)生吸引作用，使之向下移動，這樣L2電路被接通，故B正確．] [一語通關]　傳感器的應用過程包括三個環(huán)節(jié)：感、傳、用 (1)“感”是指傳感器的敏感元件感受信息，并轉(zhuǎn)換為電學量． (2)“傳”是指通過電路等將傳感器敏感元件獲取并轉(zhuǎn)換的電學信息傳給執(zhí)行機構． (3)“用”是指執(zhí)行機構利用傳感器傳來的信息進行某種顯示或某種動作. [針對訓練] 2．氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測．它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化，在如圖34甲所示的電路中，不同的一氧化碳濃度對應著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對應關系，觀察儀表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標，有一種氧化錫傳感器，其技術資料中給出的是電導(即電阻的倒數(shù))——濃度曲線如圖34乙，電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的對應關系正確的是(　　) 　甲　　　　　　　　　　乙 圖34 B　[當一氧化碳濃度增大時，傳感器的電導增大，電阻R傳減小，由閉合電路歐姆定律知，電路中的電流I＝E/(R0＋R＋R傳＋r)增大，電壓表的示數(shù)U0＝IR0＝增大，故C、D錯誤；由題圖知，傳感器的電導與濃度成正比，傳感器的電阻R傳與濃度成反比，但電壓表的示數(shù)U0與傳感器的電阻R傳并不成正比關系，所以，電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的關系圖線并不是直線，A錯，答案為B.]