18-19 第6章 1　传感器及其工作原理.pdfVIP

1传感器及其工作原理

学习目标知识脉络

1．了解传感器的定义，感受传感器的应

用技术在信息时代的作用与意义．

2．知道将非电学量转化为电学量的意

义．(重点)

3．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．(重点、难点)

[自主预习·探新知]

[学问梳理]

一、传感器

1．传感器的定义

能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们依据肯定的规

律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换

为电路的通断的元件．

2．非电学量转换为电学量的意义

把非电学量转换为电学量，可以便利地进行测量、传输、处理和限制．

3．留意

(1)传感器的发展特别快速，其品种已达数万种，我们学习了解的只是最基本

几种而已．

(2)不能认为传感器输出的肯定是电信号．

二、光敏电阻

1．特点：光照越强，电阻越小．

2．缘由：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子少，导电性能

不好；随着光照的增加，载流子增多，导电性变好．

3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．

三、热敏电阻和金属热电阻

1．热敏电阻

热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变更明显，温度上升电阻减小，如

图6­1­1甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变更的特性曲线．

甲乙

图6­1­1

2．金属热电阻

有些金属的电阻率随温度的上升而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称

为热电阻，如图6­1­1乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．

3．热敏电阻与金属热电阻的区分

热敏电阻金属热电阻

电阻随温度的变更而变更且特

特点电阻率随温度的上升而增大

别明显

制作材

半导体金属导体

料

优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大

作用能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量

[留意]在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热

敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．

四、霍尔元件

1．构造：如图6­1­2所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作

四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件．

图6­1­2

2．工作原理：在E、F间通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B，则

薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，

使M、N间出现了电压，称为霍尔电压U.

H

3．霍尔电压：U＝k.

H

(1)其中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关．

(2)一个霍尔元件d、k为定值，再保持I恒定，则U的变更就与B成正比．

H

4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．

[说明]霍尔电压的推导

设上图中MN方向长度为l，则q＝qvB.

2

依据电流的微观说明，I＝nqSv，

整理后，得U＝