第六章 传感器
第一节 传感器及其工作原理
【知能准备】
传感器:
传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_________量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等________量,或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。
传感器一般由敏感元件和输出部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换_______信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理。
常见的传感器有:__________、____________、_____________、___________、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。
常见传感器元件:
(1)光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,光敏电阻能够把__________这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛,可以看到光线的强弱。
(2)金属热电阻和热敏电阻:金属热电阻的电阻率随温度的升高而_________,用金属丝可以制作___________。它能把___________这个热学量转换为________这个电学量。
热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而_______或_________。与热敏电阻相比,金属热电阻的___________好,测温范围___________,但_____________较差。
(3)电容式位移传感器能够把物体的__________这个力学量转换为______这个电学量。
(4)霍尔元件能够把_______________这个磁学量转换为电压这个电学量
【同步导学】
一、疑难分析
1.光敏电阻:光敏电阻的材料是一种半导体,无光照射时,载流子极少,导电性能能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好,即光敏电阻值随光照增强而减小。光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量。
2.热敏电阻:用半导体材料制成,其电阻随温度变化明显,温度升高电阻减小,如图-1为某一热敏电阻-温度特性曲线。热敏电阻的灵敏度较好。
3.金属热电阻:有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制作温度传感器。金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大。
4.霍尔元件:如图-2所示,在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个电极C、D、E、F,就制成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
霍尔电压: 其中k为比例系数,称为霍尔系数,其大小与薄片的材料有关。一个霍尔元件的厚度d、比例系数k为定值,再保持I恒定,则电压UH的变化就与B成正比,因此,霍尔元件又称磁敏元件。
二、方法点拨
霍尔效应的原理:外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力,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,从而形成横向的电场;横向电场对电子施加与洛仑兹力相反的静电力,当静电力与洛仑兹力达到平衡时,导体板两侧会形成稳定的电压.
设图中CD方向长度为L2,则: