第3节 传感器的工作原理及应用
一、热敏电阻与金属热电阻
1．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线。
甲 乙
2．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，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
3．注意：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。
二、霍尔元件
1．构造：如图所示，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。
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UH。
3．霍尔电压：UH＝k。
(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)一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。
4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
三、 传感器的应用实例
1．力传感器的应用——电子秤
(1)组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片。
(2)工作原理：
(3)作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
2．温度传感器的应用实例
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敏感元件
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工作原理
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电熨斗
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双金属片
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温度变化时，由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断
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电饭锅
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感温铁氧体
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(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”
(2)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103 ℃时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开
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3.光传感器的应用——火灾报警器
(1)组成：如图所示，发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。
(2)工作原理：平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(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)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 (×)
(6)霍尔元件工作时，产生的电压与外加的磁感应强度成正比。
(√)
