4.1 传感器及其工作原理
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学习目标
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核心提炼
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1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术的意义。
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1个概念——传感器
1个原理——传感器的工作原理
1个特性——敏感元件的特性
多种应用——传感器的多种应用
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2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理。
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3.了解传感器的常用元件的特征。
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一、什么是传感器
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，并能把它们按照一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，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。
思考判断
(1)传感器可以把非电学量转换为电学量。(√)
(2)传感器可以把力学量(如形变量)转变成电学量。(√)
(3)传感器可以把热学量转变成电学量。(√)
(4)传感器可以把光学量转变成电学量。(√)
(5)传感器可以把电学量转变成力学量。(×)
二、光敏电阻
1.特点：光照越强，电阻越小。
2.原理：无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强，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。
思考判断
(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小。(√)
(2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动。(×)
(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化。(×)
三、热敏电阻和金属热电阻
1.热敏电阻：用半导体材料制成。可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻。
(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大。
(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小。
2.金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻。
思考判断
(1)热敏电阻在温度升高时阻值变小。(×)
(2)金属热电阻在温度升高时阻值变小。(×)
(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低。(×)
(4)金属热电阻随温度的升高导电能力增强，它的化学稳定性好，测量范围大。(×)
(5)热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(√)
四、霍尔元件
1.霍尔电压
如图1所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝k。d为薄片厚度，k为霍尔系数。一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。
图1
2.作用
把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
思考判断
(1)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出。(×)
(2)把霍尔元件放入磁场中，由于电磁感应现象，在元件的电极间产生感应电动势。(×)
(3)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。(×)
(4)在UH＝k中，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。(√)
(5)霍尔元件可以感知磁感应强度。(√)
