1 传感器及其工作原理
[学习目标] 1.[物理观念]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.[科学思维]知道将非电学量转化为电学量的意义．(重点) 3.[科学思维]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)
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．
3．注意
(1)传感器的发展十分迅速，其品种已达数万种，我们学习了解的只是最基本的几种而已．
(2)不能认为传感器输出的一定是电信号．
二、光敏电阻
1．特点：光照越强，电阻越小．
2．原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，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．热敏电阻与金属热电阻的区别
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热敏电阻
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金属热电阻
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特点
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电阻随温度的变化而变化且非常明显
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电阻率随温度的升高而增大
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制作材料
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半导体
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金属导体
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优点
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灵敏度好
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化学稳定性好，测温范围大
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作用
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能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量
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4.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．
四、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．
[说明] 霍尔电压的推导
设上图中MN方向长度为l2，则q＝qvB.
根据电流的微观解释，I＝nqSv，
整理后，得UH＝.
令k＝，则UH＝k.
UH与B成正比，因此霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
