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14 交变电流
[-考点-07-] 传感器
一、传感器及其工作原理
1．传感器的工作原理：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等
被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号
输出．通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的
通断．把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理
和控制．
传感器应用的一般模式如图所示：
2．传感器的核心元件
(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分．
(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分．
(3)信号调整与转换电路：能把输出的微弱的电信号放大的部分．
3．传感器的分类
工作原理
举例
物理传
感器
利用物质的物理特性或物理效
应感知并检测出待测对象信息
力传感器、磁传感器、声
传感器等
化学传
感器
利用电化学反应原理，把无机
或有机化学物质的成分、浓度
转换为电信号
离子传感器、气体传感器
等
生物传
感器
利用生物活性物质的选择性来
识别和测定生物化学物质
酶传感器、微生物传感
器、细胞传感器等
二、常见敏感元件
1．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，
导电性能差；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．
2．热敏电阻和金属热电阻
(1)热敏电阻
热敏电阻一般由半导体材料制成，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阻值随温度变化的特性曲线．
(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)作用：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电
阻这个电学量．
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．
3．电阻应变片
(1)电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换
为电阻这个电学量．
(2)电子秤的组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元
件是应变片．
(3)电子秤的工作原理
⇒⇒⇒
三、霍尔元件的应用
霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的一种磁敏元件．一般用于电机中
测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等．
(1)霍尔元件的工作原理：E、F 间通入恒定的电流I，同时外加与薄
片垂直的磁场B 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电
流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N 间出现电压(如图所示)．
(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力二
力平衡．
(3)霍尔电压：UH＝k(d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数)．其中UH与B
成正比，所以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．
典例1 (光敏电阻)如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，R1为光
敏电阻，光照强度增大时，其阻值减小．现增加光照强度，则下列判
断正确的是( )
A．B 灯变暗，A 灯变亮 B．R2两端的电压变大
C．B 灯变亮，A 灯变暗 D．电源的总功率变小
典例2 (热敏电阻)(多选)在温控电路中，通过热敏电阻
阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1
为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C 为电容
器．当环境温度降低时( )
A．电容器C 的带电荷量增大 B．理想电压表的示数增大
C．电容器C 两板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大
典例3 (电阻应变片)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同
学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图
如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在
升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流
表的示数为I1.下列判断正确的是( )
A．0 到t1时间内，升降机一定静止
B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运
动
C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变
化
D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
典例4 (霍尔元件)(多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d 表
示薄片的厚度，k 为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k 为定
值，如果保持I 恒定，则可以验证UH随B 的变化情况．以下说
法正确的是(工作面是指较大的平面)( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变
大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
典例5 (自动控制装置)如图是利用太阳能
给LED 路灯供电的自动控制电路的示意
图．R 是光敏电阻，R0是保护定值电阻，
日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，
GH 接入电路，太阳能电池板给蓄电池充
电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF 接入电路，蓄电池给LED 路
灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是( )
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间
D．并联更多的LED 路灯可延长每天路灯照明时间
1.如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，
话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属
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板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一
电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而
使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两
板间的 ( )
A．距离变化
B．正对面积变化
C．电介质变化
D．电压变化
2.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的
原理如下：传感器的核心为一恵斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当
与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻
发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生
变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．
由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )
A．铜 B．合金 C．半导体 D．绝缘体
3.(多选)如图为电阻R 随温度T 变化的图线．下列说法中正确的是( )
A．图线1 是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2 是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成
的
C．图线1 对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵
敏度高
D．图线2 对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
4.如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏
材料制成的传感器(温度越高，其阻值越小)，a、b 之间接报警器．当传
感器R2所在处出现火情时，流过显示器的电
流I2、报警器两端的电压U 的变化情况是(
)
A．I2变大，U 变大 B．I2变小，U 变小
C．I2变小，U 变大 D．I2变大，U 变小
5.(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L 为小灯泡，R3为光敏电阻，电
压表内阻不计，当入射光强度增大时( )
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增
大
6.(2020·重庆市育才中学期中)霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中
的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方
向从E 到F 的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强
度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷．则
下列说法正确的是( )
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．左表面的电势高于右表面
C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态
D．如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场
的磁感应强度成正比
7.(多选)如图所示，理想变压器的原线圈与定值电阻r 串联，副线圈
接热敏电阻RT(温度升高，阻值减小)，在正弦交流电源的电压U0不
变的情况下，下列说法正确的是( )
A．当RT的温度升高时，原线圈两端的电压一定减小
B．当RT的温度升高时，原线圈中的电流一定减小
C．当RT的温度降低时，r 消耗的功率一定减
小
D．当RT的温度降低时，r 消耗的功率一定增
大
8.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送
情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器
B 能接收到发光元件A 发出的光，每当工件挡住A 发出的光时，光传
感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图
乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则
下述说法正确的是( )
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3 600 个工
件
D．该传送带每小时输送7 200 个工件
9.(2023·黄石·诊断)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小．有一位
同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图
甲所示．将压敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上，中间放
置一个绝缘重球．小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表
示数如图乙所示，0～t1时间内小车向右做匀速直线运动，下列判断
正确的是( )
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
10.(2022·河北卷·12)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制
简易电饭煲，设计电路如图甲所示．
选用的器材有：限温开关S1(手动将
其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高
于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；
保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动
闭合)；电饭煲的框架(结构如图乙所示)．自备元件有：加热电阻丝R(阻
值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ)；指示灯
L1和L2(2.5 V,0.6 W，当电流低于30 mA 时可视为熄灭)；保险丝T.
(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)．
A．按下S1，L1和L2均发光
B．当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D．当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正
常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的
元件．下列操作步骤的正确顺序是__________(填写各步骤前的字母)．
A．将选择开关旋转到“×100”位置
B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零
点
C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D．测量指示灯L1两端的阻值
E．将选择开关置于OFF
位置或交流电压最高挡
操作时，将多用电表两表
笔与L1两端接触，若指针
如图丙所示，可判断是
________断路损坏；若指针如图丁所示，可判断是________断路损坏．
(用电路中的元件符号表示)
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