電阻傳感器論文：傳感器電阻論文,關于新課程背景下的傳感器教學相關參考文獻資料

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【摘 要】傳感器技術是當今世界一項令人矚目的高新技術之一,它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱,其水平高低已經成為衡量一個國家科技發展水平的重要標志.
【關鍵詞】新課程；傳感器
傳感器技術是當今世界一項令人矚目的高新技術之一,它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱,其水平高低已經成為衡量一個國家科技發展水平的重要標志.隨著科學技術的發展,傳感器的應用已越來越普及,因此傳感器這部分內容的引入,也就成了《課程標準》中“在課程內容上體現時代性”的一個標志.本文結合自己在教學中的一些感受,就傳感器這一章節內容上做了一些探討.
一、傳感器的引入體現了新課改的要求
《新課程課標》將傳感器列為選修3-2模塊的二級主題,集中體現了它對科學、技術與社會的密切關系.選取這樣一個具有時代氣氛的內容,主要是傳感器已經廣泛地應用到現代的生產和生活的諸多方面,像家用的電飯煲,電視的遙控器,樓梯的聲控開關,收費站的記重收費測量儀等,傳感器已成為進行測量和控制不可缺少的元器件.
傳感器這一章的內容非常豐富,但是在教學要求上不同于技術課程.它側重于物理原理在傳感器技術中的應用,讓學生通過觀察,了解運用傳感器解決生活和生產中的某些需求的過程,體會到應用技術的重要性,了解和學習一些比較簡單的技術知識.
二、傳感器的教與資源實例
1..傳感器的工作原理
傳感器感受到的通常是非電學量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度等,而它輸出的通常是電學量,如電壓值、電流值、電荷量等,這些輸出信號非常微弱,通常要經過放大后再送給控制系統產生各種控制動作.
2..常見的傳感器元件
（1）熱敏電阻：是由半導體材料制成的,常態時其阻值約為10kΩ,其電阻率隨溫度的升高時,電阻率顯著減小.
（2）光敏電阻：是由硫化鎘這種由半導體材料制成,在沒有光照射下的情況下,載流子極少,導電性能不好,其電阻值可以達到幾十兆歐姆.但在光照情況下載流子增多,導電性能變好,其電阻率顯著減小,電阻可以達到幾千歐姆.
（3）金屬熱電阻：金屬熱電阻對溫度的敏感元件是金屬絲,其內部的導電物質是自由電子,當溫度升高時,金屬的電阻率升高,導電能力減弱.
（4）感溫鐵氧體：是由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵混合燒制而成的,在常溫下,感溫鐵氧體具有鐵磁性,能夠被磁鐵吸引,但是溫度上升居里點到（103℃）時,就會失去鐵磁性,不能被磁鐵吸引了.
（5）PTC元件：是由鈦酸鈹半導體材料制成的電阻器,其電阻率ρ與溫度t的變化關系如圖1所示,由于這種特性,PTC元件具有發熱和控溫雙重功能.
（6）霍爾元件：霍爾元件能夠把磁感應強度轉換為電壓,當電流一定時,霍爾電壓與磁感應強度成正比.
3..傳感器元件的教學
在教學過程中,要求學生能夠熟悉并掌握這些傳感器元件的特性.如在介紹光敏電阻時,可以讓學生用試驗的方法來探究光敏電阻的特性：將一只光敏電阻接到多用電表的兩端,電表置于倍率為100的歐姆擋,在室內自然光的照射下,其電阻約有多大?然后把這個光敏電阻放到太陽光下直接照射,再重復相同的試驗,測量出電阻值約為多大?這樣學生就很容易得出光敏電阻與光照強度之間的關系,以加強學生的記憶.
學生在熟悉這些傳感器元件的特性以后,教師要再配以適當的例題以鞏固學生對傳感器元件的理解.如圖2所示,將萬用表的選擇開關置于“歐姆”擋,再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連,這時表針恰好指在刻度盤的正中間.若往Rt上擦一些酒精,表針將向______（填“左”或“右”）移動；若用吹風機將熱風吹向電阻,表針將向______（填“左”或“右”）移動.
解析：①在熱敏電阻上擦一些酒精后,酒精揮發后使熱敏電阻的溫度降低,溫度降低熱敏電阻的阻值增大,所以表針要往左偏轉.②用熱吹風機吹向熱敏電阻,使電阻的溫度升高,電阻值減小,表針向右偏轉.
本題不但使學生鞏固了熱敏電阻隨溫度變化的特點,還復習了歐姆表表盤刻度的特點,起到很好的“一石二鳥”作用.
4..傳感器的應用
（1）力傳感器的應用——電子秤
傳感器作為一種采集信息的重要器件,其主要應用之一是測定壓力,如圖3所示是一種測定壓力的傳感器,現將這種傳感器接到圖4的電路中進行試驗,（電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏）若F變大,則電路內是否有電流產生?如果有,電流表的指針向哪偏轉?
解析：電容器電容的決定因素是極板的正隊面積S、極板間電介質ε、板間距離d,由電容的公式C等于εs/4πkd,當待測壓力F變大時,膜片產生形變,ε、s不變,d變小,從而引起電容變大；又因為電容器、靈敏電流計和電源串聯成閉合電路,Q等于CU,U等于電源的電動勢不變,所以電容器的帶電荷量Q增加,即電容器充電,電流計有示數,電流從電流表的正接線柱流進,指針向右偏轉.
（2）聲傳感器的應用——話筒
話筒是一種把聲信號轉換為電信號的傳感器,電容式話筒的工作原理如圖5所示.薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器,Q是兩個絕緣支架,電容器被直流電源充電后,當聲波沖擊薄金屬M而使指振動時,電容器兩極間距離的變化而導致電容的大小發生變化,電容器的電荷量也隨之變化,電路中形成電流,于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規律相同的電壓.
光敏電阻傳感器:16.5.9溫度傳感器之電壓、電流、電阻
（3）光傳感器的應用——火災報警器
如圖6所示為利用煙霧對光的散射作用而工作的一種火災報警器,其工作原理為：帶孔的外罩內裝有發光二極管LED、光電三極管和不透光的擋板.平時,光電三極管不能收到LED發出的光,呈現高電阻狀態,當有火災危險時,有煙霧進入罩內,由于煙霧對光的散射作用,此時可以使部分光線照射到光電三極管上,光電三極管的電阻由此變小,與傳感器連接的電路檢測出這種變化,就會發出警報.
（4）溫度傳感器的應用——電飯鍋
電飯煲是應用了溫度傳感器,它的主要元件是感溫鐵氧體,它的特點是常溫下具有磁性,能夠被磁體吸引,但是當溫度上升到103℃時,就失去了鐵磁性,不能被磁鐵吸引了.如圖7所示是電飯煲的電路圖,S1是一個溫控開關,手動閉合后,當此開關達到居里點（103℃）時會自動斷開；S2是一個自動溫控開關,當溫度低于70℃時,會自動閉合；溫度高于80℃時會自動斷開,紅燈是加熱時指示燈,黃燈是保溫時的指示燈,分流電阻R1等于R2等于500Ω,加熱電阻絲R3等于 50Ω,亮燈電阻不計.
(1)分析電飯煲的工作原理；
(2)計算加熱和保溫兩種狀態下,電飯煲消耗的電功率之比；
解析：(1)電飯煲通上電源以后,S2自動閉合,同時手動閉合S1,此時黃燈和R1處于短路,故黃燈熄滅紅燈亮,電飯煲處于加熱狀態.溫度上升到80℃時,S2自動斷開,但是S1閉合,黃燈和R1仍處于短路狀態,電飯煲內的溫度繼續上升.等飯蒸熟后溫度上升到103℃時,開關S1自動斷開,此時黃燈和電阻R開始工作,電飯煲處于保溫狀態.當溫度降至70℃時,S2自動閉合,電飯煲重新加熱,溫度達到80℃ 時,S2又自動斷開,再次處于保溫狀態.
(2)加熱時電飯煲消耗的功率P1等于U21/R并,保溫時電飯煲消耗的功率P2等于U2/(R1+R并),兩式中R并等于R2R3/（R2+R3）等于 500/11Ω,所以P1/P2等于(R1+R并)/R并等于12
三、進行探究式學習,培養創新思維
在教學實驗中,我們注重通過實驗再現科學發現的過程,從而讓學生體驗到“猜想—驗證—歸納”的科學探究過程,傳感器的應用大大提高了這種探究過程的實效.在學生了解了一些傳感器元件的特性、掌握了一些傳感器在實際生活中的應用以后,就可以讓學生自己來設計實驗,探究一些感器元件的特性.比如讓學生設計電路來探究熱敏電阻的特性,可以先讓學生自行設計并設計表格,通過數據和R-T圖像的方法就能探究熱敏電阻的阻值是隨溫度而變化的情況.
通過這種探究式的學習,可以激發學生興趣,從而確立學生的學習動機.教師也可以為學生準備一系列以傳感器為實驗手段的趣味實驗,讓學生親自動手操作,觀察實驗現象.通過學生自己設計實驗,可以激發學生的學習興趣,能親身感受到傳感器的作用.