電阻傳感器論文：傳感器電阻論文,關(guān)于新課程背景下的傳感器教學(xué)相關(guān)參考文獻(xiàn)資料
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【摘 要】傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界一項(xiàng)令人矚目的高新技術(shù)之一,它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱,其水平高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志.
【關(guān)鍵詞】新課程；傳感器
傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界一項(xiàng)令人矚目的高新技術(shù)之一,它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱,其水平高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳感器的應(yīng)用已越來(lái)越普及,因此傳感器這部分內(nèi)容的引入,也就成了《課程標(biāo)準(zhǔn)》中“在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時(shí)代性”的一個(gè)標(biāo)志.本文結(jié)合自己在教學(xué)中的一些感受,就傳感器這一章節(jié)內(nèi)容上做了一些探討.
一、傳感器的引入體現(xiàn)了新課改的要求
《新課程課標(biāo)》將傳感器列為選修3-2模塊的二級(jí)主題,集中體現(xiàn)了它對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的密切關(guān)系.選取這樣一個(gè)具有時(shí)代氣氛的內(nèi)容,主要是傳感器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到現(xiàn)代的生產(chǎn)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(kāi)關(guān),收費(fèi)站的記重收費(fèi)測(cè)量?jī)x等,傳感器已成為進(jìn)行測(cè)量和控制不可缺少的元器件.
傳感器這一章的內(nèi)容非常豐富,但是在教學(xué)要求上不同于技術(shù)課程.它側(cè)重于物理原理在傳感器技術(shù)中的應(yīng)用,讓學(xué)生通過(guò)觀察,了解運(yùn)用傳感器解決生活和生產(chǎn)中的某些需求的過(guò)程,體會(huì)到應(yīng)用技術(shù)的重要性,了解和學(xué)習(xí)一些比較簡(jiǎn)單的技術(shù)知識(shí).
二、傳感器的教與資源實(shí)例
1..傳感器的工作原理
傳感器感受到的通常是非電學(xué)量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度等,而它輸出的通常是電學(xué)量,如電壓值、電流值、電荷量等,這些輸出信號(hào)非常微弱,通常要經(jīng)過(guò)放大后再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作.
2..常見(jiàn)的傳感器元件
（1）熱敏電阻：是由半導(dǎo)體材料制成的,常態(tài)時(shí)其阻值約為10kΩ,其電阻率隨溫度的升高時(shí),電阻率顯著減小.
（2）光敏電阻：是由硫化鎘這種由半導(dǎo)體材料制成,在沒(méi)有光照射下的情況下,載流子極少,導(dǎo)電性能不好,其電阻值可以達(dá)到幾十兆歐姆.但在光照情況下載流子增多,導(dǎo)電性能變好,其電阻率顯著減小,電阻可以達(dá)到幾千歐姆.
（3）金屬熱電阻：金屬熱電阻對(duì)溫度的敏感元件是金屬絲,其內(nèi)部的導(dǎo)電物質(zhì)是自由電子,當(dāng)溫度升高時(shí),金屬的電阻率升高,導(dǎo)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(diǎn)到（103℃）時(shí),就會(huì)失去鐵磁性,不能被磁鐵吸引了.
（5）PTC元件：是由鈦酸鈹半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其電阻率ρ與溫度t的變化關(guān)系如圖1所示,由于這種特性,PTC元件具有發(fā)熱和控溫雙重功能.
（6）霍爾元件：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓,當(dāng)電流一定時(shí),霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比.
3..傳感器元件的教學(xué)
在教學(xué)過(guò)程中,要求學(xué)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(shí),可以讓學(xué)生用試驗(yàn)的方法來(lái)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(nèi)自然光的照射下,其電阻約有多大?然后把這個(gè)光敏電阻放到太陽(yáng)光下直接照射,再重復(fù)相同的試驗(yàn),測(cè)量出電阻值約為多大?這樣學(xué)生就很容易得出光敏電阻與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系,以加強(qiáng)學(xué)生的記憶.
學(xué)生在熟悉這些傳感器元件的特性以后,教師要再配以適當(dāng)?shù)睦}以鞏固學(xué)生對(duì)傳感器元件的理解.如圖2所示,將萬(wàn)用表的選擇開(kāi)關(guān)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(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間.若往Rt上擦一些酒精,表針將向______（填“左”或“右”）移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將向______（填“左”或“右”）移動(dòng).
解析：①在熱敏電阻上擦一些酒精后,酒精揮發(fā)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(zhuǎn).②用熱吹風(fēng)機(jī)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(zhuǎn).
本題不但使學(xué)生鞏固了熱敏電阻隨溫度變化的特點(diǎn),還復(fù)習(xí)了歐姆表表盤(pán)刻度的特點(diǎn),起到很好的“一石二鳥(niǎo)”作用.
4..傳感器的應(yīng)用
（1）力傳感器的應(yīng)用——電子秤
傳感器作為一種采集信息的重要器件,其主要應(yīng)用之一是測(cè)定壓力,如圖3所示是一種測(cè)定壓力的傳感器,現(xiàn)將這種傳感器接到圖4的電路中進(jìn)行試驗(yàn),（電流從電流表正接線(xiàn)柱流入時(shí)指針向右偏）若F變大,則電路內(nèi)是否有電流產(chǎn)生?如果有,電流表的指針向哪偏轉(zhuǎn)?
解析：電容器電容的決定因素是極板的正隊(duì)面積S、極板間電介質(zhì)ε、板間距離d,由電容的公式C等于εs/4πkd,當(dāng)待測(cè)壓力F變大時(shí),膜片產(chǎn)生形變,ε、s不變,d變小,從而引起電容變大；又因?yàn)殡娙萜?、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路,Q等于CU,U等于電源的電動(dòng)勢(shì)不變,所以電容器的帶電荷量Q增加,即電容器充電,電流計(jì)有示數(shù),電流從電流表的正接線(xiàn)柱流進(jìn),指針向右偏轉(zhuǎn).
（2）聲傳感器的應(yīng)用——話(huà)筒
話(huà)筒是一種把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器,電容式話(huà)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(gè)電容器,Q是兩個(gè)絕緣支架,電容器被直流電源充電后,當(dāng)聲波沖擊薄金屬M(fèi)而使指振動(dòng)時(shí),電容器兩極間距離的變化而導(dǎo)致電容的大小發(fā)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(guī)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(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器
如圖6所示為利用煙霧對(duì)光的散射作用而工作的一種火災(zāi)報(bào)警器,其工作原理為：帶孔的外罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透光的擋板.平時(shí),光電三極管不能收到LED發(fā)出的光,呈現(xiàn)高電阻狀態(tài),當(dāng)有火災(zāi)危險(xiǎn)時(shí),有煙霧進(jìn)入罩內(nèi),由于煙霧對(duì)光的散射作用,此時(shí)可以使部分光線(xiàn)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(cè)出這種變化,就會(huì)發(fā)出警報(bào).
（4）溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋
電飯煲是應(yīng)用了溫度傳感器,它的主要元件是感溫鐵氧體,它的特點(diǎn)是常溫下具有磁性,能夠被磁體吸引,但是當(dāng)溫度上升到103℃時(shí),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(gè)溫控開(kāi)關(guān),手動(dòng)閉合后,當(dāng)此開(kāi)關(guān)達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)；S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開(kāi)關(guān),當(dāng)溫度低于70℃時(shí),會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi),紅燈是加熱時(shí)指示燈,黃燈是保溫時(shí)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(jì).
(1)分析電飯煲的工作原理；
(2)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)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(dòng)閉合,同時(shí)手動(dòng)閉合S1,此時(shí)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(tài).溫度上升到80℃時(shí),S2自動(dòng)斷開(kāi),但是S1閉合,黃燈和R1仍處于短路狀態(tài),電飯煲內(nèi)的溫度繼續(xù)上升.等飯蒸熟后溫度上升到103℃時(shí),開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi),此時(shí)黃燈和電阻R開(kāi)始工作,電飯煲處于保溫狀態(tài).當(dāng)溫度降至70℃時(shí),S2自動(dòng)閉合,電飯煲重新加熱,溫度達(dá)到80℃ 時(shí),S2又自動(dòng)斷開(kāi),再次處于保溫狀態(tài).
(2)加熱時(shí)電飯煲消耗的功率P1等于U21/R并,保溫時(shí)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(jìn)行探究式學(xué)習(xí),培養(yǎng)創(chuàng)新思維
在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,我們注重通過(guò)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程,從而讓學(xué)生體驗(yàn)到“猜想—驗(yàn)證—?dú)w納”的科學(xué)探究過(guò)程,傳感器的應(yīng)用大大提高了這種探究過(guò)程的實(shí)效.在學(xué)生了解了一些傳感器元件的特性、掌握了一些傳感器在實(shí)際生活中的應(yīng)用以后,就可以讓學(xué)生自己來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究一些感器元件的特性.比如讓學(xué)生設(shè)計(jì)電路來(lái)探究熱敏電阻的特性,可以先讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)表格,通過(guò)數(shù)據(jù)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(guò)這種探究式的學(xué)習(xí),可以激發(fā)學(xué)生興趣,從而確立學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).教師也可以為學(xué)生準(zhǔn)備一系列以傳感器為實(shí)驗(yàn)手段的趣味實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生親自動(dòng)手操作,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.通過(guò)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,能親身感受到傳感器的作用.
