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敏感电阻传感器 江西省都昌县第一中学 李一新 传感器是将非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照强度等）转化成易于测量、传输、处理的电学物理量（如电压、电流、电阻、电容等）的一种元件，即非电学物理量→传感器→电学量；他是感知、获取和检测信息的窗口，是自动控制设备中不可缺少的元件，自动控制系统获取的信息都要通过传感器将其转化为容易传输和处理的电信号。传感器根据其转换的信号来可分：力电传感器，热电传感器，光电传感器，根据其利用的元件可分为：电容式传感器、电阻式传感器等。下面谈一谈以敏感电阻为元件的传感器，供大家参考。 一、压敏电阻 压敏电阻对外界压力变化十分敏感，当压力变大（小）时，其电阻阻值明显地变小（大）。 例1 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有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1（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车原来向右做匀速直线运动的过程中某时刻开始计时，电流表示数如图1（b）所示，下列判断正确的是（ ）  A．从0到t1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，小车做匀减速直线运动 D．从t3之后，小车做匀速直线运动 解析：如图1（b）所示，从0～t1时间内电路中电流持续增大，电阻不断变小，由压敏电阻的原理可知电阻所受压力持续变大，故小车的加速度变大，小车做变加速直线运动，A错误；从t1到t2时间内，由于电流比0时刻的大且保持不变，电阻小于0时刻的电阻，则压力保持不变且大于0时刻的，可知小车做匀加速直线运动，故B项正确；从t2到t3时间内，电流持续减小电阻持续增大，得知挤压作用不断减小、小车的加速度不断减小，但速度仍然增加，故C项错误；从t3之后，电流不再变化，则挤压作用也不变，与初状态相同，可知小车向左做匀速直线运动，故D项正确，因此正确的选项为BD。 二、热敏电阻 热敏电阻是将温度信号转换成电信号的元件，其电阻值随温度升高（降低）显著变小（大）。 例2 一热敏电阻阻值跟温度变化的图象如图2所示。请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路，当温度高于某一值后红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示亮，并且说明滑动变阻器的作用。  所给的器材有：如图3所示的继电器一只（a、b为常闭触点，c、d为常开触点）、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿指示灯各一个，两个独立的电池组、开关两个、导线若干。  解析：设计的电路图如图4所示。由如图2所示的热敏电阻阻值随温度变化的图象可知，当温度升高，热敏电阻的电阻减小，电路中的电流增大，当温度高于某一值，电流达到某一值时，电磁铁就会将衔铁吸下，弹簧伸长，c、d触点连接，红色指示灯亮，温度低于这一值时，又在弹簧的弹力作用下，c、d触点断开，a、b触点连接，绿色指示亮。滑动变阻器的作用：主要是通过调节电阻大小使热敏电阻在某一温度下，该控制电路能够响应控制。若接成分压式亦可。 三、光敏电阻 光敏电阻的阻值与光的照射强度有关，当光照强度变大（变小）时，光敏电阻的阻值就显著减小（增大）。 例3 如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2定值电阻，对此计数器的工作原理，有以下说法：①当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压；②当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压；③信号处理系统每获得一次高电压就计数一次；④信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，其中正确的是：（ ） A．① B．②和④ C．①和③ D．②   解析：如图5所示，当有光照射R1时，光敏电阻R1的电阻减小，外电路的总电阻R减小，总电流I增大，路端电压U减小，而R2两端电压增大，则R1两端电压减小，故信号处理系统获得低电压；当工件挡住光时，光敏电阻R1的电阻增大，信号处理系统获得高电压，就计数一次，所以正确的选项为C。 四、磁敏电阻 磁敏电阻的阻值与所处的磁场的磁感应强度大小有关，当磁场的磁感应强度稍微增大（减弱）时，电阻的阻值明显变大（减小）。 例4(2008年山东卷）2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。   若图6为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中RB、RO分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB，请按要求完成下列实验。   （1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图7的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0．6～1．0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。要求误差较小。 提供的器材如下： A．磁敏电阻，无磁场时阻值Ro=150Ω B．滑动变阻器R，全电阻约20Ω C．电流表A，量程2．5mA，内阻约30Ω D．电压表V，量程3V，内阻约3kΩ E．直流电源E，电动势3V，内阻不计 F．开关S，导线若干 （2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=＿＿＿＿＿＿Ω，结合图6可知待测磁场的磁感应强度B=＿＿＿＿＿＿T。 （3）试结合图6简要回答，磁感应强度B 在0～0．2T 和0．4～1．0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？ （4）某同学查阅相关资料时看到了如图8所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？   解析：（1）由题意可知待测磁场的磁感强度大小约为0．6～1．0T，根据如图可估算磁敏电阻值约为900～1800Ω左右，远大于电流表内阻，电流表宜采用内接，又因要求测量误差较小，测磁敏电阻两端电压变化范围要大，滑动变阻器应接成分压式，实验电路原理图如图9所示。   （2）  因此  ，由如图6所示的图象可知待测磁场的磁感应强度B=0．90T。（3）在0～0．2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在0．4～1．0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化） （4）磁场反向，磁敏电阻的阻值不变。 五、气敏电阻 气敏电阻与处在的某种气体的浓度有关，当气体的浓度稍微增大（减小）时，其电阻值会明显减小（增大）。 例5 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳（CO）浓度的检测。它的电阻值随CO浓度的变化而变化。在如图10所示的电路中，不同的CO浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与CO浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断CO浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）—CO的浓度曲线，如图11所示，则电压表示数U与CO浓度C之间的对应关系正确的是（ ）          解析：从图11所示的电导（即电阻的倒数）—CO的浓度曲线可知，传感器的电导随着CO浓度成正比，则传感器的电阻随着CO浓度成反比。假设保护电阻为R0，与电压表并联的电阻为R，，由闭合电路欧姆定律可得，  ，当CO浓度增加时，传感器的电阻R传减小，电压表的示数U增大，但不是线性变化，当CO浓度很高时，传感器的电导正比增大，当R传→0，最终电压表的电压趋近于 ，如图12所示的渐近线对图线的走势进行了约束，故正确的选项为C。
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