傳感器裝置的靈敏度和閾值

隨著傳感器在現代技術各個領域中的廣泛應用，傳感器的相關知識已成為中學物理學習內容的一部分，各類考試中也常出現與傳感器相關的試題。因此與傳感器或自動控制裝置有關的概念，如靈敏度和閾值，應該引起同學們的重視。

一、傳感器的靈敏度

最近我們在一次練習中，對于其中一道題的解析，引起了同學們的廣泛討論，下面介紹這道題的兩種解法。

例題為了保證行車安全和乘客身體健康，動車上裝有煙霧報警裝置，其原理如圖1所示。煙霧傳感器的阻值R隨著煙霧濃度的改變而變化，電阻R為可變電阻。車廂內有人抽煙時，煙霧濃度增大，導致S兩端的電壓增大，裝置發出警報。下列說法正確的是（

）。

A.R隨煙霧濃度的增大而增大

B.R隨煙霧濃度的增大而減小

C.若要提高報警靈敏度可增大R

D.若要提高報警靈敏度可減小R

解法1：煙霧濃度增大導致S兩端的電壓增大，說明傳感器的阻值減小。要提高報警靈敏度即要使s兩端電壓達到相同臨界值時，煙霧濃度更小，傳感器的阻值比調整前更大，此時并聯部分的阻值和調整前相同，故可變電阻應當減小，選項B、D正確。（這是出題者給出的解析過程）

解法2：煙霧濃度增大導致R變小，R與R并聯電阻變小，S分擔的電壓才能變大。因正確。

兩種解法得到了不同的答案，粗看都有道理，那么，問題出在哪里呢？經過分析我們發現，問題出在對“靈敏度”的理解上。

靈敏度的定義：輸出量的增量△y，與引起該增量的相應輸入量增量△x之比。用S標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出特性曲線，特性曲線的斜率即為靈敏度。

解法1來自于對靈敏度的另一種不夠正確的理解，即靈敏度是對微弱信號的感應能力。解釋為：當煙霧濃度更小時，裝置要能夠發出警報。因報警時R的值更大，故要減小R，使并聯部分的阻值和調整前相同，裝置才能達到報警時的臨界電壓。

解法2正是根據靈敏度的定義得出的結論。假定R減小到很小，根據R與R并聯電阻的總阻值取決于其中阻值較小的電阻可知，若R的阻值越小，則R#越接近R，煙霧濃度增大導致R變小，但R#接近R，其值幾乎不變，則S分擔的電壓變化也就很小，報警靈敏度就將降低。

二、傳感器裝置的閾值

解法1中對靈敏度的說法更準確地說應該稱為閾值，又稱閾強度。閾強度是指釋放一個行為反應所需要的最小刺激強度。因此若將例題中的選項D改為：要使裝置在煙霧濃度更小時開始報警可減小R，則解法1便準確了。另外，人教版高中物理選修3-2第六章第3節，實驗：傳感器的應用，實驗1光控開關中講到，要想在天更暗時路燈才會點亮，應該把R1的阻值調大些還是調小些？實驗2溫度報警器中講到，怎樣能夠使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？這里調節的應該是控制裝置的閾值，而不是靈敏度。