高二物理選修3-2_6.2.傳感器的應(yīng)用PPT課件

6 2傳感器的應(yīng)用 第六章交變電流 傳感器應(yīng)用的一般模式 一 力傳感器的應(yīng)用 電子秤 1 電子秤使用的測力裝置是什么 它是由什么元件組成的 2 力傳感器的工作原理 裝置 力傳感器元件 金屬梁和應(yīng)變片 一 力傳感器的應(yīng)用 電子秤 金屬梁 兩個應(yīng)變片的形變引起電阻變化致使兩個應(yīng)變片的電壓差變化 1 電子秤使用的測力裝置是什么 它是由什么元件組成的 3 應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量 2 力傳感器的工作原理 裝置 力傳感器組成 金屬梁和應(yīng)變片 一 力傳感器的應(yīng)用 電子秤 兩個應(yīng)變片的形變引起電阻變化致使兩個應(yīng)變片的電壓差變化 練習(xí)1 關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是 A 應(yīng)變片常用半導(dǎo)體材料制成B 當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時 其電阻變大反之 變小C 傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D 外力越大 輸出的電壓差值也越大 ABD 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 1 雙金屬片溫度傳感器 思考 雙金屬片溫度傳感器的作用是什么 作用 控制電路的通斷 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 原理 熱脹冷縮常溫下兩觸點分離 溫度升高 兩種金屬膨脹性能不同 雙金屬片形狀發(fā)生變化 使觸點接觸 1 雙金屬片溫度傳感器 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 電燙斗的構(gòu)造 2 雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 2 雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 思考與討論 常溫下 上 下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的 當(dāng)溫度過高時 雙金屬片將怎樣起作用 熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度 這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 思考與討論 常溫下 上 下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的 當(dāng)溫度過高時 雙金屬片將怎樣起作用 答 常溫下 上 下觸點應(yīng)是接觸的 但溫度過高時 由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同 上部金屬膨脹大 下部金屬膨脹小 則雙金屬片向下彎曲 使觸點分離 從而切斷電源 停止加熱 溫度降低后 雙金屬片恢復(fù)原狀 重新接通電路加熱 這樣循環(huán)進行 起到自動控制溫度的作用 2 雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 思考與討論 熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度 這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的 答 熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度 此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲 升降螺絲帶動彈性鋼片升降 從而改變觸點接觸的難易 達到控制在不同溫度的目的 2 雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用 二 溫度傳感器的應(yīng)用 1 電熨斗 問題 電飯鍋燒飯飯熟后會自動斷開 電飯鍋燒水水開后能自動斷開 回顧在家煮飯的過程 二 溫度傳感器的應(yīng)用2 電飯鍋 閱讀教材第58頁 回答問題 1 電飯鍋中使用的溫度傳感器的主要元件是什么 2 感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么 3 感溫鐵氧體有何特點 4 什么是 居里點 答 1 感溫鐵氧體 2 氧化錳 氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成 3 常溫下具有鐵磁性 能夠被磁體吸引 溫度達到約103 時 失去鐵磁性 不能被磁體吸引 4 使感溫鐵氧體失去鐵磁性的溫度 也叫居里溫度 二 溫度傳感器的應(yīng)用2 電飯鍋 構(gòu)造 工作原理 1 開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕 手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài) 為什么 2 煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度 為什么 3 飯熟后 水分被大米吸收 鍋底的溫度會有什么變化 這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作 4 如果用電飯鍋燒水 能否在水沸騰后自動斷電 答 1 開始煮飯時 用手壓下開關(guān)按鈕 永磁體與感溫磁體相吸 手松開后 按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài) 2 電飯鍋 2 煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度 為什么 答 2 水沸騰后 由于鍋內(nèi)保持1000C不變 故感溫磁體仍與永磁體相吸 繼續(xù)加熱 故鍋內(nèi)大致保持1000C不變 工作原理 2 電飯鍋 3 飯熟后 水分被大米吸收 鍋底的溫度會有什么變化 這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作 答 3 飯熟后 水分被大米吸收 鍋底溫度升高 當(dāng)溫度升至 居里點1030C 時 感溫磁體失去鐵磁性 在彈簧作用下 永磁體被彈開 觸點分離 切斷電源 從而停止加熱 工作原理 2 電飯鍋 4 如果用電飯鍋燒水 能否在水沸騰后自動斷電 答 4 如果用電飯鍋燒水 水沸騰后 鍋內(nèi)保持1000C不變 溫度低于 居里點1030C 電飯鍋不能自動斷電 只有水燒干后 溫度升高到1030C才能自動斷電 工作原理 2 電飯鍋 敘述電飯鍋的工作過程 開始煮飯時 用手壓下開關(guān)按鈕 永磁體與感溫磁體相吸 手松開后 按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài) 則觸點接通 電熱板通電加熱 水沸騰后 由于鍋內(nèi)保持1000C不變 故感溫磁體仍與永磁體相吸 繼續(xù)加熱 直到飯熟后 水分被大米吸收 鍋底溫度升高 當(dāng)溫度升至 居里點1030C 時 感溫磁體失去鐵磁性 在彈簧作用下 永磁體被彈開 觸點分離 切斷電源 從而停止加熱 練習(xí)1 如圖所示是電飯煲的電路圖 S1是一個限溫開關(guān) 手動閉合 當(dāng)此開關(guān)的溫度達到居里點 1030C 時會自動斷開 S2是一個自動溫控開關(guān) 當(dāng)溫度低于約700C時會自動閉合 溫度高于800C時會自動斷開 紅燈是加熱狀態(tài)時的指示燈 黃燈是保溫狀態(tài)時的指示燈 限流電阻R1 R2 500 加熱電阻絲R3 50 兩燈電阻不計 1 根據(jù)電路分析 敘述電飯煲煮飯的全過程 包括加熱和保溫過程 2 簡要回答 如果不閉合開關(guān)S1 電飯煲能將飯煮熟嗎 3 計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下 電飯煲的消耗功率之比 12 1 二 溫度傳感器的應(yīng)用3 測溫儀 閱讀教材第60頁 思考并回答問題 1 溫度傳感器測溫儀有何優(yōu)點 2 常見的測溫元件有哪些 答 1 可以遠距離讀取溫度的數(shù)值 因為溫度信號變成電信號后可以遠距離傳輸 2 熱敏電阻 金屬熱電阻 熱電偶及紅外線敏感元件等 二 溫度傳感器的應(yīng)用3 測溫儀 非接觸式紅外測溫儀 由于物體的溫度不同 發(fā)射紅外線的情況也不同 因此利用紅外線敏感元件可以實現(xiàn)無接觸測溫 二 溫度傳感器的應(yīng)用3 測溫儀 熱電偶 T1 T2 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來 構(gòu)成一個閉合回路 當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時 兩者之間便產(chǎn)生電動勢 因而在回路中形成電流 這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng) 熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的 二 溫度傳感器的應(yīng)用3 測溫儀 將微機輔助實驗系統(tǒng)所配的溫度傳感器與計算機連接 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 處理 畫圖的智能化功能 二 溫度傳感器的應(yīng)用3 測溫儀 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到自動控制裝置 而設(shè)計自動控制裝置很多情況下要用到傳感器 如光電傳感器 把光信號轉(zhuǎn)化為電信號 然后對電信號進行放大 再將電信號輸入到相應(yīng)的裝置 進而完成相應(yīng)的自動控制 例 光控門光控門原理光控開關(guān)電路 練習(xí)2 計算機光驅(qū)的主要部件是激光頭 它可以發(fā)射脈沖激光信號 激光掃描光盤信息時 激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng) 再通過計算機顯示出來相應(yīng)的信息 光敏電阻的自動計數(shù)示意圖如圖所示 其中R1為光敏電阻 R2為定值電阻 此光電計數(shù)器的基本工作原理是 A 當(dāng)有激光照射R1時 處理系統(tǒng)獲得高電壓 B 當(dāng)有激光照射R1時 處理系統(tǒng)獲得低電壓 C 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次 BD 三 光傳感器的應(yīng)用1 機械式鼠標(biāo)器 1 機械式鼠標(biāo)器的組成 哪個元件是光傳感器 2 機械式鼠標(biāo)器的工作原理 閱讀教材第61頁 思考并回答問題 三 光傳感器的應(yīng)用1 機械式鼠標(biāo)器 1 機械式鼠標(biāo)器的組成 滾球 滾軸與碼盤 紅外發(fā)射管與紅外接收管 光傳感器 2 機械式鼠標(biāo)器的工作原理 鼠標(biāo)器移動時 滾球運動通過滾軸帶動兩個碼盤轉(zhuǎn)動 紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖 輸出相應(yīng)的電脈沖信號 計算機分別統(tǒng)計x y兩個方向的脈沖信號 處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移 許多會議室 賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報警器 火災(zāi)報警器是光傳感器應(yīng)用的又一實例 三 光傳感器的應(yīng)用2 煙霧散射式火災(zāi)報警器 三 光傳感器的應(yīng)用2 煙霧散射式火災(zāi)報警器 閱讀教材第61頁 思考并回答問題 1 煙霧散射火災(zāi)報警器的組成 2 煙霧散射火災(zāi)報警器的工作原理 三 光傳感器的應(yīng)用2 煙霧散射式火災(zāi)報警器 光電三極管是煙霧火警報警器中的光傳感器 工作原理 報警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED 光電三極管和不透明的擋板 平時 光電三極管收不到LED發(fā)出的光 呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) 煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻變小 與傳感器連接的電路檢測出這種變化 就會發(fā)出警報 三 光傳感器的應(yīng)用2 煙霧散射式火災(zāi)報警器 常見的熱傳感器有 熱敏電阻 金屬熱電阻 熱電偶及紅外線敏感元件等 小結(jié) 6 3傳感器的應(yīng)用 二 常見的光傳感器有 光敏電阻 光電管 光電二極管及光電三極管 例1 如圖甲為在溫度為100C左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖 箱內(nèi)的電阻R1 20k R2 10k R3 40k Rt為熱敏電阻 它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示 當(dāng)a b端電壓Uab0時 電壓鑒別器使S斷開 停止加熱 恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在 0C 例2 圖示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖 A為光源 B為光電接收器 A B均固定在車身上 C為小車的車輪 D為與C同軸相連的齒輪 車輪轉(zhuǎn)動時 A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號 被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號 由電子電路記錄和顯示 若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n 累計脈沖數(shù)為N 則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是 小車速度的表達式為v 行程的表達式為 4傳感器的應(yīng)用實驗 實驗一 光控開關(guān) 實驗原理及知識準(zhǔn)備 1 如圖所示光控電路 用發(fā)光二極管LED模仿路燈 RG為光敏電阻 R1的最大電阻為51k R2為330k 試分析其工作原理 2 要想在天更暗時路燈才會亮 應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些 為什么 思考后看答案 思考后看答案 圖乙中 用白熾燈模仿路燈 為何要用到繼電器 由于集成電路允許通過的電流較小 要用白熾燈泡模仿路燈 就要使用繼電器來啟閉工作電路 如圖所示電磁繼電器工作電路 圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電器 D為動觸點 E為靜觸點 試分析電磁繼電器的工作原理 當(dāng)線圈A中通電時 鐵芯中產(chǎn)生磁場 吸引銜鐵B向下運動 從而帶動動觸點D向下與E接觸 將工作電路接通 當(dāng)線圈A中電流為零時 電磁鐵失去磁性 銜鐵B在彈簧作用下拉起 帶動觸點D與E分離 自動切斷工作電路 實驗 試說明控制電路的工作原理 思考后看答案 實驗二 溫度報警器 上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了火災(zāi)報警器 它是利用煙霧對光的散射作用 使火災(zāi)發(fā)出的光引起光敏電阻的阻值變化 從而達到報警的目的 這種設(shè)計其敏感性是否值的懷疑 你想過嗎 既然發(fā)生火災(zāi)時 環(huán)境溫度要升高 我們能不能用溫度傳感器來做成火災(zāi)報警器呢 如圖所示為溫度報警器的工作電路 試分析其工作原理 常溫下 調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平 則輸出端Y處于高電平 無電流通過蜂鳴器 蜂鳴器不發(fā)聲 當(dāng)溫度升高時 熱敏電阻RT阻值減小 斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高 當(dāng)達到某一值 高電平 其輸出端由高電平跳到低電平 蜂鳴器通電 從而發(fā)出報警聲 Rl的阻值不同 則報警溫度不同 怎樣使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警 要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警 應(yīng)減小R1的阻值 R1阻值越小 要使斯密特觸發(fā)器輸入端達到高電平 則熱敏電阻阻值要求越小 即溫度越高 思考 三 課堂總結(jié) 光控開關(guān) 溫度報警器 傳感器的應(yīng)用實例 四 實例探究 電磁繼電器與自動控制 例1 現(xiàn)有熱敏電阻 電爐絲 電源 電磁繼電器 滑動變阻器 開關(guān)和導(dǎo)線若干 如圖所示 試設(shè)計一個溫控電路 要求溫度低于某一溫度時 電爐絲自動通電供熱 超過某一溫度時 又可以自動斷電 畫出電路圖說明工作過程 分析 熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路 解析 1 電路圖如圖所示 2 工作過程 閉合S當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大 通過電磁繼電器電流不能使它工作 K接通電爐絲加熱 當(dāng)溫度達到設(shè)計值時 熱敏電阻減小到某值 通過電磁繼電器的電流達到工作電流 K斷開 電爐絲斷電 停止供熱 當(dāng)溫度低于設(shè)計值 又重復(fù)前述過程 白天 光強度較大 光敏電阻RG電阻值較小 加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低 則輸出端Y輸出高電平 發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通 當(dāng)天色暗到一定程度時 RG的阻值增大到一定值 斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值 1 6V 輸出端Y突然從高電平跳到低電平 則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光 相當(dāng)于路燈亮了 這樣就達到了使路燈天明熄滅 天暗自動開啟的目的 你答對了嗎 應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些 這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達到某個值 如1 6V 就需要RG的阻值達到更大 即天色更暗 你答對了嗎 天較亮?xí)r 光敏電阻RG阻值較小 斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低 則輸出端Y輸出高電平 線圈中無電流 工作電路不通 天較暗時 光敏電阻RG電阻增大 斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高 當(dāng)升高到一定值 輸出端Y由高電平突然跳到低電平 有電流通過線圈A 電磁繼電器工作 接通工作電路 使路燈自動開啟 天明后 RG阻值減小 斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低 降到一定值 輸出端Y突然由低電平跳到高電平 則線圈A不再有電流 則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源 路燈熄滅 你答對了嗎 五 書后習(xí)題 1 當(dāng)門閉著時 永久磁鐵使干簧管接通 斯密特觸發(fā)器輸入端與電源負極相連 處于低電平 則輸出端為高電平 故蜂鳴器不發(fā)聲 當(dāng)開門時 沒有磁鐵作用 干簧管不通 斯密特觸發(fā)器輸入端為高電平 則輸出端為低電平 則蜂鳴器通電 發(fā)聲報警 2 當(dāng)被測點為高電平時 斯密特觸發(fā)器輸入端A為高電平 則輸出端Y應(yīng)為低電平 故LED發(fā)光 當(dāng)被測點為低電平時 A即為低電平 則輸出端Y為高電平 LED不發(fā)光 例題1 2003上海考題 演示位移傳感器的工作原理如右圖示 物體M在導(dǎo)軌上平移時 帶動滑動變阻器的金屬滑桿p 通過電壓表顯示的數(shù)據(jù) 來反映物體位移的大小x 假設(shè)電壓表是理想的 則下列說法正確的是 A 物體M運動時 電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B 物體M運動時 電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C 物體M不動時 電路中沒有電流D 物體M不動時 電壓表沒有示數(shù) B 例2 慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中 這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計 加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示 沿導(dǎo)彈長度方向按裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊 滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連 兩彈簧的另一端與固定壁相連 滑塊原來靜止 彈簧處于自然長度 滑塊上有指針 可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移 然后通過控制系統(tǒng)進行制導(dǎo) 1 設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動 指針向左偏離O點的距離為S 則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 A 方向向左 大小為kS mB 方向向右 大小為kS mC 方向向左 大小為2kS mD 方向向右 大小為2kS m D 2 若電位器 可變電阻 總長度為L 其電阻均勻 兩端接在穩(wěn)壓電源U0上 當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運動時 與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移 此時可輸出一個電信號U 作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源 為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息 試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系式 解 a 2kS m S ma 2k U U0Rx R U0S L maU0 2kL mU0a 2kL a 思考與討論 1 為什么溫度較高時壓縮機自動工作 達到設(shè)定低溫后就自動停止工作 2 凸輪為什么可以改變設(shè)定的溫度 氯甲烷及它的蒸氣 二 溫度傳感器的應(yīng)用 2 電冰箱 思考與討論 1 應(yīng)該把恒溫箱中的加熱器接在A B還是C D之間呢 2 要使箱內(nèi)溫度保持100 可變電阻R 值應(yīng)調(diào)節(jié)多大 二 溫度傳感器的應(yīng)用 3 恒溫箱 閱讀教材56頁有關(guān)內(nèi)容 思考并回答 1 話筒的作用是什么 2 說明動圈式話筒的工作原理和工作過程 3 說明電容式話筒的工作原理和工