傳感器專題復(fù)習

1、第六章傳感器一、傳感器：1、含義：將非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光強等）轉(zhuǎn)換 成電學(xué)量（如電流、電壓、電容等）的一種組合元件，起測量和自動控制作用。2、組成： 敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路。二、傳感器的分類：1、力電傳感器利用敏感元件和變阻器將力學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號的儀器。（如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、ABS防抱死制動系統(tǒng)等）（1）測物體質(zhì)量例1、如圖所示為某同學(xué)設(shè)計的一個測物體質(zhì)量的裝置，當空載時，將電流表指針所在處 定義為質(zhì)量的零刻度處，當測量已知質(zhì)量為 m0的物體時，電流表的示數(shù)為10,測量未知物體 質(zhì)量m時，電流表示數(shù)為I，已知電流表中的電流與待測物體質(zhì)量成正比，試計

2、算未知物體的質(zhì)量。R oRo（2）測物體的加（角）速度例2、加速度計是測定物體加速度的儀器，它已成 為導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。如 圖為應(yīng)變式加速度計示意圖，當系統(tǒng)加速時，加速度計中的敏感元件也處于加速狀態(tài)， 敏感元件由彈簧連接并 架在光滑支架上，支架與待測系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當系統(tǒng)加速運動時，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出，已知：敏感元件的質(zhì)量為m，兩彈簧的勁度系數(shù)為k，電源的電動勢為 E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器的總電阻為 R，有效長度為L，靜態(tài)時輸出電壓為 U0。試求加速度a與輸出電壓U的 關(guān)系式。解析：設(shè)靜態(tài)時變阻器左端

3、長度為Lo，則有：U0 =|R0- R - E Lo - LR L LE設(shè)加速度為a時，兩彈簧的形變量大小均 為x,則有： ma=2kx= axL。- x E聯(lián)立以上三式得：a二2kL（U° -U）mE方向向右若加速度方向向左 ，則a = 2kL(U U0mE例3、角速度可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。當系統(tǒng)繞軸00 '轉(zhuǎn)動時，元件 A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m,彈簧的勁度系數(shù)為 k、自然長度為I，電源的電動勢為 E、內(nèi)阻不計。滑動 變阻器總長也為I，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時 P在B點，當系統(tǒng)以角速

4、度 3轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與3的函數(shù)式。E xxU 二 IRR ER II又kx =m- , (I x) 2 聯(lián)立以上兩式得：u =： Em''kkU或八：二W'm(U 4E)(3) 測力 例4、(風力測定儀)如圖所示為一種測定風作用力的儀器原理圖,圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，0是懸掛點，R0是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲， 與懸掛小球的細金屬 絲始終保持良好接觸，無風時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度 0 (B與風力 大小有關(guān))，細金屬絲與電阻絲在 C/點接觸，已知風力方向水平向 左，0C=h, C

5、D = L,球的質(zhì)量為 M，電阻絲單位長度的電阻為k,電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)0角時，電流表的示數(shù)為1/，此時風力大小為 F，試寫出： 風力大小F與0的關(guān)系式； 風力大小F與電流表示數(shù)1/的關(guān)系式。 此裝置所測定的最大風力是多少?解析： 以金屬球為研究對象，進行受力分析，由平衡條件可得：F=Mgtan 0 設(shè)電源電動勢為 E，由閉合電路歐姆定律有:E=R0 kL=E =丨 R0 kL=E又 cch tan vF = Mg tan v-R0 - k(L -cc )聯(lián)立以上各式得：F丨T局kL Mgkhy 設(shè)該裝置測得的最大風力為Fm此時，E I R） kL代入上問得到的表達式中

6、有：RoRoF m Mgh另解：風力取最大值時 ，a-hFm 二 Mg tan v 二Mg h（4）測位移例6：（2003上?？碱}）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)2、熱電傳感器禾U用熱敏電阻的特性制成的傳感器。如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機、電 飯煲等）的溫度控制、火警報警器、恒溫箱等例7、如圖是一火

7、警報警的一部分電路示意圖。其中R2一耳口示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流1、報:警器兩端的電壓U的變化情況是（)A. I變大，U變大B. I變小，U變小C. I變小，U變大D. I變大，U變小3、光電傳感器為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。是利用光敏電阻的阻值隨光照強度的變化而變化的原理制成的。如自動沖水機、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。例& （新教材2003天津理綜）如圖，當電鍵 K斷開時，用光子能量 為2.5eV的一束光照射陰極 P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。

8、合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V 時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A.1.9eVB.0.6eVC .2.5eVD3.1eV4、聲電傳感器例9: （2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片 前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。下列說法正確的是A 該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B 該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C 膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D 膜片振動時，金屬線

9、圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢5、電容式傳感器電容器的電容C決定于極板的正對面積 S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。 如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容 的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。6、電感傳感器電感式傳感器是利用線圈的自感或互感的變化來實現(xiàn)測量或控制的一種裝置，一般要利 用磁場作為媒介或利用磁體的某些現(xiàn)象例10:用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是:正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警?？晒┻x擇的器材如下： 熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變 阻器、開

10、關(guān)、導(dǎo)線。例11、將金屬塊 m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當箱以a=2.0 m/s26.0N，下底板的傳感器顯的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為 示的壓力為10.0N。（取g=10 m/s2）（1）若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運動情況。（2）要使上頂板傳感器的示數(shù)為零，箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？解析：因為箱向上做勻減速運動，即加速度a向下，由牛頓第二定律有:F 下 +mg -F 上 + =ma（其中F下為上傳感器顯是的示數(shù)，方向向下,上為下傳感受器顯示的示數(shù)，方向向上。）10.0N，可見上底解得 m=0.5kg（1）因為上頂板仍有壓力，說明彈簧的長度沒有變化，因此彈簧彈力仍為板的壓力為5N，設(shè)此是箱的加速度為 a1,由牛頓第二定律有:mg+F 下-F 下 /2=ma1解得