傳感器應(yīng)用課件

傳感器的應(yīng)用一般情況下傳感器產(chǎn)生的電壓（流）等電學(xué)物理量的信號值都相當(dāng)微弱的，難以帶動執(zhí)行機構(gòu)去實現(xiàn)控制動作，所以一般都是將傳感器和各種門電路、放大電路等結(jié)合在一起使用的。傳感器應(yīng)用的一般模式一、力傳感器的應(yīng)用——1電子秤閱讀教材，思考并回答問題：（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）簡述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量（輸出應(yīng)變片上下表面的電壓差值）形變（力學(xué)量）電壓（電學(xué)量）轉(zhuǎn)換金屬梁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)變片多用半導(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

2：（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)B1、動圈式式話筒：膜片在聲波波下振動，，使得與膜膜片相連的的線圈中產(chǎn)產(chǎn)生周期性性變化的感感應(yīng)電流。。二、聲傳感感器的應(yīng)用用——話筒2、電容式式話筒：金屬膜片M和固定電極極N形成一個個電容器,M在聲波作用用下振動,電容器的電電容作周期期性變化，，電阻R兩端的電壓壓也做相應(yīng)應(yīng)的周期性性變化。絕緣支架例題：（2003上海試題））唱卡拉OK用的話筒，，內(nèi)有傳感感器。其中中有一種是是動圈式的的，它的工工作原理是是在彈性膜膜片后面粘粘接一個輕輕小的金屬屬線圈，線線圈處于永永磁體的磁磁場中，當(dāng)當(dāng)聲波使膜膜片前后振振動時，就就將聲音信信號轉(zhuǎn)變?yōu)闉殡娦盘枴！Ｏ铝姓f法法正確的是是()A該傳感器是是根據(jù)電流流的磁效應(yīng)應(yīng)工作的B該傳感器是是根據(jù)電磁磁感應(yīng)原理理工作的C膜片振動時時，穿過金金屬線圈的的磁通量不不變D膜片振動時時，金屬線線圈中不會會產(chǎn)生感應(yīng)應(yīng)電動勢B金屬板金屬膜振動膜外電路圖5例題：如圖圖是電容式式話筒的示示意圖，它它是利用電電容制作的的傳感器，，話筒的振振動膜前面面鍍有薄薄薄的金屬層層，膜后距距膜幾十微微米處有一一金屬板，，振動膜上上的金屬層層和這個金金屬板構(gòu)成成電容器的的兩極，在在兩極間加加一電壓U，人對著話話筒說話時時，振動膜膜前后振動動，使電容容發(fā)生變化化，導(dǎo)致話話筒所在電電路中的其其它量發(fā)生生變化，使使聲音信號號被話筒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電信信號，其中中導(dǎo)致電容容變化的原原因可能是是容器兩板板間的（））（A）距離變化化（（B）正對面積積變化（C）介質(zhì)變化化（（D）電壓變化化A3、駐極體話話筒：它由內(nèi)部的的駐極體塑塑料膜感受受聲波，其其工作原理理與電容式式話筒類似似，但是工工作的電壓壓只須3～6V，＋＋＋－－－特點：體積積小，重量量輕，價格格便宜，靈靈敏度高，，常用在盒盒式錄音機機、聲控玩玩具等便宜宜的家電上上常溫下兩觸觸點分離。。溫度升高高，兩種金金屬膨脹性性能不同，，雙金屬片片形狀發(fā)生生變化，使使觸點接觸觸。三、溫度傳傳感器的應(yīng)應(yīng)用——1.電熨斗雙金屬片溫溫度傳感器器：電燙斗的構(gòu)構(gòu)造思考與討論論：●常溫下兩觸觸點是接觸觸還是分離離？●如何用調(diào)溫溫旋鈕來升升高或降低低電燙斗的的工作溫度度？練習(xí)、如圖所示是是一種熱敏敏電阻（PTC元件）的電電阻R隨溫度t變化的關(guān)系系圖線，這這種元件具具有發(fā)熱、、控溫雙重重功能．常常見的電熱熱滅蚊器中中就使用這這種元件來來加溫并控控制溫度．．如果將該該元件接到到220V恒定電壓壓下，則則A．通電后后，其電電功率先先增大后后減小B．通電后后，其電功率率先減小小后增大大C．當(dāng)其發(fā)發(fā)熱功率率等于散散熱功率率時，溫溫度保持持在t1不變D．當(dāng)其發(fā)發(fā)熱功率率等于散散熱功率率時，溫溫度保持持在t1到t2之間的某某一值不不變t/℃Rt2t1ADM2.冰箱溫度度控制器器(問題與練練習(xí)1)4、彈簧片1、測溫泡2、細(xì)管3、彈性金屬盒5、動觸點6、靜觸點7、拉桿8、凸輪9、連桿思考與討討論：1、為什么么溫度較較高時壓壓縮機自自動工作作，達(dá)到到設(shè)定低低溫后就就自動停停止工作作？2、凸輪為為什么可可以改變變設(shè)定的的溫度？？氯甲烷及及它的蒸蒸氣3、恒溫箱箱溫控器器(問題與練練習(xí)3)思考與討討論：1、應(yīng)該把把恒溫箱箱中的加加熱器接接在A、B還是C、D之間呢？？2、要使箱箱內(nèi)溫度度保持100℃℃，可變電電阻R′值應(yīng)調(diào)節(jié)節(jié)多大？？感溫鐵氧氧體的““居里點點”：感溫鐵氧氧體在常常溫下具具有鐵磁磁性，但但溫度升升高到103℃℃時便失去去了鐵磁磁性，這這個溫度度稱為這這種材料料的“居居里溫度度”或““居里點點”。4.電飯鍋電飯鍋的的構(gòu)造思考與討討論：●開始做飯飯時為什什么要壓壓下開關(guān)關(guān)按鈕？？●若用電飯飯鍋燒水水，水在在沸騰以以后是否否會自動動斷電？？5、測溫儀儀用溫度傳傳感器可可以把溫溫度轉(zhuǎn)換換為電信信號。測測溫元件件可以是是熱敏電電阻、金金屬熱電電阻、熱熱電偶、、紅外線線敏感元元件等。。電信號可可以遠(yuǎn)距距離輸送送，因而而溫度傳傳感器可可以遠(yuǎn)距距離讀取取溫度。。熱電偶：：將兩種種不同材材料的導(dǎo)導(dǎo)體或半半導(dǎo)體A和B焊接起來來，構(gòu)成成一個閉閉合回路路，當(dāng)導(dǎo)導(dǎo)體A和B的兩個焊焊接點1和2之間存在在溫差時時，兩者者之間便便產(chǎn)生電電動勢,因而在回回路中形形成一定定大小的的電流,這種現(xiàn)象象稱為熱熱電效應(yīng)應(yīng)。熱電電偶就是是利用這這一效應(yīng)應(yīng)來工作作的。將微機輔輔助實驗驗系統(tǒng)所所配的溫溫度傳感感器與計計算機連連接，可可以實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)采采集、處處理、畫畫圖的智智能化功功能。四、光傳傳感器的的應(yīng)用——1.鼠標(biāo)器鼠標(biāo)中的的紅外接接收管就就是光傳傳感器。。鼠標(biāo)移移動時，，滾球帶帶動x、y方向兩個個碼盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，紅紅外管接接收到一一個個紅紅外線脈脈沖。計計算機分分別統(tǒng)計計x、y兩個方向向上的脈脈沖信號號，就能能確定鼠鼠標(biāo)的位位置。2.火災(zāi)報警警器光電三極極管是煙煙霧火警警報警器器中的光光傳感器器。平時時，發(fā)光光二極管管發(fā)出的的光被不不透明擋擋板擋住住。當(dāng)有有煙霧時時，煙霧霧對光有有散射作作用，光光電三極極管接收收到散射射光，電電阻變小小，使報報警電路路工作。。小結(jié)結(jié)1、溫度傳感器的應(yīng)用（1）電飯鍋（2）測溫儀2、光傳感器的應(yīng)用（1）鼠標(biāo)器（2）火災(zāi)報警警器溫度傳感感器的應(yīng)應(yīng)用【例1】如圖甲為為在溫度度為10℃左右的環(huán)環(huán)境中工工作的某某自動恒恒溫箱原原理簡圖圖，箱內(nèi)內(nèi)的電阻阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電電阻，它它的電阻阻隨溫度度變化的的圖線如如圖乙所所示．當(dāng)當(dāng)a、b端電壓Uab<0時，電壓壓鑒別器器會令開開關(guān)S接通，恒恒溫箱內(nèi)內(nèi)的電熱熱絲發(fā)熱熱，使箱箱內(nèi)溫度度提高；；當(dāng)Uab>0時，電壓壓鑒別器器使S斷開，停停止加熱熱，恒溫溫箱內(nèi)的的溫度恒恒定在_________℃℃．35解：設(shè)電路兩兩端電壓為為為U，當(dāng)Uab=0時，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，，當(dāng)Rt=20kΩ時，t=35℃．03年上海高考18、圖1為某一熱敏電電阻R(電阻值隨溫度度的改變而改改變，且對溫溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。。⑴為了通過測測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲曲線，在圖2和圖3兩個電路中應(yīng)應(yīng)選擇的是圖圖；簡要說明理理由：。（電源電動動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑滑線變阻器的的阻值為0-100ΩΩ）⑵在圖4電路中，電源源電壓恒為9V，理想電流表表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的的I-U關(guān)系曲線可知知，熱敏電阻阻兩端的電壓壓為________V；電阻R2的阻值為Ω。⑶舉出一個可以以應(yīng)用熱敏電電阻的例子：：_____________。2電壓可從0V調(diào)到所需電壓壓，調(diào)節(jié)范圍圍較大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由圖1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6——112.0熱敏溫度計VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V光傳感器的應(yīng)應(yīng)用【例2】如圖所示為一一實驗小車中中利用光電脈脈沖測量車速速和行程的裝裝置示意圖。。A為光源，B為光電接收器器，A、B均固定在車身身上，C為小車的車輪輪，D為與C同軸相連的齒齒輪。車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通通過旋轉(zhuǎn)齒輪輪上齒的間隙隙后變成脈沖沖光信號，被被B接收并轉(zhuǎn)換成成電信號，由由電子電路記記錄和顯示。。若實驗顯示示單位時間內(nèi)內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)數(shù)為N，則要測出小小車的速度和和行程還必須須測量的物理理量和數(shù)據(jù)是是，小車速度的的表達(dá)式為v=；行程的表達(dá)達(dá)式為=。車輪的半徑R和齒輪P光束原來是連連續(xù)的，是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的齒輪使使光束變?yōu)槊}脈沖，因此脈脈沖情況必定定與齒輪（或或車輪）的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動有關(guān)，也也就與速度和和行程有關(guān)。。根據(jù)速度的意意義和車正常常行駛的情況況，應(yīng)有v=2πRf，其中R為車輪的半半徑，f為單位時間間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)數(shù)；若車輪輪的齒數(shù)為為P，則轉(zhuǎn)一圈圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因因此有代代入上上式，有同樣，根據(jù)據(jù)行程的意意義，應(yīng)有有，其中f為整個行程程中車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)數(shù)；而，，所以可見，還必必須測量的的物理量和和數(shù)據(jù)是車車輪的半徑徑R和齒輪齒數(shù)數(shù)P，速度和行行程的表達(dá)達(dá)式如上面面兩式所示示。3.如圖所示為為光敏電阻阻自動計數(shù)數(shù)器的示意意圖，其中中A是發(fā)光儀器器，B是傳送帶上上物品，R1為光敏電阻阻，R2為定值電阻阻，此光電電計數(shù)器的的基本工作作原理是（（））（A）當(dāng)有光照照射R1時，信號處處理系統(tǒng)獲獲得高電壓壓（B）當(dāng)有光照照射R1時，信號處處理系統(tǒng)獲獲得低電壓壓（C）信號處理理系統(tǒng)每獲獲得一次低低電壓就記記數(shù)一次（D）信號處理理系統(tǒng)每獲獲得一次高高電壓就記記數(shù)一次BDR2AR1信號處理系統(tǒng)圖3B力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面4：某學(xué)生為了了測量一個個物體的質(zhì)質(zhì)量，找到到一個力電電轉(zhuǎn)換器，，該轉(zhuǎn)換器器的輸出電電壓正比于于受壓面受受到的壓力力（比例系系數(shù)為k）如圖所示示，測量時時先調(diào)節(jié)輸輸入端的電電壓，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器空載載時的輸出出電壓為0；而后在其其受壓面上上放上物體體，即可測測得與物體體的質(zhì)量成成正比的輸輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器器材：力電電轉(zhuǎn)換器、、質(zhì)量為m0的砝碼、電電壓表、滑滑動變阻器器、干電池池一個、電電鍵及導(dǎo)線線若干、待待測物體（（可置于力力電轉(zhuǎn)換器器的受壓面面上）。請請完成對該該物體的測測量m。（1）設(shè)計一個個電路，要要求力轉(zhuǎn)換換器的輸入入電壓可調(diào)調(diào)，并且使使電壓的調(diào)調(diào)節(jié)范圍盡盡可能大，，在方框中中畫出完整整的測量電電路圖。（2）簡要說明明測量步驟驟，求出比比例系數(shù)k，并測出待待測物體的的質(zhì)量m。（3）請設(shè)想實實驗中可能能會出現(xiàn)的的一個問題題。力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓器SVR解析：（（1）設(shè)計的電電路圖如圖圖所示，輸輸入電壓采采用分壓接接法目的是是讓電壓可可調(diào)范圍盡盡可能大。。（2）測量步驟驟：①調(diào)節(jié)滑動變變阻器，使使轉(zhuǎn)換器的的輸出電壓壓為零。②將質(zhì)量為m0的砝碼放在在轉(zhuǎn)換器上上，記下輸輸出電壓U0。③將待測物體體放在轉(zhuǎn)換換器上，記記下輸出電電壓U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，測得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。（3）可能出現(xiàn)現(xiàn)的問題①因電源電壓壓不夠而輸輸出電壓調(diào)不到零。。②待測物體質(zhì)質(zhì)量超出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器量程程。2.加速度計問問題與與練習(xí)21、兩個電池池的電動勢勢一樣大2、滑片在中中間位置電電壓表的讀數(shù)數(shù)為零3、P點電勢高與與Q點時，指針向向右偏轉(zhuǎn)練習(xí)：慣性制導(dǎo)系系統(tǒng)已廣泛泛應(yīng)用于導(dǎo)導(dǎo)彈工程中中，這個系系統(tǒng)的重要要元件是加加速度計。。加速度計計的構(gòu)造和和原理的示示意圖如圖圖示，沿導(dǎo)導(dǎo)彈長度方方向安裝的的固定光滑滑桿上套一一個質(zhì)量為為m的滑塊，滑滑塊的兩側(cè)側(cè)分別與勁勁度系數(shù)均均為k的彈簧相連連，兩彈簧簧的另一端端與固定壁壁相連?；瑝K原來靜靜止，彈簧簧處于自然長度?；瑝K上有有指針，可可通過標(biāo)尺尺測出滑塊塊的位移，，然后通過過控制系統(tǒng)統(tǒng)進行制導(dǎo)導(dǎo)。設(shè)某段段時間內(nèi)導(dǎo)導(dǎo)彈沿水平平方向運動動，指針向向左偏離O點的距離為為S，則這段時時間內(nèi)導(dǎo)彈彈的加速度度（（））A.方向向左，，大小為kS/mB．方向向右右，大小為為kS/mC．方向向左左，大小為為2kS/mD.方向向右，，大小為2kS/m01010UPD(2)若電位器（（可變電阻阻）總長度度為L，其電阻均勻勻，兩端接接在穩(wěn)壓電電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈彈以加速度度a沿水平方向向運動時，，與滑塊連連接的滑動動片P產(chǎn)生位移，，此時可輸輸出一個電電信號U，作為導(dǎo)彈慣慣性制導(dǎo)系系統(tǒng)的信息息源，為控控制導(dǎo)彈運運動狀態(tài)輸輸入信息，，試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系系式。01010UPU0解：a=2kx/m∴x=ma/2kU=U0Rx/R=U0x/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝∝a練習(xí)習(xí):可測測量量飛飛機機、、航航天天器器、、潛潛艇艇的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動角角速速度度,其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如圖圖所所示示。。當(dāng)當(dāng)系系統(tǒng)統(tǒng)繞繞軸軸OO′′轉(zhuǎn)動動時時，，元元件件A發(fā)生生位位移移并并輸輸出出相相應(yīng)應(yīng)的的電電壓壓信信號號，，成成為為飛飛機機、、衛(wèi)衛(wèi)星星等等的的制制導(dǎo)導(dǎo)系系統(tǒng)統(tǒng)的的信信息息源源。。已已知知A的質(zhì)量為為m，彈簧的勁勁度系數(shù)數(shù)為k、自然長度度為l，電源的電電動勢為為E、內(nèi)阻不計計。滑動動變阻器器總長也也為l，電阻分布布均勻，，系統(tǒng)靜靜止時P在B點，當(dāng)系系統(tǒng)以角角速度ω轉(zhuǎn)動時，，試寫出出輸出電電壓U與ω的函數(shù)式式。A

S

PCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧簧伸長x,則kx=mωω2(l+x)∴x=mω2l／(k-mω2)設(shè)滑動變變阻器單單位長度度的電阻為為r1U=IRx=Exr1/lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-mω2)練習(xí)、用如圖所所示的裝裝置可以以測量汽汽車在水水平路面面上做勻勻加速直直線運動動的加速速度．該該裝置是是在矩形形箱子的的前、后后壁上各各安裝一一個由力力敏電阻阻組成的的壓力傳傳感器．．用兩根根相同的的輕彈簧簧夾著一一個質(zhì)量量為2.0kg的滑塊可可無摩擦擦滑動，，兩彈簧簧的另一一端分別別壓在傳傳感器a、b上，其壓壓力大小小可直接接從傳感感器的液液晶顯示示屏上讀讀出．現(xiàn)現(xiàn)將裝置置沿運動動方向固固定在汽汽車上，，傳感器器b在前，傳傳感器a在后．汽汽車靜止止時，傳傳感器a、b在的示數(shù)數(shù)均為10N（取g=10m／s2）．（1）若傳感感器a的示數(shù)為為14N、b的示數(shù)為為6.0N，求此時時汽車的的加速度度大小和和方向．．（2）當(dāng)汽車車以怎樣樣的加速速度運動時，，傳感器器a的示數(shù)為為零．解：（1）如圖所所示，依依題意：：左側(cè)彈彈簧對滑滑塊向右右的推力力F1=14N，右側(cè)彈彈簧對滑滑塊的向向左的推推力F2=6.0N．滑塊所所受合力力產(chǎn)生加加速度a1，根據(jù)牛牛頓第二定定律有得a=4m/s2