傳感器及其應(yīng)用應(yīng)用實例

必噸B審網(wǎng)校讓更多的孩子得到更好的教育傳感器及其應(yīng)用（應(yīng)用實例）讓更多的孩子得到更好的教育一、目標(biāo)與策略明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及主要的學(xué)習(xí)方法是提高學(xué)習(xí)效率的首要條件，要做到心中有數(shù)!學(xué)習(xí)目標(biāo)：傳感器的傳感元件是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化電學(xué)量的。傳感器的應(yīng)用模式：如何實現(xiàn)信號的放大、轉(zhuǎn)換顯示和執(zhí)行等。（這些內(nèi)容限于高中水平只要求了解，不要求理解或掌握）重點難點：傳感器的傳感元件是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化電學(xué)量的。傳感器的應(yīng)用模式：如如何實現(xiàn)信號的放大、轉(zhuǎn)換顯示和執(zhí)行等。學(xué)習(xí)策略：二、學(xué)習(xí)與應(yīng)用多觀察，多思考，理論聯(lián)系實際，這樣才能使我們的知識成為有用的知識。二、學(xué)習(xí)與應(yīng)用傳感器原理是什么？請簡單描述:"凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢"?？茖W(xué)地預(yù)習(xí)才能使我們上課聽講更有目的性和針對知識要點一一預(yù)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)傳感器原理是什么？請簡單描述:認(rèn)真閱讀、理解教材，嘗試把下列知識要點內(nèi)容補充完整，帶著自己預(yù)習(xí)的疑惑認(rèn)真聽課學(xué)習(xí)。請在虛線部分填寫預(yù)習(xí)內(nèi)容，在實線部分填寫課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。課堂筆記或者其它補充填在右欄。詳細(xì)內(nèi)容請學(xué)習(xí)網(wǎng)校資源ID：#50941#406622。e知識點一、溫度傳感器的應(yīng)用一一電飯鍋1.感溫鐵氧體（1）組成：氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末。（2）特點：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到約103°C時，失去鐵磁性。（3）居里點：又稱居里溫度，即指103°C。鬲1必噸B十網(wǎng)校幅宓2.電飯鍋的結(jié)構(gòu)電飯鍋的工作原理開始煮飯時，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)水保持10°°C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，溫度升至居里點103°C時，感溫磁體失去，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。要點詮釋：如果用電飯鍋燒水，在水沸騰后因為水溫保持在100C，故不能自動斷電，只有水燒干后，溫度升高到103C才能自動斷電。知識點二、溫度傳感器的應(yīng)用一一測溫儀1.常見測溫元件：熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶及紅外線敏感元件等。溫度傳感器測溫儀的優(yōu)點：可以遠(yuǎn)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(yuǎn)距離傳輸。O知識點三、光傳感器的應(yīng)用機械式鼠標(biāo)：其內(nèi)部組成如圖所示，包括滾球、滾軸與碼盤、紅外發(fā)射管與紅外接收管（光傳感器）。工作原理：鼠標(biāo)器移動時，滾球的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)計乾〉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。火災(zāi)報警器如圖所示為利用煙霧對光的散射來工作的一種火災(zāi)報警器。鬲j必噸B十網(wǎng)校匐宓www.eti^ntianxoni擋極光電三極管'■弈罩帶孔的罩子內(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。要點詮釋：常見的光傳感器：光敏電阻、光電管、光電二極管、光電三極管等。0知識點四、常見傳感器的應(yīng)用實例生活中的傳感器與溫度控制相關(guān)的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器。紅外傳感器：自動門、家電遙控器、生命探測器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報警器等。照相機中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動供水或停水。溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個點進行溫度和濕度監(jiān)測。由于有了十分先進可靠的測試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象。工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器生產(chǎn)的自動化和半自動化。用機器人、自動化小車、自動機床、各種自動生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運輸、存儲等工作。各種傳感器使生產(chǎn)的自動運行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等。在數(shù)控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進行位移測量，從而實現(xiàn)對零部件的精密加工。飛向太空的傳感器在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用得較早，也應(yīng)用得較多，在運載火箭、載人飛船中，都應(yīng)用了大量的傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用。這些傳感器對控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用。在載人飛船中還使用一類測量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等。o知識點五、光控開關(guān)斯密特觸發(fā)器當(dāng)輸入端電壓逐漸上升到某一個值(L6V)時，輸出端會突然從高電平跳到低電平(°-25V)，當(dāng)輸入端電壓下降到另一個值(0.8V)時，輸出端會從低電平跳到高電平(3.4V)。工作原理對于如圖所示的光控電路：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輸出高電壓，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（L6V），輸出端丫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(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的。要點詮釋：要想在天更暗時路燈才會照亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端入電壓達(dá)到某個值（如L6V），就需要rg的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。3.課本圖乙電路分析由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉供電電路，如圖所示。燈泡可用“6v°.3A”的，繼電器可以使用HRS1HS型微型繼電器以便能夠插在實驗板上。圖中J為繼電器，工作電壓為5V，Ja為它的常開觸點。要點詮釋（1）二極管具有單向?qū)щ娦裕陔娐分胁荒芊唇?，否則電磁繼電器將不能正常工作。（2）圖中J與Ja是相互聯(lián)系的整體。（3）在控制電路中之所以并聯(lián)一只二極管，是為了防止電磁繼電器釋放銜鐵時線圈中的自感電動勢損壞集成電路。二極管的存在可以提供自感電流的通路。知識點六、溫度報警器電路原理如圖所示，常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端入處于低電平，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)器輸入端入電勢升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平），其輸出端由高電平跳到低電鬲I必噬B審網(wǎng)校熠酬wwwgtijmtlanKom四重五步學(xué)習(xí)法一一讓孩子終生受益的好方法平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲，R1的阻值不同，則報警溫度不同。白安——蜂鳴器I—1要點詮釋：要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應(yīng)減小R的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。知識點七、一些元器件的原理和使用普通二極管和發(fā)光二極管（1）都具有單向?qū)щ娦?。?）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時還能發(fā)光。普通的發(fā)光二極管是用磷化鎵或磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8V。晶體三極管（1）晶體三極管能夠把微弱的信號放大。晶體三極管的三極分別是發(fā)射極°、基極b和集電極c。（2）傳感器輸出的電流或電壓很微弱，用一個三極管可以放大幾十倍以至上百倍。三極管的放大作用表現(xiàn)為基極b的電流對集電極c的電流起了控制作用。邏輯電路（1）對于與門電路，只要一個輸入端輸入為“0”，則輸出端一定是“0”反之，只有當(dāng)所有輸入端都同時為“1”，輸出端才是“1”。（2）對于或門電路，只要有一個輸入端輸入為“卜，，則輸出端一定是“】”；反之，只有當(dāng)所有輸入端都為“0”時，輸出端才是“0”。（3）非門電路中，當(dāng)輸入端為“0”時，輸出總是“「'；當(dāng)輸入端為“1”時，輸出端反而是“0”。非門電路也稱反相器。（4）斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門。經(jīng)典例題-自主學(xué)習(xí)認(rèn)真分析、解答下列例題，嘗試總結(jié)提升各類型題目的規(guī)律和技巧，然后完成舉一反三，以做到融會貫通。無星號題目要求同學(xué)們必須掌握，為基礎(chǔ)題型，一個星號的題目綜合性稍強。更多精彩和分析請學(xué)習(xí)網(wǎng)校資源ID：#50949#406622類型一：溫度傳感器的應(yīng)用例題1、如圖所示是電飯煲的電路圖，*是一個控溫開關(guān)，手動閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點（103°C）時，會自動斷開，S2是一個自動控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70°c時，會自動閉癌i)必噬b十網(wǎng)校省宓www.eti^ntianxoni合；溫度高于80°C時，會自動斷開，紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈，分流電阻R—R—500Q，加熱電阻絲r3—50Q，兩燈電阻不計。(1)分析電飯煲的工作原理。(2)(3)簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎?【思路點撥】先搞清楚*(2)(3)簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎?【思路點撥】先搞清楚*、S2兩控溫開關(guān)的作用，在明確控溫過程?？偨Y(jié)升華:例2.圖甲為在溫度為10°C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R]=20kQ，r2—10kQ，r3=40kQ，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U瀝v0時，電壓鑒別器會令開關(guān)s接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)Ua>0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在.計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。總結(jié)升華:類型二：光傳感器的應(yīng)用例3.如圖甲所示為一測量硫化鎘光敏電阻特性的實驗電路，電源電壓恒定。電流表內(nèi)阻不計，開關(guān)閉合后，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使小燈泡發(fā)光逐漸增強，測得流過電阻R的電流和光強的關(guān)系曲線如圖乙所示，試根據(jù)這一特性設(shè)計一個自動光控電路?！舅悸伏c撥】由光敏電阻的特性曲線判斷：當(dāng)入射光增強時，光敏電阻的阻值變化，流過光敏電阻的電流變化。根據(jù)題意設(shè)計出的路燈自動控制電路?？偨Y(jié)升華：例4.如圖所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強），且R與D距離不變，下列說法中正確的是（）A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變必喧B十網(wǎng)?？偨Y(jié)升華:類型三：電磁繼電器與自動控制例5.如圖所示為低壓控制電路操縱路燈工作的電路，試分析其工作原理。低壓控制電路低壓控制電路【思路點撥】先搞清楚電磁繼電器的工作原理，再分析控制電路原理?？偨Y(jié)升華：舉一反三：【變式】如圖甲所示為熱敏電阻的R-t圖像，圖乙為用熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路。繼電器線圈的電阻為1°Q,當(dāng)線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池電動勢E=9-0V,內(nèi)阻不計。圖乙中的電源是恒溫箱加熱器的電源，則:A.應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端/如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在5°°C，可變電阻R的值應(yīng)調(diào)節(jié)到350Q如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在5°°C，可變電阻R的值應(yīng)調(diào)節(jié)到36°Q總結(jié)升華：S類型四：溫度報警器例6.型號為74LS14的集成塊里面有6個非門，其引腳如圖甲所示，這種非門由于性能特別，稱為斯密特觸發(fā)器。當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值（L6V）時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平（O.25V），而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個值的時候（0.8V），Y會從低電平跳到高電平（3.4V九斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號，而這正是進行自動控制所必須的。甲乙現(xiàn)用斯密特觸發(fā)器與熱敏電阻rt組成溫度報警器，電路如圖乙所示，圖中蜂鳴器可以選用YMD或HMB型，它兩端的直流電壓為4V?6V時會發(fā)出鳴叫聲；勺為熱敏電阻，常溫下阻值約幾百歐，溫度升高時阻值減小。R1的最大電阻可在1g、2k。間選擇。接通電源后，先調(diào)節(jié)R1，使蜂鳴器在常溫下不發(fā)聲。再用熱水使熱敏電阻的溫度上升，到達(dá)某一溫度時就會發(fā)出報警聲。請你說明這個電路的工作原理。想一想：怎樣能夠使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？總結(jié)升華：舉一反三:

Z。類型五：傳感器的其他應(yīng)用例7.如圖甲所示是一種懸球式加速儀，它可以用來測定沿水平軌道運動的列車的加速度。金屬球的質(zhì)量為m,它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在0點，A8是一根長為L的均勻電阻絲，其阻值為R，金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計；電阻絲的中心C焊了一根導(dǎo)體絲，從0點引出一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個電壓表V，金屬絲和導(dǎo)線電阻不計。圖中虛線0C與AB垂直，且0C=h，電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上，整個裝置固定在列車中，使AB沿前進的方向。列車靜止時金屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車加速或減速前進時，金屬絲偏離豎直方向，從電壓表V的讀數(shù)變化可以測出加速度的大小。當(dāng)列車向右做勻加速直線運動時，試導(dǎo)出加速度a與電壓表讀數(shù)U'的關(guān)系式(用U、U、L、h及重力加速度g等表示)。用導(dǎo)出的a與U'的關(guān)系式說明表盤上a的刻度是否均勻？C點設(shè)置在電阻絲AB中點的原因是，對電壓表的選擇有什么特殊要求【思路點撥】畫出受力圖，由牛頓第二定律及幾何關(guān)系得出加速度與有效電阻絲長度及高度的關(guān)系，再用電壓與電阻的關(guān)系，推出加速度a與電壓表讀數(shù)U'的關(guān)系式(用U、U、L、h及重力加速度g等表示九分析這個關(guān)系得出第二問；考慮加速度的方向性做出第三問?？偨Y(jié)升華：舉一反三：【變式】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(dāng)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。巳知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為1，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計。滑動變阻器總長也為1，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當(dāng)系統(tǒng)以角速度①轉(zhuǎn)動時，試寫出輸出電壓U與①的函數(shù)式。

輸出電壓匚O總結(jié)升華：輸出電壓匚O例8.如圖所示裝置為一監(jiān)測鍋爐內(nèi)的壓力大小的報警器，在壓力小于某個安全值時，綠燈亮；當(dāng)壓力超過安全值時，紅燈亮、電鈴