高二物理粵教版選修傳感器的應(yīng)用課件

第三節(jié)傳感器的應(yīng)用課標定位學習目標：1.了解生產(chǎn)生活中常用傳感器的敏感元件及工作原理．2．利用傳感器的特點設(shè)計、制作簡單的生產(chǎn)、生活用品．重點難點：傳感器的原理與結(jié)構(gòu)課前自主學案一、生活中的傳感器1．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)機、消毒碗柜等，都用到_________________2．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．3．光敏傳感器和家用便攜式電子秤的______傳感器等．溫度傳感器．壓力二、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器1．溫度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動決定供水或停水．2．溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個點進行_____和____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．三、工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器1．生產(chǎn)的自動化和半自動化、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．溫度濕度2．在數(shù)控機床中的位移測量裝置，就是利用高精度_____傳感器進行位移測量，從而實現(xiàn)對零部件的精密加工．四、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狀態(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_____傳感器，如測量血壓、心電圖、體溫等．位移生理核心要點突破一、傳感器的一般應(yīng)用模式傳感器是將所感受到的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學量)的一類元件．其工作過程是：通過對某一物理量敏感的元件，將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，如下面框表所示．例如，圖3－3－1許多食品加工設(shè)備(如電烤箱)都要控制在一定的溫度范圍內(nèi)工作，可使食品味道鮮美且不失營養(yǎng)，如圖3－3－1所示的控制電路，開始工作時，溫度較低，Rt阻值較小，繼電器吸合，A與C接通，電熱絲L通電加熱，達到一定溫度T2時，電阻增大，繼電器放開，A與B接通，燈亮鈴響，停止加熱，溫度降低到某一值T1時，繼電器又吸合，A與C接通，又開始加熱……如此反復(fù)，維持在一定的溫度范圍(T1～T2)內(nèi)．空調(diào)、電冰箱就是利用這一原理維持在一定溫度范圍內(nèi)的．即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)(2011年鞍山高二檢測)按照你對以下幾種傳感器的理解填寫下面表格中的空格.傳感器名稱輸入(或感受)的量輸出的物理量濕度計濕度電學量光電二極管電學量壓強傳感器電學量話筒電學量熱電偶電學量解析：光電二極管感受光信號，壓強傳感器受作用后，將位移信號轉(zhuǎn)化為電信號，話筒、熱電偶，分別感受聲、溫度信號．答案：光位移聲溫度二、如何理解電子秤的工作原理？電子秤是一種力傳感器的應(yīng)用實例．這種傳感器的工作原理如圖3－3－2所示，彈性梁右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片，在梁的自由端施加力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面的電阻變?。瓼越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的阻值變化就越大．如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小，傳感器把這兩個電壓的差值輸出．外力越大，輸出電壓差值也就越大．圖3－3－2即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2．在科技活動中某同學利用自制的電子秤來稱量物體的質(zhì)量．如圖3－3－3所示為電子秤的原理圖．托盤和彈簧的電阻與質(zhì)量均不計．滑動變阻器的滑動端與彈簧上端連接，當托盤中沒有放物體時，電壓表示數(shù)為零．設(shè)變阻器的總電阻為R，總長度為L，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，限流電阻的阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計一切摩擦和其他阻力，電壓表為理想電壓表．當托盤上放上某物體時，電壓表的示數(shù)為U，求此時稱量物體的質(zhì)量．圖3－3－3三、探究電冰箱中的傳感器怎樣工作？電子溫控由于控溫準確、使用壽命長、可靠性高等特點，在冰箱中被廣泛采用．冷藏室傳感器用于感知冷藏室溫度，控制壓縮機的啟、停．當冷藏室蒸發(fā)器的表面溫度上升到3.5℃以上時，冷藏室傳感器發(fā)出指令，壓縮機工作；當冷藏室蒸發(fā)器表面溫度低到－25℃～－19℃(隨溫度調(diào)節(jié)位置而變化)時；冷藏室傳感器發(fā)出指令，壓縮機停止工作．冷凍室傳感器是專為冷凍室除霜而設(shè)計的．冷凍室溫度很低，結(jié)霜較多，通過安裝在冷凍室內(nèi)的電熱絲開始加熱，化霜開始，室內(nèi)溫度慢慢升高，當冷凍室內(nèi)的溫度上升到8.5℃以上時，冷凍室傳感器發(fā)出指令，將加熱器斷電，化霜結(jié)束．四、什么是感溫鐵氧體？它在電飯鍋中起什么作用？電飯鍋中應(yīng)用的溫度傳感器，其主要元件是感溫鐵氧體．感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的．它的特點是：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是當溫度上升到“居里溫度”或“居里點”(約103℃)時，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了．電飯鍋中的溫度傳感器起限溫開關(guān)的作用，手動閉合，當感溫鐵氧體的溫度上升到“居里點”(約103℃)時，開關(guān)自動斷開，且不能自動復(fù)位，以此來控制電飯鍋中的溫度．課堂互動講練類型一生活中的傳感器

如圖3－3－4甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器做成的溫控電路，設(shè)繼電器的線圈電阻為Rx＝50Ω，當繼電器線圈中的電流大于或等于Ic(Ic＝20mA)時，繼電器的銜鐵被吸合．左側(cè)電源電動勢為6V，內(nèi)阻可不計，試問溫度滿足什么條件時，電路右側(cè)的小燈泡會發(fā)光？例1【思路點撥】結(jié)合閉合電路的歐姆定律分析．【答案】

50℃【方法總結(jié)】有關(guān)熱敏電阻的傳感器應(yīng)用問題，實際上是電路中的電阻計算問題和阻值變化問題，基本方法是根據(jù)歐姆定律確定電阻，再找電阻和溫度的關(guān)系，或先根據(jù)溫度確定電阻，再求解其他物理量．類型二與現(xiàn)代科技相關(guān)的傳感器分析

加速度計是測定物體加速度的儀器．在現(xiàn)代科技中，它已成為導(dǎo)彈、飛機、潛艇或宇宙飛船等制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源．圖3－3－5為應(yīng)變式加速度計的示意圖．當系統(tǒng)加速時，加速計中的敏感元件也處于加速狀態(tài)．敏感元件由兩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，敏感元件的下端可在滑動變阻器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)換為電信號輸出．已知敏感元件的質(zhì)量為m，兩側(cè)彈例2簧的勁度系數(shù)均為k，電源電動勢為E，電源內(nèi)阻不計，滑動變阻器的總電阻值為R，有效長度為l，靜態(tài)時輸出電壓為U0，試推導(dǎo)加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式．圖3－3－5類型三農(nóng)業(yè)中的傳感器

有自動控制功能的蔬菜大棚，要靠傳感器感知作物生長所需的各種信息．圖3－3－6所示為蔬菜大棚內(nèi)信息采集與自動控制示意圖．試結(jié)合圖上信息，分析討論：(1)在種植蔬菜大棚中要用到哪些傳感器？它們的作用是什么？(2)為了控制大棚中蔬菜的生長條件，還需要哪些設(shè)施與傳感器配合使用？例3【精講精析】

(1)在蔬菜大棚中要用到檢測光照的光敏傳感器，檢測溫度的溫度傳感器，檢測空氣濕度和土壤濕度的濕度傳感器，檢測二氧化碳濃度的二氧化碳濃度傳感器等．(2)配套設(shè)施有調(diào)節(jié)光照的遮陽棚，調(diào)整溫度的加熱裝置，調(diào)整濕度的通風加濕裝置和噴淋器，調(diào)整二氧化碳濃度的自動排氣裝置．【答案】見精講精析變式訓(xùn)練