人教版高中物理選擇性必修第二冊(cè)第五章傳感器

第五章傳感器5.1認(rèn)識(shí)傳感器人教版高中物理選擇性必修第二冊(cè)目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當(dāng)堂小練1.了解傳感器，知道傳感器在生產(chǎn)生活等實(shí)踐活動(dòng)中有廣泛應(yīng)用.2.了解傳感器的基本組成部分和應(yīng)用的一般模式.

學(xué)習(xí)目標(biāo)

小盒子A的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開關(guān)。如果把磁體B放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁體移走，燈泡熄滅。盒子里有什么樣的裝置，才能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？問(wèn)題：？新課導(dǎo)入

原來(lái)，小盒子中有一種叫作“干簧管”的元件（圖甲），它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，玻璃管內(nèi)封入了兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)（圖乙），兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用，操縱開關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見(jiàn)的“手”。干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器。那么，到底什么是傳感器？想一想：一、神奇的傳感器1．傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。2．傳感器是電子控制系統(tǒng)獲取外部信息的唯一途徑。3．傳感器的作用：獲得外界輸入信息，并將非電量信息轉(zhuǎn)成電信號(hào)輸出。新課講解下面我們來(lái)看幾個(gè)生活中的實(shí)例自動(dòng)門酒精濃度檢測(cè)人的感覺(jué)器官與傳感器的類比思考與討論

傳感器的使用使我們的生活更加方便、安全和舒適。生活中，你還發(fā)現(xiàn)哪些地方使用了傳感器？

請(qǐng)你根據(jù)需要大膽地設(shè)想：在家里、學(xué)校和生活的社區(qū)，什么地方應(yīng)該安裝傳感器？

這些傳感器要起什么作用？二、傳感器的種類各類傳感器傳感器的分類(按工作原理)及特點(diǎn)原理舉例特點(diǎn)物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息電容傳感器、電感傳感器，光電、壓電傳感器等品種多、應(yīng)用廣、發(fā)展快化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息氣敏傳感器、濕敏傳感器廣泛應(yīng)用于環(huán)保、火災(zāi)報(bào)警、醫(yī)療衛(wèi)生生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅骱猩镔|(zhì)，專一性好，易操作、快速、準(zhǔn)確智能手機(jī)中的部分傳感器三、傳感器的組成與應(yīng)用模式傳感器的一般結(jié)構(gòu)熱電偶溫度計(jì)

敏感元件：是指能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。它們分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。并不是所有傳感器都能夠明顯地區(qū)分敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量，它就同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件。這種敏感元件和轉(zhuǎn)換元件二者合一的傳感器是很多的。如左圖的熱電偶溫度計(jì)。如何應(yīng)用從傳感器獲得的信號(hào)呢？可以用指針式電表或數(shù)字屏等顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)；也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器或其他元件，來(lái)執(zhí)行諸如打開管道的閥門、開通或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)等動(dòng)作；還可以由計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出更復(fù)雜的指令。傳感器的一般模式思考與討論

話筒是一種能夠?qū)⒙曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。圖乙是電容式話筒的組成結(jié)構(gòu)示意圖，話筒的振動(dòng)膜片涂有薄薄的金屬層，膜后相距幾十微米有一個(gè)金屬片（固定電極），它們構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來(lái)工作。你能根據(jù)它的工作過(guò)程說(shuō)說(shuō)各組成元件的作用嗎？電容式話筒科學(xué)漫步機(jī)器人

1920年，捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小說(shuō)中構(gòu)思了一個(gè)機(jī)器人，名字叫Robot。它可以不吃飯，卻能不知疲倦地工作，展現(xiàn)了人類持續(xù)多年的一種愿望。1947年，世界上第一個(gè)機(jī)器人在美國(guó)誕生。這是一臺(tái)為反應(yīng)堆搬運(yùn)核燃料的簡(jiǎn)單機(jī)器，代替人來(lái)從事危險(xiǎn)的工作。此后，由于現(xiàn)代制造業(yè)的需求，有關(guān)機(jī)器人的研究迅速發(fā)展起來(lái)。圖5.1-10是幾個(gè)機(jī)器人的實(shí)例。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能，可以粗略地把它們分為三代。第一代機(jī)器人對(duì)外界沒(méi)有感覺(jué)，只能按照編好的程序，由內(nèi)部的計(jì)算機(jī)安排它的動(dòng)作，例如汽車生產(chǎn)線上用于點(diǎn)焊的機(jī)器人。第二代機(jī)器人有了感覺(jué)，它身上安裝的傳感器能起到人的感官的作用。例如，利用光傳感器能讓機(jī)器人沿著地面上畫出的白色軌跡運(yùn)動(dòng)；利用圖像傳感器能讓機(jī)器人產(chǎn)生視覺(jué)來(lái)識(shí)別燒杯和鐵塊，當(dāng)它的手拿著燒杯時(shí)，力傳感器產(chǎn)生觸覺(jué)會(huì)使它的手指感知壓力和滑動(dòng)，從而既能拿住又不會(huì)捏碎。第三代是智能機(jī)器人，是人們夢(mèng)寐以求的，也是當(dāng)前正在努力發(fā)展的。它以人工智能理論和現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠自主地從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不斷完善自身的程序，增強(qiáng)自己的功能。

科學(xué)漫步機(jī)器人

機(jī)器人的種類很多。應(yīng)用最廣泛的是工業(yè)機(jī)器人，它們能把人從繁重的體力勞動(dòng)和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來(lái)，極大地提高了生產(chǎn)率。服務(wù)型機(jī)器人主要用于清潔、加油、導(dǎo)盲、搶險(xiǎn)等方面。它們通常具有一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)，其上有操作臂，還安裝了觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及超聲測(cè)距等傳感器，能夠識(shí)別周邊的環(huán)境、判斷自己的運(yùn)動(dòng)。醫(yī)療機(jī)器人是近些年來(lái)發(fā)展迅速的一個(gè)新領(lǐng)域。醫(yī)療機(jī)器人能夠幫助醫(yī)生做復(fù)雜的手術(shù)，減輕醫(yī)生的疲勞，保證手術(shù)的精確和成功?？臻g機(jī)器人是最復(fù)雜、最昂貴的機(jī)器人，用于探測(cè)太空，我國(guó)探月工程中使用的玉兔號(hào)巡視器（章首圖）就是一個(gè)典型代表。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)器人變得越來(lái)越“聰明”，它們是否有一天會(huì)完全取代人類的工作？人類的前途是否堪憂？實(shí)際上，科技本身并沒(méi)有好壞之分，是人類決定了如何去使用它。面對(duì)科技進(jìn)步，人類應(yīng)該衡量和思考，該如何運(yùn)用這些技術(shù)才會(huì)對(duì)社會(huì)更有益，使世界變得更加美好。

科學(xué)漫步機(jī)器人1.傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。2.傳感器的分類：物理傳感器：包括力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器；化學(xué)傳感器：包括離子傳感器、氣體傳感器等化學(xué)傳感器；生物傳感器：包括酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器，?xì)胞傳感器等生物傳感器。3.傳感器的組成與應(yīng)用模式：課堂小結(jié)例1、(多選)如圖電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)，在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。由以上信息可知，下列說(shuō)法中正確的是(

)ABD當(dāng)堂小練A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小【答案】：ABD【解析】：電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，故選項(xiàng)A正確；手指和屏的接觸面積大小會(huì)影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對(duì)面積越大，電容越大，故選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤。例2（多選）下列說(shuō)法正確的是()A．傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)B．干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器C．傳感器不是電視遙控接收器的主要元件D．傳感器是把力、溫度、光、聲、化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要工具ABD【答案】：ABD【解析】：傳感器的任務(wù)就是采集信息，A對(duì)；干簧管是由平行不接觸的兩個(gè)極易被磁化的軟鐵片組成的，它靠近磁場(chǎng)時(shí)被磁化后相互吸引而接觸，B對(duì)；由傳感器的定義知D對(duì)．例3、（單選）人類發(fā)射的繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的所有航天器，在軌道上工作時(shí)都需要電能，所需要的電能都是由太陽(yáng)能電池把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能得到的，要求太陽(yáng)能電池板總是對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，為達(dá)到這一要求應(yīng)利用下列哪種傳感器來(lái)感知太陽(yáng)方位()A．力傳感器 B．光傳感器C．溫度傳感器 D．生物傳感器B【答案】：B【解析】：太陽(yáng)帆的有效采光面積不同，所產(chǎn)生的電流不同，當(dāng)電流最大時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，所以應(yīng)用的是光傳感器，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤．例4、（單選）如圖所示是一自動(dòng)控制電路示意圖，R1為光敏電阻，當(dāng)照射到R1處的光消失時(shí)，電流表A中的電流I及ab間的電壓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A【答案】：A【解析】：光敏電阻無(wú)光照射時(shí)其阻值變大，閉合回路的干路電流I干變小，U＝E－I干r，所以U增大；由于I干變小，則UR3變小，而U增大，則U并增大；由I＝IR2＝可得，I增大，故A符合題意。第五章傳感器5.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

拓展與延伸5

課堂小結(jié)6

當(dāng)堂小練1.了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻和電阻應(yīng)變片等材料的物理特性.2.利用電容器的結(jié)構(gòu)改變影響電容的性質(zhì)，設(shè)計(jì)電容式位移傳感器.

學(xué)習(xí)目標(biāo)

我們知道，傳感器可以感受光強(qiáng)、溫度、力、磁等非電學(xué)量，并把它們轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出。那么，常見(jiàn)的傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應(yīng)用呢？問(wèn)題：？新課導(dǎo)入

比如說(shuō)：光強(qiáng)、溫度、力、位移、速度、磁場(chǎng)等那么什么是非電學(xué)量呢？什么又是電學(xué)量呢？

比如說(shuō)：電阻、電流、電壓。1、什么是光敏電阻：隨著光照強(qiáng)度的變化，電阻率在發(fā)生相應(yīng)變化的物質(zhì)。一、光敏電阻—光學(xué)傳感器把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的梳狀電極，就形成一個(gè)簡(jiǎn)單的光敏電阻。光敏電阻新課講解1．實(shí)驗(yàn)原理光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而不斷減小，用歐姆表連接電阻，用不同強(qiáng)度的光照射電阻，通過(guò)觀察歐姆表的示數(shù)變化，來(lái)研究光敏電阻與光強(qiáng)的關(guān)系。2．實(shí)驗(yàn)器材光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線、電源。2、實(shí)驗(yàn)一、觀察光敏電阻特性3．實(shí)驗(yàn)步驟（1)將光敏電阻、多用電表、按圖甲的方式連接好，其中多用電表置于“×100”擋；（2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；（3)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。（4）用強(qiáng)光照射（如太陽(yáng)光直接照射或拿亮度較大的手電筒、小燈泡等）觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。4．?dāng)?shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，隨著光強(qiáng)的變化阻值不斷減小，強(qiáng)光照射下電阻值很小；(2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。環(huán)境1234567阻值（）

硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。思考：為什么光敏電阻的阻值會(huì)隨光強(qiáng)的變化而變化呢？

其中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號(hào)的儀器，B中的主要元件是由光敏電阻組成的光電傳感器。當(dāng)傳送帶上沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值較小，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變低；當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變高。這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，就會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能3、光敏電阻在生產(chǎn)中的應(yīng)用—光電計(jì)數(shù)器光電計(jì)數(shù)的基本原理

金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來(lái)做電阻溫度計(jì)。二、金屬熱電阻和熱敏電阻—溫度傳感器4、金屬熱電阻與熱敏電阻的區(qū)別電阻隨溫度的變化關(guān)系4、金屬熱電阻與熱敏電阻的區(qū)別電阻隨溫度的變化關(guān)系熱敏電阻：有些半導(dǎo)體在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力增強(qiáng)，因此可以用半導(dǎo)體材料制作熱敏電阻。有一種熱敏電阻是用氧化錳等金屬氧化物燒結(jié)而成的，它的電阻隨溫度的變化非常明顯。說(shuō)明：與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差。方案1：（簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)）將多用電表的選擇開關(guān)調(diào)到電阻擋（注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩瑢⒁恢粺崦綦娮柽B接到多用電表表筆的兩端。分別用手和冷水改變熱敏電阻的溫度，觀察電阻的變化情況。5、實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果：隨著溫度的變化，熱敏電阻的阻值在減小。方案21．實(shí)驗(yàn)原理熱敏電阻的電阻率會(huì)隨著溫度的升高而變化，2．實(shí)驗(yàn)器材半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)、燒杯、涼水和熱水。5、實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性3．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按實(shí)驗(yàn)原理圖甲連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理；當(dāng)燒杯中水溫發(fā)生變化時(shí)，熱敏電阻的阻值將發(fā)生相應(yīng)變化。(2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒(méi)有水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)；5、實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性甲(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。4．?dāng)?shù)據(jù)處理在如圖坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。5、實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。6．注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱水后要等一會(huì)兒再測(cè)熱敏電阻阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫。5、實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性

一些汽車的低油位報(bào)警裝置采用熱敏電阻來(lái)檢測(cè)油箱的警戒液位。若給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會(huì)發(fā)熱。當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時(shí)，熱敏電阻發(fā)出的熱量會(huì)被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮（圖甲）。當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時(shí)，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮（圖乙）。通過(guò)判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。6、熱敏電阻的應(yīng)用液位報(bào)警示意圖

電阻應(yīng)變片是一種使用非常廣泛的力敏元件，電阻與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān)。當(dāng)金屬絲受到拉力時(shí)，長(zhǎng)度變長(zhǎng)、橫截面積變小，導(dǎo)致電阻變大；當(dāng)金屬絲受到壓力時(shí)，長(zhǎng)度變短、橫截面積變大，導(dǎo)致電阻變小。金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變（伸長(zhǎng)或縮短）時(shí)，其電阻隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的。三、電阻應(yīng)變片—力傳感器7、電阻應(yīng)變片的工作原理電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片的功能：能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。8、力傳感器的應(yīng)用及工作原理

彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片。在梁的自由端施力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，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的電阻變化就越大。如果讓應(yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越大。應(yīng)變片測(cè)力原理應(yīng)變式傳感器汽車稱重的地磅四、電容式傳感器9、電容式傳感器定義及特點(diǎn)

1、定義：電容傳感器是指將被測(cè)量(如尺寸、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。電容器是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成。當(dāng)在兩金屬電極間加上電壓時(shí),電極上就會(huì)存儲(chǔ)電荷,所以電容器是儲(chǔ)能元件。2.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;動(dòng)作時(shí)需要能量低,由于帶電極板間靜電吸引力很小因此電容傳感器特別適宜用來(lái)解決輸入能量低的測(cè)量問(wèn)題。10、電容式傳感器的工作原理

電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間的距離d以及極板間的電介質(zhì)這三個(gè)因素。如果某個(gè)物理量的變化能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過(guò)測(cè)定電容器的電容就可以確定這個(gè)物理量的變化，由此可以制成電容式傳感器。11、電容式傳感器的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用：面積型可用來(lái)測(cè)量位移（較大位移），極距型傳感器可用來(lái)測(cè)量微小位移，介質(zhì)型傳感器可用來(lái)鑒別材質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：電容位移傳感器能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量。它采用合適的檢測(cè)電路，做到靈敏度高、分辨力強(qiáng)、能分辨微小的位移。還有信噪比大，靈敏度高，零漂小，頻響寬，非線性小，精度穩(wěn)定性好，抗電磁干擾能力強(qiáng)和使用操作方便。缺點(diǎn)：電容位移傳感器的量程比較小，一般只有幾十個(gè)毫米，容易受外界干擾和分布參數(shù)的影響電容傳感器五、拓展學(xué)習(xí)12、霍爾元件霍爾元件的應(yīng)用及原理1—測(cè)量磁場(chǎng)的大小霍爾效應(yīng)霍爾原件的工作原理

半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)要強(qiáng)于導(dǎo)體。在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（如砷化銦）薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件（右圖下）。在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則在M、N間可出現(xiàn)霍爾電壓UH。通過(guò)分析可知，霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有線性關(guān)系，因此利用霍爾元件可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?；魻栐軌虬汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量?；魻栐膽?yīng)用及原理2—測(cè)量微小位移利用霍爾元件測(cè)量微小位移

在兩塊磁感應(yīng)強(qiáng)度相同、同極相對(duì)放置的磁體縫隙中放入霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0，霍爾電壓UH為0，可將該點(diǎn)作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾元件沿著±z方向移動(dòng)時(shí)，則有霍爾電壓輸出，且電壓大小與位移大小成正比，從而能夠?qū)崿F(xiàn)微小位移的測(cè)量。1.什么是光敏電阻；2.實(shí)驗(yàn)一、觀察光敏電阻特性；3.光敏電阻在生產(chǎn)中的應(yīng)用—光電計(jì)數(shù)器；光學(xué)傳感器溫度傳感器4.金屬熱電阻與熱敏電阻的區(qū)別；5.實(shí)驗(yàn)二、觀察熱敏電阻特性;6、熱敏電阻的應(yīng)用;力傳感器7.電阻應(yīng)變片的工作原理8.力傳感器的應(yīng)用及工作原理9.電容式傳感器定義及特點(diǎn)10.電容式傳感器的工作原理11.電容式傳感器的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)電容感器課堂小結(jié)例1、(多選)利用光敏電阻制作的光傳感器,記錄了傳送帶上工件的輸送情況。如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器,光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光,每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時(shí),光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào),并在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系,如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng),每?jī)蓚€(gè)工件間的距離為0.2m,則下述說(shuō)法正確的是()當(dāng)堂小練A.傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是0.1m/sB.傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是0.2m/sC.該傳送帶每小時(shí)輸送3600個(gè)工件D.該傳送帶每小時(shí)輸送7200個(gè)工件【答案】：BC【解析】：根據(jù)題意并結(jié)合題圖可知,工件1s內(nèi)的位移為0.2m,則傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度v=0.2/1=0.2m/s,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。傳送帶每小時(shí)輸送的工件個(gè)數(shù)=

3600(個(gè)),選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。．例2、傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。有一種測(cè)量人的體重的電子秤，其測(cè)量部分的原理圖如圖中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會(huì)隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表(實(shí)質(zhì)是理想電流表)組成。壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1×107Pa，且已知壓力傳感器的電阻R與所受壓力的關(guān)系如表所示。設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V，g取10m/s2。請(qǐng)作答：(1)該秤零點(diǎn)(即踏板空載時(shí))的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤

A處。(2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20mA，這個(gè)人的質(zhì)量是

kg?！敬鸢浮浚?1)1.6×10－2(2)50例3、(多選)電動(dòng)自行車是一種使用廣泛的交通工具,其速度控制是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的,這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱為“霍爾轉(zhuǎn)把”,屬于傳感器非接觸控制。轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等,截面如圖甲。永久磁鐵的左、右兩側(cè)分別為N、S極,開啟電源時(shí),在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓,形成電流,如圖乙。隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng),其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng),霍爾器件能輸出控制車速的霍爾電壓,已知電壓與車速的關(guān)系如圖丙。下列關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”的說(shuō)法正確的是（

）A.為提高控制的靈敏度,應(yīng)使永久磁鐵的上、下端分別為N、S極。B.按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手(手柄轉(zhuǎn)套),車速將變快。C.圖乙中從霍爾器件的前、后面輸出控制車速的霍爾電壓。D.若霍爾器件的上、下面之間所加電壓正、負(fù)極性對(duì)調(diào),將影響車速控制。甲丙乙【答案】BC【解析】若使永久磁鐵的上、下端分別為N、S極,那么磁場(chǎng)方向與霍爾器件中電流方向基本平行,很難形成霍爾電壓,所以會(huì)降低控制的靈敏度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;按題圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手(手柄轉(zhuǎn)套),永久磁鐵靠近霍爾器件,磁場(chǎng)增強(qiáng),霍爾電壓增大,車速變快,選項(xiàng)B正確;由題圖乙可知,磁感線從霍爾器件左、右側(cè)面穿過(guò),霍爾器件上、下面之間加有一定電壓,則在霍爾器件的前、后面產(chǎn)生霍爾電壓,選項(xiàng)C正確;若霍爾器件的上、下面之間所加電壓正、負(fù)極性對(duì)調(diào),則霍爾電壓的極性也將對(duì)調(diào),由題圖丙可知,霍爾電壓極性對(duì)調(diào)不影響車速控制,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。第五章傳感器5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當(dāng)堂小練1.會(huì)利用干簧管制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置.2.會(huì)利用光敏電阻制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置.

學(xué)習(xí)目標(biāo)生活中的傳感器光感傳感器水質(zhì)PH傳感器紫外線傳感器仿生傳感器磁光效應(yīng)傳感器新課導(dǎo)入

傳感器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠地捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本節(jié)提供了兩個(gè)利用傳感器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以根據(jù)興趣和器材條件從中選擇一個(gè)。只有自己動(dòng)手進(jìn)行組裝和調(diào)試，才會(huì)對(duì)傳感器的作用有更深切的體會(huì)。

下面我們來(lái)看幾個(gè)生活中的實(shí)例怎樣才能實(shí)現(xiàn)上述功能呢？利用干簧管在磁場(chǎng)中的特性是不錯(cuò)的選擇。如圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的門窗磁控防盜報(bào)警裝置示意圖。門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報(bào)警電路。干簧管可將門與門框的相對(duì)位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。一、實(shí)驗(yàn)1門窗防盜報(bào)警裝置門窗防盜報(bào)警裝置新課講解電磁繼電器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾T窗報(bào)警裝置的原理二、實(shí)驗(yàn)原理閉合電路開關(guān)S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí),磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K,使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通,發(fā)光二極管LED發(fā)光,顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)門窗開啟時(shí),磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用,繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。門窗防盜報(bào)警裝置電路圖發(fā)光二極管三、實(shí)驗(yàn)器材電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)連接電路前,要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管,觀察簧片能否正常動(dòng)作。(2)確定各元件可以正常工作后,連接電路。(3)接通電源后,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。表1基本元件及參數(shù)二、實(shí)驗(yàn)2光控開關(guān)

光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅？我們可以利用光敏電阻來(lái)完成這一任務(wù)。下面提供兩種模擬的光控開關(guān)電路，用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)的原理。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)環(huán)境的光比較強(qiáng)時(shí),光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導(dǎo)通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(shí),光敏電阻RG的阻值變大,三極管導(dǎo)通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。三極管電路符號(hào)及實(shí)