物理62傳感器的應(yīng)用人教版選修32課件

第六章傳感器第二節(jié)傳感器的應(yīng)用人教版選修3-2第二節(jié)：傳感器的應(yīng)用(一)復(fù)習(xí)問題請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。力電傳感器的應(yīng)用——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？3、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1、電子秤的測力裝置是力傳感器，它是由一個金屬梁和兩個應(yīng)變片一起組成了測力部分。2、在金屬梁沒有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長度沒變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時，金屬梁會向下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相等，存在差值，控制電路就通過這個差值，經(jīng)過放大電路將差值信號放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F的大小。練習(xí)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)變片是由多用半導(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)若電位器（可變電阻）總長度為L，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運(yùn)動時，與滑塊連接的滑動片P產(chǎn)生位移，此時可輸出一個電信號U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a的函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0Rx/R=U0S/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面例2：某學(xué)生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為k）如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池一個、電鍵及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請完成對該物體的測量m。（1）設(shè)計一個電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。（3）請設(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的一個問題。力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓器SVR解析：（1）設(shè)計的電路圖如圖所示，輸入電壓采用分壓接法目的是讓電壓可調(diào)范圍盡可能大。（2）測量步驟：①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。②將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0。③將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1，由U0=km0g得k=U0/m0g，測得U1=kmg，所以m=m0U1/U0。（3）可能出現(xiàn)的問題①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。②待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？金屬板金屬膜振動膜外電路（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電．當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓．優(yōu)點(diǎn)：保真度好。駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。演示實(shí)驗(yàn)：按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路，話筒的輸出端經(jīng)過隔直電容接到示波器。對著話筒喊話，觀察示波器的熒光屏上的波形，再用另外一人同樣對話筒喊話，比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什么不一樣。R2.7kΩC10μFE6vy輸入駐極體話筒地思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用．（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．溫度傳感器的另一應(yīng)用——電冰箱的溫控裝置如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測溫泡1，細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一個溫度傳感器，膜盒3為扁圓形，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時，盒體就會膨脹，測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力。電冰箱溫控裝置的工作原理是什么？溫度設(shè)定原理

將凸輪8逆時針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9向右頂，使得彈簧7彈力增大，此時要將5、6觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高一些，即溫控?fù)鯌?yīng)低一些（例如1級），順時針旋轉(zhuǎn)凸輪8，控制的溫度低一些，控溫?fù)跻咭恍?。本?jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：

1、力傳感器的應(yīng)用——電子秤傳感器的應(yīng)用

2、聲傳感器的應(yīng)用——話筒3、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進(jìn)行自動控制．第二節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）2、電飯鍋的原理手動開關(guān)接線螺絲觸點(diǎn)永磁鐵電熱板內(nèi)膽底轉(zhuǎn)軸感溫鐵氧體思考與討論：（1）開始煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？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)。（2）煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持一定的溫度？為什么？水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。光傳感器的應(yīng)用1、機(jī)械鼠標(biāo)器的主要構(gòu)造圖應(yīng)用一、鼠標(biāo)器發(fā)光二極管紅外接收管滾軸碼盤滾球2、工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)在左面上滾動時，滾球的運(yùn)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(jī)分別統(tǒng)計X、y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。滾球、滾軸與碼盤、紅外發(fā)射管與紅外接收管

應(yīng)用二、火災(zāi)報警器1、結(jié)構(gòu)圖2、工作原理：在沒有發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧進(jìn)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。小結(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)報警器溫度傳感器的應(yīng)用【例1】如圖甲為在溫度為10℃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R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，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Uab<0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)溫度提高；當(dāng)Uab>0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃．

35解：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，當(dāng)Rt=20kΩ時，t=35℃．光傳感器的應(yīng)用【例2】如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實(shí)驗(yàn)顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是

，小車速度的表達(dá)式為v=

；行程的表達(dá)式為=

。車輪的半徑R和齒輪P光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。根據(jù)速度的意義和車正