第6章第二節(jié)傳感器的應(yīng)用

第二節(jié)傳感器的應(yīng)用課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道傳感器應(yīng)用的一般模式．2．理解電子秤、電熨斗、火災(zāi)報(bào)警器的工作原理．3．了解電飯鍋的結(jié)構(gòu)和工作原理．重點(diǎn)難點(diǎn)：傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用．

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第二節(jié)傳感器的應(yīng)用課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、傳感器應(yīng)用的一般模式二、傳感器的應(yīng)用1．力傳感器的應(yīng)用——電子秤(1)組成：由金屬梁和_______組成．(2)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，下表面的電阻變小，F(xiàn)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(gè)電壓的差值輸出．外力越大，輸出的電壓差值也就越大．應(yīng)變片(3)作用：把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量．2．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗(1)敏感元件：__________溫度傳感器．(2)工作原理：溫度變化時(shí)，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片發(fā)生形變從而控制電路的通斷．雙金屬片3．溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋(如圖6－2－1)(1)敏感元件：_____________．(2)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有______性，溫度上升到約_______時(shí)，失去鐵磁性．這一溫度又稱為“居里點(diǎn)”．圖6－2－1感溫鐵氧體鐵磁103

℃(3)電飯鍋工作原理：用手按下開關(guān)通電加熱，開始煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)加熱溫度達(dá)到103℃時(shí)，鐵氧體失去鐵磁性，與永久磁體失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動(dòng)杠桿使觸點(diǎn)開關(guān)斷開．4．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器(如圖6－2－2)(1)組成：光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．(2)工作原理：平時(shí)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(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，其電阻減?。c傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)．

圖6－2－2核心要點(diǎn)突破一、傳感器問題分析1．分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測量的電學(xué)量的器件．我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個(gè)步驟：(1)信息采集(2)信息加工、放大、傳輸(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作．2．分析傳感器問題要注意四點(diǎn)(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號(hào)分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律．(3)電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律．(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程．即時(shí)應(yīng)用

(即時(shí)突破，小試牛刀)1.(2011年潮州高二檢測)壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減?。煌瑢W(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖6－2－3甲所示，將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過程中(

)圖6－2－3A．物體處于失重狀態(tài)B．物體處于超重狀態(tài)C．升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)D．升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng)解析：選BD.電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變，說明壓敏電阻的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小，壓敏電阻所受壓力變大，物體處于超重狀態(tài)，即物體具有向上的加速度，B、D正確，A、C錯(cuò)誤．二、常見傳感器的應(yīng)用實(shí)例1．生活中的傳感器(1)與溫度控制相關(guān)的家電電器：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．(2)紅外傳感器：自動(dòng)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(bào)警器等．(3)照相機(jī)中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等．2．生產(chǎn)中的傳感器(1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動(dòng)供水或停水．(2)溫度傳感器和濕度傳感器，可對上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測．由于有了十分先進(jìn)可靠的測試技術(shù),有效地減少了霉變現(xiàn)象．(3)生產(chǎn)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化．用機(jī)器人、自動(dòng)化小車、自動(dòng)機(jī)床、各種自動(dòng)生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作．各種傳感器使生產(chǎn)的自動(dòng)運(yùn)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．(4)在數(shù)控機(jī)床中的位移測量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測量，從而實(shí)現(xiàn)對零部件的精密加工．3．航天中的傳感器在航空、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(yùn)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．即時(shí)應(yīng)用

(即時(shí)突破，小試牛刀)2．(2011年威海高二檢測)“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星上裝有8種24件探測儀器，其中可能有(

)A．味覺傳感器B．氣體傳感器C．聽覺傳感器

D．視覺傳感器解析：選D.“嫦娥二號(hào)”月球衛(wèi)星是為探測月球而發(fā)射的在軌衛(wèi)星，而月球上無氣體，所以不需要?dú)怏w傳感器和聽覺傳感器，當(dāng)然也用不到味覺傳感器,真正需要的是為月球“畫像”的視覺傳感器——立體相機(jī)．

如圖6－2－4所示是一種測量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖．薄金屬片P固定有4個(gè)可以形變的電阻R1、R2、R3、R4，如圖乙．圖甲是它的側(cè)面圖，這4個(gè)電阻連成的電路如圖丙所示,試回答下列問題：課堂互動(dòng)講練力傳感器的應(yīng)用例1圖6－2－4(1)開始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無示數(shù)，則4個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系？(2)當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變，這時(shí)4個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻阻值大小如何變化？【思路點(diǎn)撥】電壓表無示數(shù)也就是A、B兩點(diǎn)等電勢，即R1與R2的分壓情況和R3與R4的分壓情況完全相同．(2)當(dāng)O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上的，因此R1、R4被拉長，R2、R3被拉寬，即R1、R4增大，R2、R3減小，這時(shí)A、B兩點(diǎn)電勢不再相等．【規(guī)律總結(jié)】分析傳感器類問題，一要注意傳感器感受到的是何物理量，二要注意敏感元件輸出哪種電信號(hào)．變式訓(xùn)練1壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖6－2－5甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球．小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)圖6－2－5A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)解析：選D.由小球受力可知：a∝FN，又因?yàn)閴好綦娮璧淖柚惦S壓力增大而減小，而電流增大，則I的大小反映了a的大小，所以0～t1內(nèi)I不變，小車做勻加速運(yùn)動(dòng)，t1～t2內(nèi)小車加速度增大，t2～t3內(nèi)小車做勻加速運(yùn)動(dòng)．

如圖6－2－6所示，甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)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,a、b端電壓Uab≤0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接觸,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)a、b端電壓Uab＞0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在(

)溫度傳感器的應(yīng)用例2圖6－2－6A．10℃

B．20℃C．35℃D．45℃【思路點(diǎn)撥】由題可知，Uab＝0是電熱絲加熱和停止加熱的臨界狀態(tài)，根據(jù)串聯(lián)分壓知識(shí)可求得Uab＝0時(shí)Rt的阻值，然后由乙圖讀出對應(yīng)的溫度．【答案】

C【規(guī)律總結(jié)】本題利用熱敏電阻為傳感器，將溫度變化的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，結(jié)合電子線路來控制加熱電器．正確的電路分析、計(jì)算及看懂熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的曲線，是解決本類習(xí)題的關(guān)鍵．變式訓(xùn)練2如圖6－2－7所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡單的恒溫控制電器，其中熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接．則(

)圖6－2－7A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下C．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端D．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端解析：選BD.當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值減小,通過電磁繼電器螺線管的電流增大，磁性增強(qiáng)，吸下金屬片，觸點(diǎn)接通，所以應(yīng)把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端．光傳感器的應(yīng)用例3

如圖6－2－8所示為一實(shí)驗(yàn)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(dòng)時(shí)，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(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電子電路記錄和顯示．若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計(jì)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s＝______.圖6－2－8【精講精析】這是一道以實(shí)際問題為背景的實(shí)驗(yàn)題，顯然無法通過遷移課本實(shí)驗(yàn)中的方法來解決．但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)．【規(guī)律總結(jié)】本題的理論依據(jù)是最基本的勻速運(yùn)動(dòng)中的速度、時(shí)間與位移的關(guān)系及角速度與線速度的關(guān)系，關(guān)鍵是將測量量與運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和行程關(guān)聯(lián)起來．這類題目是物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用，要很好的解答就要善于知識(shí)的遷移，對學(xué)生提出了更高的要求．對此，我們只能要求學(xué)生關(guān)注周圍的事物，經(jīng)常想一想它們工作的原理與物理知識(shí)的關(guān)系，擴(kuò)大眼界，開闊思路．變式訓(xùn)練3如圖6－2－9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)光越強(qiáng))，且R與D