傳感器的應(yīng)用

傳感器的應(yīng)用第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日

力電傳感器:主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號(hào)（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。

第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日傳感器應(yīng)用實(shí)例一、力傳感器的應(yīng)用——電子秤金屬梁U1U2閱讀教材，思考并回答問題：（1）電子秤用的測(cè)力裝置是什么？它由什么元件組成？（2）簡(jiǎn)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？第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日例1：某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)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(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。

現(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(dòng)變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量m。

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)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(cè)量電路圖。

（2）簡(jiǎn)要說明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。

（3）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題。

力電轉(zhuǎn)換器＋＋－－輸出輸入受壓面第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日(1)

設(shè)計(jì)電路如圖

(2)測(cè)量步驟與結(jié)果:①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零,②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U0,③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U

由U0=km0g,得k=U0/m0gU=kmg,所以m=m0U/U0第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日例題2：（風(fēng)力測(cè)定儀）如圖所示為一種測(cè)定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細(xì)長(zhǎng)裸金屬絲下面，O是懸掛點(diǎn)，R0是保護(hù)電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲與電阻絲在C點(diǎn)接觸，此時(shí)電路中的電流為I，有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風(fēng)力大小有關(guān)），細(xì)金屬絲與電阻絲在C/點(diǎn)接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長(zhǎng)度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細(xì)金屬絲電阻均不計(jì)，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時(shí)，電流表的示數(shù)為I’，此時(shí)風(fēng)力大小為F，試寫出：

①風(fēng)力大小F與θ的關(guān)系式；②風(fēng)力大小F與電流表示數(shù)I’的關(guān)系式。③此裝置所測(cè)定的最大風(fēng)力是多少？R0OPDBθCA電源第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日例題3：（2003上海考題）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)B第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日例4:可測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l

，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓U與ω的函數(shù)式。ASPCBωOO′輸出電壓U解：設(shè)彈簧伸長(zhǎng)x,則∴x=mω2l／(k-m

ω2)設(shè)滑動(dòng)變阻器單位長(zhǎng)度的電阻為r1U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2

／(k-m

ω2)第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日例5：將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中，如圖所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0N。(取g=10m/s2)(1)若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運(yùn)動(dòng)情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的？m第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日原來（1）（2）解：mF=10NF1=6Nmga向上做勻減速運(yùn)動(dòng)a向下a=2m/s2mg+F1-F=mam=0.5kgFmgF2a2上頂板示數(shù)是下底板示數(shù)的1/2彈簧長(zhǎng)度不變F=10NF2=5Nmg+F2-F=ma2a2=0靜止或勻速運(yùn)動(dòng)Fmga3上頂板示數(shù)為零，則彈簧變短F≥10NF3=0F–mg=ma3a3≥10m/s2向上加速或向下減速，加速度a≥10m/s2。第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、聲傳感器的應(yīng)用——話筒傳感器應(yīng)用實(shí)例（1）話筒的作用是什么？（2）說明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過程。（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？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？

第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.聲電傳感器

例題1.（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法正確的是()A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B

該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

B第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。三、溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗傳感器應(yīng)用實(shí)例雙金屬片溫度傳感器：第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日例2.日光燈的啟動(dòng)器也可看成是一個(gè)熱敏傳感裝置，它的熱敏功能器是雙金屬片，你能說出啟動(dòng)器的工作原理嗎？U形動(dòng)觸片靜觸片氖泡圖1解析：日光燈啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖所示，內(nèi)有一雙金屬片，熱膨脹系數(shù)不同。開關(guān)閉合后，啟動(dòng)器兩極之間有電壓使氖氣放電而發(fā)出輝光，輝光發(fā)出的熱量使U形動(dòng)觸片受熱膨脹向外延伸，碰到靜觸片接觸，電路接通；溫度降低時(shí)，U動(dòng)觸片向里收縮，離開觸點(diǎn)，切斷電路。第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日電熨斗的構(gòu)造思考與討論：●常溫下兩觸點(diǎn)是接觸還是分離？●如何用調(diào)溫旋鈕來升高或降低電燙斗的工作溫度？第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日例3.電熨斗：利用雙金屬片溫度傳感器控制電路的通斷.第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日（1）電飯鍋中溫度傳感器的主要元件是什么？（2）感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？（3）感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？（4）什么是“居里點(diǎn)”？四、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日思考并回答教材“思考與討論”中的問題，了解電飯鍋的工作原理(1).開始煮飯時(shí)為什么要壓下開關(guān)按鈕？手松開后這個(gè)按鈕是否恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？(2).煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否回大致保持一定的溫度？為什么？(3).飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？(4).如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？

:第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日例1、如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈。分流電阻R1＝R2＝500Ω，計(jì)算加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計(jì)。（1）分析電飯煲的工作原理。（2）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下消耗的電功率之比。（3）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日例2.如圖所示是一種熱敏電阻（PTC元件）的電阻R隨溫度t變化的關(guān)系圖線，這種元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能．常見的電熱滅蚊器中就使用這種元件來加溫并控制溫度．如果將該元件接到220V恒定電壓下，則（）A．通電后，其電功率先增大后減小B．通電后，其電功率先減小后增大C．當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，溫度保持在t1不變D．當(dāng)其發(fā)熱功率等于散熱功率時(shí)，溫度保持在t1

到t2之間的某一值不變t/℃Rt2t1AD第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日例3.圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測(cè)量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2和圖3兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖

；簡(jiǎn)要說明理由：

。（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑線變阻器的阻值為0-100Ω）⑵在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1=250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為

Ω。⑶舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：_____________。VA圖2VA圖3I/mAU/V1234567500圖110203040AR1R2熱敏電阻圖4R9V2電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大5.2111.6—112.0熱敏溫度計(jì)第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日例4.如圖所示甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的自動(dòng)恒溫箱簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)電阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，R1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(shí)，電壓鑒別器會(huì)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(shí)，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在＿＿＿℃。解析：設(shè)電路路端電壓為U，當(dāng)Uab＝0時(shí)，有UR1／（R1﹢R2）＝UR3／（R3﹢Rt） 解得Rt＝20kΩ

由圖乙可知，當(dāng)Rt＝20kΩ時(shí)，t＝35℃35℃第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日例5.用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)高溫報(bào)警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險(xiǎn)情時(shí)電鈴報(bào)警。可供選擇的器材如下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。aedcb第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日

閱讀：P68回答利用煙霧對(duì)光的散射來工作的火災(zāi)報(bào)警器為例，簡(jiǎn)述其工作原理光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日例1.如圖是天花板上裝的火災(zāi)報(bào)警器，平時(shí)，發(fā)光二極管LED發(fā)出的光被擋板擋住，光電三極管收不到光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)；當(dāng)有煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后，對(duì)光線向各個(gè)方向散射，使部分光線照射到光電三極管上，其阻值變小，與傳感器連接的電路檢測(cè)到這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)．第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日

光電傳感器:

光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管。如果是光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的。如自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等都是利用了光電傳感器的原理。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

例2.如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于Ω檔，用光照射光敏電阻時(shí)表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣取?，則可判斷（）A.θ′=θB.θ′<θC.θ′>θD.不能確定θ和θ的關(guān)系′

θB第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日例3.（新教材2003天津理綜）如圖，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A

1.9eVB0.6eVC2.5eVD3.1eV

例4.用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過程。下列屬于這類傳感器的是 （）A．紅外報(bào)警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器AA第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日例5.如圖6－3－3所示為實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測(cè)量車速和行程的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在小車上，C為小車的車輪．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)，由電路記錄和顯示．若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間的脈沖數(shù)n，累積脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)量的物理數(shù)據(jù)車輪的半徑R和齒輪的齒數(shù)P：；小車速度的表達(dá)式為V＝＿＿＿＿＿＿＿；行程的表達(dá)式為s＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿．2πRn/P2πRN/P第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日例6.用如圖示的電磁繼電器設(shè)計(jì)一個(gè)由光敏電阻來控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路。要求是：光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab220V解：光敏電阻受到光照射時(shí)電阻變小，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：將交流電源與路燈接入c、e之間。光暗時(shí)光敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。光亮?xí)r，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強(qiáng)，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日電容傳感器

：

電容器的電容C決定于極板的正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）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，則通過測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，起這種作用的電容器稱為電容式傳感器。

例1.隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭，洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)椋ǎ?/p>

A.改變了濕度

B.改變了溫度

C.改變了磁場(chǎng)

D.改變了電容D第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日例2.圖甲是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是由于C∝S，動(dòng)片與定片間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起S的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量動(dòng)片與定片間的夾角θ

定片θ角度θ圖乙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是由于C∝S，h發(fā)生變化，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成的電容發(fā)生變化，通過測(cè)定C的變化，可以測(cè)量液面高度h的變化。液面高度h金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體h圖丙是測(cè)量

的電容式傳感器，原理是由于C∝1/d，壓力F作用在可動(dòng)電極上，引起極板間距d的變化，通過測(cè)出C的變化，測(cè)量壓力F的變化。壓力F圖丁是測(cè)量