傳感器應(yīng)用(一)x

傳感器的應(yīng)用(一)傳感器應(yīng)用的一般模式：一.力電傳感器的應(yīng)用——電子稱閱讀教材，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？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)量練習(xí).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

例1：（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，帶動滑動變阻器的金屬滑桿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運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B.物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C.物體M不動時，電路中沒有電流D.物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)B例2:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件是加速度計。加速度計的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度?；瑝K上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度（）

A.方向向左，大小為kS/mB．方向向右，大小為kS/mC．方向向左，大小為2kS/mD.方向向右，大小為2kS/m01010UPD(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，當導(dǎo)彈以加速度a沿水平方向運動時，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3：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)想實驗中可能會出現(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。例題4：（風(fēng)力測定儀）如圖所示為一種測定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中P為金屬球，懸掛在一細長裸金屬絲下面，O是懸掛點，R0是保護電阻，CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細金屬絲始終保持良好接觸，無風(fēng)時細金屬絲與電阻絲在C點接觸，此時電路中的電流為I，有風(fēng)時細金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度θ（θ與風(fēng)力大小有關(guān)），細金屬絲與電阻絲在C/點接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的質(zhì)量為M，電阻絲單位長度的電阻為k，電源內(nèi)電阻和細金屬絲電阻均不計，金屬絲偏轉(zhuǎn)θ角時，電流表的示數(shù)為I/，此時風(fēng)力大小為F，試寫出：R0OPDC/θCA電源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此裝置所測定的最大風(fēng)力是多少？例5:可測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號，成為飛機、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、自然長度為l，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計。滑動變阻器總長也為l

，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時P在B點，當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，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x,則kx=mω2(l+x)∴x=mω2l／(k-m

ω2)設(shè)滑動變阻器單位長度的電阻為r1

U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2

／(k-m

ω2)

例6、將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，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動。當箱以a=2.0m/s2的加速度豎直向上做勻減速運動時，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，試判斷箱的運動情況。(2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？m原來（1）（2）解：m向上做勻減速運動a向下a=2m/s2F=10NF1=6Nmgamg+F1-F=mam=0.5kg上頂板示數(shù)是下底板示數(shù)的1/2彈簧長度不變F=10NF2=5NFmgF2a2mg+F2-F=ma2a2=0靜止或勻速運動上頂板示數(shù)為零，則彈簧變短，F(xiàn)≥10NF3=0Fmga3F–mg=ma3a3≥10m/s2向上加速或向下減速，加速度a≥10m/s2。二.聲傳感器的應(yīng)用——話筒

（1）話筒的作用是什么？

（2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。閱讀教材并思考聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號

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)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(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)點是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？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：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：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。三．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗

思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？（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)溫旋鈕來實現(xiàn)的？本節(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行自動控制．一.力電傳感器的應(yīng)用

力電傳感器主要是利用敏感元件和變阻器把力學(xué)信號（位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號（電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。1.測質(zhì)量2.測力3.測物體加（角）速度4.測位移二.聲傳感器的應(yīng)用——話筒

聲電傳感器是指將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的一類傳感器，常見的電容式話筒和動圈式話筒都是聲電傳感器。例題：（2003上海試題）唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｏ铝姓f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膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B金屬板金屬膜振動膜外電路圖5例題：如圖是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（）（A）距離變化（B）正對面積變化（C）介質(zhì)變化（D）電壓變化A三.熱電傳感器U形動觸片靜觸片氖泡圖1熱電傳感器是指將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號的一類傳感器，一般有兩類：一類是隨溫度變化引起傳感器中某個組件形狀的變化（如熱脹冷縮）達到轉(zhuǎn)換信號的目的；還有一類是隨溫度變化引起電阻的變化（如半導(dǎo)體材料中熱敏電阻隨溫度升高電阻減?。┻_到轉(zhuǎn)換信號的目的。日光燈的啟動器也可看成是一個熱敏傳感裝置，它的熱敏功能器是雙金屬片，你能說出啟動器的工作原理嗎？解析：日光燈啟動器結(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，U動觸片向里收縮，離開觸點，切斷電路。電慰斗雙金屬片溫度傳感器的作用:控制電路的通斷.P63思考與討論電飯鍋1.居里點2.P66思考與討論

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．當其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1不變D．當其發(fā)熱功率等于散熱功率時，溫度保持在t1

到t2之間的某一值不變t/℃Rt2t1AD

用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，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、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab解：光敏電阻受到光照射時電阻變小，將光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、滑動變阻器、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。220V

光暗時光敏電阻值大，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，吸住銜鐵，電路ce處斷開，燈滅。03年上海高考18、

圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了通過測量得到圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線，在圖2