高三第二輪專題復(fù)習(xí)18傳感器的簡單應(yīng)用省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎?wù)n件市賽課一等獎?wù)n件

傳感器簡單應(yīng)用1/28傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理電學(xué)量（如電壓、電流、電容等）一個組件，起自動控制作用。普通由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，如：一、傳感器含義非電物理量轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量二、傳感器分類1.力電傳感器

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）儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會生產(chǎn)、當代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機、潛艇和宇宙飛船上慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及ABS防抱死制動系統(tǒng)等。2/28（1）測物體質(zhì)量EPASBR0APASBR0VEPASBR0VE3/28（2）測物體加（角）速度

例題：加速度計是測定物體加速度儀器，它已成為導(dǎo)彈、飛機、潛艇后宇宙飛船制導(dǎo)系統(tǒng)信息源。如圖為應(yīng)變式加速度計示意圖，當系統(tǒng)加速時，加速度計中敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件由彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端滑動臂可在滑動變阻器R上自由滑動，當系統(tǒng)加速運動時，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號輸出，已知：敏感元件質(zhì)量為m，兩彈簧勁度系數(shù)為k，電源電動勢為E，內(nèi)電阻不計，滑動變阻器總電阻為R，有效長度為L，靜態(tài)時輸出電壓為U0。試求加速度a與輸出電壓U關(guān)系式。敏感元件輸出信號ER①滑動觸頭左右移動過程中，電路中電流怎樣改變？②若車加速度大小為a，則兩彈簧形變量是多少？③求加速度a與輸出電壓U關(guān)系式4/28角速度計（2）測物體加（角）速度

可測量飛機、航天器、潛艇轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所表示。當系統(tǒng)繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A發(fā)生位移并輸出對應(yīng)電壓信號，成為飛機、衛(wèi)星等制導(dǎo)系統(tǒng)信息源。已知A質(zhì)量為m，彈簧勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電源電動勢為E、內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵骺傞L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電阻為r1

U=IRx=Exr1/

lr1=Ex/l∴U=Emω2／(k-m

ω2)返回5/28例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)主要元件是加速度計。加速度計結(jié)構(gòu)和原理示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長度方向按裝固定光滑桿上套一個質(zhì)量為m滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k彈簧相連，兩彈簧另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度。滑塊上有指針，可經(jīng)過標尺測出滑塊位移，然后經(jīng)過控制系統(tǒng)進行制導(dǎo)。1.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點距離為S，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈加速度（）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/mD01010UP6/282.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)信息源，為控制導(dǎo)彈運動狀態(tài)輸入信息，試寫出U與a函數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解：a=2kS/m∴S=ma/2kU=U0Rx/R=U0S/L=maU0/2kL=mU0a/2kL∝a7/28（3）測力例題：（風(fēng)力測定儀）如圖所表示為一個測定風(fēng)作用力儀器原理圖，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是水平放置光滑電阻絲，與懸掛小球細金屬絲一直保持良好接觸，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)力大小相關(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，球質(zhì)量為M，電阻絲單位長度電阻為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，電流表示數(shù)為I/，此時風(fēng)力大小為F，試寫出：①風(fēng)力大小F與θ關(guān)系式；②風(fēng)力大小F與電流表示數(shù)I/關(guān)系式。

③此裝置所測定最大風(fēng)力是多少？R0OPDC/θCA電源8/28（4）測位移例題：（上?？碱}）演示位移傳感器工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器金屬滑桿p，經(jīng)過電壓表顯示數(shù)據(jù)，來反應(yīng)物體位移大小x。假設(shè)電壓表是理想，則以下說法正確是()A.物體M運動時，電源內(nèi)電流會發(fā)生改變B.物體M運動時，電壓表示數(shù)會發(fā)生改變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)B9/282。熱電傳感器

熱電傳感器是利用熱敏電阻阻值會隨溫度改變而改變原理制成，如各種家用電器（空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機、電飯煲等）溫度控制、火警報警器、恒溫箱等。例題：如圖是一火警報警一部分電路示意圖。其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成傳感器，電流表為值班室顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器電流I、報警器兩端電壓U改變情況是（

）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R1R2R3AabEr

解：出現(xiàn)火情時溫度升高，R2減小，R總減小，I總增大，Uab減小，U并減小，IA減小，B10/28３.光電傳感器

光電傳感器中主要部件是光敏電阻或光電管。假如是光敏電阻阻值隨光照強度改變而改變原理制成。如自動沖水機、路燈控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器原理。例題：（新教材天津理綜）如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV一束光照射陰極P，發(fā)覺電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)整滑線變阻器，發(fā)覺當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料逸出功為()A.

1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV

解：反向截止電壓為0.60V，EKm=0.60eVW=hν-EKm=2.5-0.6=1.9eVA11/284.聲電傳感器

例題：（上海試題）唱卡拉OK用話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一個是動圈式，它工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小金屬線圈，線圈處于永磁體磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。以下說法正確是()A該傳感器是依據(jù)電流磁效應(yīng)工作B

該傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作C膜片振動時，穿過金屬線圈磁通量不變D膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢B12/285.電容式傳感器

電容器電容C決定于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間電介質(zhì)這幾個原因。假如某一物理量（如角度、位移、深度等）改變能引發(fā)上述某個原因改變，從而引發(fā)電容改變，則經(jīng)過測定電容器電容就能夠確定上述物理量改變，起這種作用電容器稱為電容式傳感器。圖甲是測量

電容式傳感器，原理是

。

定片θ甲角度θ因為C∝S，動片與定片間角度θ發(fā)生改變時，引發(fā)S改變，經(jīng)過測出C改變，測量動片與定片間夾角θ圖乙是測量

電容式傳感器，原理是

。金屬芯線電介質(zhì)導(dǎo)電液體乙h液面高度h因為C∝S，h發(fā)生改變，金屬芯線和導(dǎo)電液體組成電容發(fā)生改變，經(jīng)過測定C改變，能夠測量液面高度h改變。13/28圖丙是測量

電容式傳感器，原理是

。

固定電極可動電極F丙壓力F因為C∝1/d，壓力F作用在可動電極上，引發(fā)極板間距d改變，經(jīng)過測出C改變，測量壓力F改變。圖丁是測量

電容式傳感器，原理是

。

極板電介質(zhì)丁x位移x因為C伴隨電介質(zhì)進入極板間長度發(fā)生改變，經(jīng)過測出C改變，測量位移x改變。14/28題目：伴隨生活質(zhì)量提升，自動干手機已進入家庭，洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為（）A.改變了濕度B.改變了溫度C.改變了磁場D.改變了電容

D15/286.電感傳感器

電感式傳感器是利用線圈自感或互感改變來實現(xiàn)測量或控制一個裝置，普通要利用磁場作為媒介或利用磁體一些現(xiàn)象。實例：磁性物質(zhì)探測報警器錄音機NS16/28為了測量列車運行速度和加速度大小，可采取如圖所表示裝置，它是由一塊安裝在列車頭底部強磁體和埋設(shè)在軌道地面一組線圈及電流測量儀組成（測量儀未畫出）。當列車經(jīng)過線圈上方時，線圈中產(chǎn)生電流被統(tǒng)計下來，就能求出列車在各位置速度和加速度。假設(shè)磁體端部磁感強度為B=0.004T，且全部集中在端面范圍內(nèi)，與端面垂直，磁體寬度與線圈寬度相同，且都很小，線圈匝數(shù)n=5，長L=0.2m，電阻0.4Ω（包含引線電阻），測試統(tǒng)計下來電流—位移如圖所表示。試求：⑴在離O（原點）30m，130m處列車速度v1和v2大?、萍僭O(shè)列車是勻變速運動，求列車加速度大小17/28i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB解：I=E/R=nBLv/Rv=IR/nBL=0.4I／5×0.004×0.2=100×I在30m處，I1=0.12A∴v1=12m/s在130m處，I2=0.15A∴v2=15m/s∴a=（v22-v12）/2S=0.405m/s218/28例、用如圖示電磁繼電器設(shè)計一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警?？晒┻x擇器材以下：熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。aedcb解：熱敏電阻受到光照射時電阻變小，將熱敏電阻、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a、b端，如圖示：將學(xué)生用電源與電鈴分別接入c、d、e之間。正常時熱敏電阻值大，ab間電流小，磁性弱，ce處于閉合，綠燈亮。有險情時，光敏電阻值小，ab間電流大，磁性強，吸住銜鐵，cd閉合，ce斷開，綠燈滅，電鈴響。19/28練習(xí)、用如圖示電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈試驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮?xí)r燈滅?？晒┻x擇器材以下：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。20/28上海高考18、（7分）圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度改變而改變，且對溫度很敏感)I-U關(guān)系曲線圖。⑴為了經(jīng)過測量得到圖1所表示I-U關(guān)系完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應(yīng)選擇是圖

；簡明說明理由：

。（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器阻值為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I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端電壓為________V；電阻R2阻值為

Ω。⑶舉出一個能夠應(yīng)用熱敏電阻例子：_____________。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)整范圍較大解:⑵I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA由圖1得UR=5.2V5.2R2=(9-5.2)/0.034=111.8Ω111.6—112.0熱敏溫度計21/28如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表選擇開關(guān)置于Ω檔，用光照射光敏電阻時表針偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針偏角變?yōu)棣取洌瑒t可判斷（）A.θ′=θB.θ′<θC.θ′>θD.不能確定θ和θ關(guān)系′θB22/28五、傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，起自動控制作用。如計算機鼠標中有位移傳感器，電熨斗、電飯煲中有溫度傳感器，電視機、錄像機、影碟機、空調(diào)機中有光電傳感器……10．演示位移傳感器工作原理如右圖示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器金屬滑桿p，經(jīng)過電壓表顯示數(shù)據(jù)，來反應(yīng)物體位移大小x。假設(shè)電壓表是理想，則以下說法正確是（）A．物體M運動時，電源內(nèi)電流會發(fā)生改變B．物體M運動時，電壓表示數(shù)會發(fā)生改變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)上海理綜10B23/2811．唱卡拉OK用話筒，內(nèi)有傳感器。其中有一個是動圈式，它工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小金屬線圈，線圈處于永磁體磁場中，當聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。以下說法正確是（） A．該傳感器是依據(jù)電流磁效應(yīng)工作 B．該傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作 C．膜片振動時，穿過金屬線圈磁通量不變 D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢上海理綜11B24/2812．用遙控器調(diào)換電視機頻道過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號過程。以下屬于這類傳感器是 （） A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈聲控開關(guān) C．自動洗