34-用傳感器制作自控裝置、35-用傳感器測磁感應強度-課件

第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測磁感應強度10/17/2023課標定位學習目標：1.了解與傳感器技術相關的物理知識，練習用傳感器制作自動裝置．2．知道什么是磁傳感器，了解霍爾元件的工作原理及如何用霍爾元件測磁感應強度．重點難點：1.實驗的操作．2．加深對傳感器原理的理解．3．干簧管的作用及霍爾元件的工作原理．10/17/2023

第五節(jié)核心要點突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓練課前自主學案課標定位10/17/2023課前自主學案一、應用光敏電阻制作光控自動照明燈電路1．實驗目的了解與傳感器技術相關的物理知識，練習用傳感器制作自動控制裝置．2．實驗器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5MΩ)、燈泡L、萬用表、導線．3．實驗原理10/17/2023圖3－4－1由晶閘管VS與電燈L構成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構成，如圖3－4－1所示．(1)白天自然光較強時，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS門電極處于低電平，VS關斷．10/17/2023(2)當夜幕降臨時，照在RG上的自然光減弱，RG呈高電阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而導通，燈L亮．(3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調整電路的起控點．(4)二極管VD，晶閘管VS的特性①二極管：具有單向導電性．當給二極管加正向電壓時，它的阻值很??；當給二極管加反向電壓時，它的電阻很大．②晶閘管VS：當晶閘管承受反向電壓時，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關斷狀態(tài)．當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極承受正向電壓情況下晶閘管才導通．10/17/20234．實驗步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，調零后，測量電阻R的阻值，檢查R是否符合要求．(2)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，調零后，用兩表筆分別接二極管兩極，然后將兩表筆位置對調．若兩次測量結果一次較小，一次很大，則二極管性能良好．(3)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，紅表筆接晶閘管K極，黑表筆同時接通G、A極，在保持黑表筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極，指針指示幾十10/17/2023歐至一百歐，然后瞬時斷開A極再接通，若指針指示∞位置，則表明晶閘管良好．(4)按照電路圖，將各元件焊接，安裝好．(5)檢查各元件的連接，確保無誤．(6)接通電源，觀察強光照射光敏電阻時和用黑紙包裹光敏電阻時燈泡L的狀態(tài)．二、磁傳感器的原理與應用1．磁傳感器是把________變成______，從而實現(xiàn)對磁感應強度進行測量的．2．霍爾元件：能夠把___________這個磁學量轉換成______這個電學量的裝置．3．用傳感器測磁感應強度時，通電螺線管產(chǎn)生______，其方向符合_______________磁信號電信號磁感應強度電壓磁場右手螺旋定則．10/17/2023核心要點突破一、怎樣理解光控開關的工作原理圖3－4－2圖3－4－2所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.10/17/2023當天黑時，光線變弱，RG電阻變大，串聯(lián)電路中RG分得電壓增大，二極管LED兩端電壓相應增加，當電壓達到一定值時自動發(fā)光．黎明時，光線變強，RG電阻減小，二極管LED兩端電壓相應降低，降低到一定值時自動熄滅，從而使RG電路中起到自動控制電路的作用．10/17/2023即時應用(即時突破，小試牛刀)1．如圖3－4－3是紅外線遙控接收器，甲圖為外形，乙圖為電路，電路中G為紅外線接收頭OUT，LED為發(fā)光二極管，R為電阻，阻值約為510Ω，HTD為壓電陶瓷喇叭，當接收頭未接收到紅外線時，接收器不發(fā)聲．當用遙控器對準接收頭(30m以內)發(fā)射紅外線時：圖3－4－310/17/2023(1)會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？(2)接收頭的作用原理是什么？解析：(1)陶瓷喇叭發(fā)出響聲，同時發(fā)光二極管被點亮．(2)接收頭G是接收紅外線的．當未接收到紅外線時，接收頭輸出端為高電平，喇叭不響，二極管不會發(fā)光；當接收頭接收到紅外線時，接收頭輸入端為高電平，輸出端為低電平，喇叭會響，同時二極管會發(fā)光．此實驗是演示紅外線能夠實現(xiàn)遠距離遙控．答案：見解析10/17/2023二、霍爾元件的工作原理是什么？霍爾元件就是利用霍爾效應而設計的一個矩形半導體薄片，在其前、后、左、右分別引出一個電極，如圖3－4－4所示．沿PQ方向通入電流I，垂直于薄片加勻強磁場B，則在MN間會出現(xiàn)電勢差為U，設薄片厚度為d，PQ方向長度為l1，MN方向為l2.薄片中的帶電粒子受到磁場力作用發(fā)生偏轉，使N側電勢高于M側，造成半導體內部出現(xiàn)電場．帶電粒子同時受到電場力作用．當磁場力與電場力平衡時，MN間電勢差達到恒定．10/17/2023圖3－4－410/17/202310/17/2023即時應用(即時突破，小試牛刀)2．磁強計是利用霍爾效應測量磁感應強度的儀器．其原理如圖3－4－5所示，一塊導體高為l，厚為d，分別接有a、b、c、d四個電極，將導體放在如右圖所示的勻強磁場中，當a、b間通過電流I時，在電極c、d接上靈敏度極高的電壓表，測得兩極間的電勢差為U，勻強磁場的磁感應強度B為多少？圖3－4－510/17/202310/17/2023三、干簧管是怎樣起開關作用的？探究：干簧管內部的兩個簧片是軟磁性材料做成的．當它附近有磁場存在時，兩個簧片被磁化而吸引在一起，接通了電路；當磁場消失后，簧片又失去磁性而斷開，所以干簧管是可以用磁場來控制開關的．10/17/2023課堂互動講練類型一自動控制電路

圖3－4－6是一個簡單的磁控防盜報警裝置．門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內與M相對的位置嵌入干簧管H，并且將干簧管接入圖示的電路．睡覺前連接好電路，當盜賊開門時，蜂鳴器就會叫起來．請說明它的工作原理，最好通過實驗模擬這個電路的工作．例1圖3－4－610/17/2023【精講精析】當門閉著時，永磁體使干簧管接通，斯密特觸發(fā)器輸入端與電源負極相連，處于低電平，則輸出端為高電平，故蜂鳴器不發(fā)聲；當開門時，沒有永磁體作用，干簧管不通，斯密特觸發(fā)器輸入端為高電平，則輸出端為低電平，則蜂鳴器通電，發(fā)聲報警．【答案】見精講精析10/17/2023類型二傳感器的創(chuàng)新與設計

車床在工作時是不允許將手隨便接近飛轉的工件的，為了防止萬一，設計了下面的光電自動制動安全電路，只要人手不小心靠近了工件，機器就自動停轉，請簡述其工作原理．(圖3－4－7中的A為車床上的電動機；B為隨電動機高速轉動的工件；C為光源，它發(fā)出的光照到光敏電阻D上；E為電磁鐵；F為銜鐵；G為電源；H為彈簧)例2圖3－4－710/17/2023【精講精析】當手在C、D間靠近工件時，遮擋住射向光敏電阻的光，光敏電阻的阻值迅速變大，電路中的電流減小，使電磁鐵磁性減弱從而放開銜鐵，造成電動機斷路，使工件停轉以保證安全．【答案】見精講精析10/17/2023【方法總結】光傳感器是重要的傳感器之一，人們利用硫化鎘對可見光敏感的特性，制作路燈自動開關、光照自動調節(jié)裝置等自控設備；利用某些半導體材料對紅外光敏感的特性，制作遙控設備，廣泛應用在電視機、錄像機、空調、影碟機等家用電器的操作中，由于對紅外光敏感的元件對可見光不敏感，用它制作的裝置不受可見光影響，因此它的應用十分廣泛．10/17/2023類型三

霍爾效應

如圖3－4－8所示，厚度為h，寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關系為

，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一例310/17/2023側會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場．橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力．當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩側面之間會形成穩(wěn)定的電勢差．設電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e.回答下列問題：(1)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側面A的電勢________下側面A′的電勢(填“高于”“低于”或“等于”)．10/17/202310/17/202310/17/2023【答案】見自主解答【方法總結】本題是討論霍爾效應的題目，霍爾元件可以制成多種傳感器，由于霍爾元件很小，它可以用來制作探測磁場的探頭，還可以應用在其他與磁場有關的自動控制系統(tǒng)中，因而霍爾元件也叫磁敏元件．10/17/2023變式訓練(單選)如圖3－4－9所示，截面為矩形的金屬導體，放在磁場中，當導體中通有圖示電流時，導體上下表面的電勢有什么關系(

)A．UM>U