6-2.传感器的应用(一)(二)

传感器的应用(一、二)精选课件传感器应用的一般模式传感器电信号微弱放大转换电路执行机构显示器计算机系统精选课件一.力传感器电子秤金属梁形变（力学量）电压（电学量）转换精选课件机理半导体材料应变片金属梁上下表面各贴一个应变片自由端受到向下压力梁发生弯曲上表面拉伸下表面压缩R增大R减小片应变F越大应变片中R变化越大I恒定输出电压差大精选课件【例1】某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力〔比例系数为k〕如下图，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有以下器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、电键及导线假设干、待测物体〔可置于力电转换器的受压面上〕。请完成对该物体的测量m。〔1〕设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。〔2〕简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。〔3〕请设想实验中可能会出现的一个问题。力电转换器受压面_++_输出输入精选课件力电转换器受压面_++_V(1)电路设计(2)测量步骤调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1。得k=U0/m0g由U0=km0g得m=m0U1/U0

由U1=kmg(3)可能出现的问题因电源电压不够而输出电压调不到零待测物体质量超出转换器量程精选课件二.声传感器动圈式话筒膜片声波趋动下平衡位置附近振动线圈振动线圈中磁通量周期性变化周期性变化的感应电流精选课件绝缘支架电容式话筒薄金属膜M固定电极N构成电容器充电直流电源膜片M声波趋动振动电容变化电容器充电放电电路中形成变化电流R两端输出与声音规律相同的电压精选课件驻极体话筒2.7kΩERCSD6V10μF驻极体话筒输出工作电路由内部的柱极体塑料膜感受声波工作原理与电容话筒类似特点体积小重量轻价格廉价灵敏度高注:电介质在电场中的极化现象。撤去电场后，长期保持被极化状态的材料称之为驻极体。精选课件例2唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号.以下说法正确的选项是()

A.该传感器是根据电流的磁效应工作的B.该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势B精选课件例3电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如下图,Q是绝缘支架,M是薄金属膜和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,当膜片向右运动的过程中有〔〕A电容变大B电容变小C导线AB中有向左的电流D导线AB中有向右的电流AC精选课件金属板金属膜振动膜外电路例4如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的〔〕A距离变化B正对面积变化C介质变化D电压变化A精选课件三.温度传感器电熨斗原理图双金属片温控原理精选课件问题1:常温下，上、下触点应是接触的还是别离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，那么双金属片向下弯曲，使触点别离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．精选课件问题2:熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，到达控制在不同温度的目的．精选课件例5如下图，图甲为热敏电阻R—t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱控制电路，继电器线圈的电阻为150Ω。当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池电动势ε=6V，内阻不计。图中的“电源〞是恒温箱加热的电源。(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？(2)如果要使恒温箱内的温度保持1000C，可变电阻R′的值应调节为多少？精选课件解答：(1)A、B端。RG

(2)由图甲知，t=100℃时R=50Ω继电器电路中电流在100℃时:

I=

其中为继电器的电阻代入数据解得:R

ε

+RG

+R′R′=100Ω精选课件

例6如图甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1

=20kΩ，R2

=10kΩ，R3

=40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在______℃．精选课件解答：设电路两端电压为为U，当Uab=0时，有：UR1+R2R1=URtR3+R3解得Rt

=20kΩ查图乙可知，当Rt

=20kΩ时，t=35℃精选课件冰箱温度控制器M1测温泡2细管3弹性金属盒4弹簧片5动触点6静触点7拉杆8凸轮9连杆冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在到达设定的低温时拉簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．精选课件电饭锅感温铁氧体感温材料氧化锰、氧化锌氧化铁粉末混合居里点常温下有磁性约1030C时，失去磁性结构图示开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。精选课件例7有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如下图电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，以下说法正确的选项是〔〕A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻ABAC精选课件例8如下图是一种热敏电阻〔PTC元件〕的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能．常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定电压下，那么()A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1到t2之间的某一值不变t/℃Rt2t1AD精选课件测温仪各种数字式温度计测温元件热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等可以实现远距离测温度实现数据采集、处理、画图的智能化功能精选课件非接触式红外测温仪由于物体的温度不同，发射红外线的情况也不同，因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温．热电偶T1T2mAT1≠T2精选课件四.光传感器鼠标器滚球、滚轴与码盘、红外发射管与红外接收管部件当鼠标在桌面上滚动时，滚球的运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号。计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移。原理精选课件火灾报警器烟雾散射式火灾报警器结构原理在没有发生火灾时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。原理工作精选课件

例9如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是

，小车速度的表达式为v=

；行程的表达式为S=

。精选课件解答:分析：光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮〔或车轮〕的转动有关，也就与速度和行程有关。车行驶速度在数值上等于车轮绕轴转动的线速度即v=2πRf

(R为车轮半径，f为转速

)被B接收到，则f=若D的齿轮数为Q，则车轮转一圈有Q个光脉冲nQ2πRn，则车速v=Q车的行程S=vt，其中t=NnQ2πRNQ，则S=由上可知还需测量的量是：车轮半径R和D轮齿轮数Q

精选课件例10计算机光驱的主要部件是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出来相应的信息。光敏电阻的自动计数示意图如下图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的根本工作原理是〔〕A当有激光照射R1时，处理系统获得高电压B当有激光照射R1时，处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次信号处理系统R2R1激光AD精选课件测力测物体加速度测物体角速度测位移拓展性研究精选课件如下图为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ〔θ与风力大小有关〕，细金属丝与电阻丝在C′点接触，风力方向水平向左，OC=h，CD=l，球的质量为m，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I′，此时风力大小为F，试写出：(1)风力大小F与θ的关系式.(2)风力大小F与电流表示数I′的关系式.PC′AOR0CDθ精选课件解答：(1)小球P受力如下图。mg

FTθ根据平衡条件，风力F=mgtanθ(2)设电源电动势为E，BC长为x，根据闭合电路欧姆定律得：E=I(R0+kl)E=I′(R0+kx)由几何关系有：x=htanθx=R0+klI′I—R0k—kF=R0+klI′I—R0kkmghh)(所以解得F与I′的关系式为:精选课件惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理的示意图如图示，沿导弹长度方向按装的固定光滑杆上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为S，那么这段时间内导弹的加速度〔〕A.方向向左，大小为kS/mB．方向向右，大小为kS/mC．方向向左，大小为2kS/m

D.方向向右，大小为2kS/m01010UPD精选课件若电位器（可变电阻）总长度为l，其电阻均匀，两端接在稳压电源U0上，当导弹以加速度a沿水平方向运动时，与滑块连接的滑动片P产生位移，此时可输出一个电信号U，作为导弹惯性制导系统的信