金版教程新课标人教物理2012高三一轮总复习(1).ppt

第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 一、传感器及其组成 1传传感器的定义义：有一些元件能够够感受诸诸如力、温 度、光、声、化学成分等非电电学量，并能把它们们按照一定 的规规律转换转换 成电压电压 、电电流等电电学量，或转换为电转换为电 路的通 断，我们们把这这种元件叫做传传感器它的优优点是：把非电电学 量转换为电转换为电 学量以后，就可以很方便地进进行测测量、传输传输 、处处理和控制了 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 2. 传传感器的组组成：传传感器一般由敏感元件和输输出部分 组组成，通过过敏感元件获获取外界信息并转换为电转换为电 信号，通 过输过输 出部分输输出，然后经过经过 控制器分析处处理 3. 制作传传感器需要的元件： a. 光敏电电阻：当光照增强时时，电电阻阻值值 ； 光照减弱时时，电电阻阻值值能够够把这这 个光学量转换转换 成这这个电电学量 减小 增大 光照强弱 电电阻 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 b. 热热敏电电阻与金属热电热电 阻：能够够把 这这个热热 学量转换为转换为这这个电电学量，热热敏电电阻的阻值值随温度 的升高而，金属热电热电 阻的阻值值随温度的升高而 温度 电电阻 减小 增大 c. 霍尔元件：它能够够把 这这个磁 学量转换为电压这转换为电压这 个电电学量 磁感应应强度 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 d. 应变应变 片：它能够够把物体这这个力学量转换转换 为为这这个电电学量 e. 干簧管：它能够够将 这这个非电电学量转换转换 成 电电路的 f. 双金属片：它能将这这个热热学量转换转换 成电电路 的 形变变 电压电压 磁场场 通断 温度 通断 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 二、传传感器工作原理 三、传传感器的应应用及实实例 1. 力传传感器的应应用电电子秤：它是由 和 组组成的，应变应变 片是一种敏感元件，多 用材料制成 金属梁 应变应变 片 半导导体 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 2. 声传传感器的应应用话话筒：它是一种常用的声传传感 器，其作用是将转换为转换为 3. 温度传传感器的应应用电电熨斗：它装有 传传感器，其作用是 4. 温度传传感器的应应用电饭锅电饭锅 ：它的主要元件是 5. 温度传传感器的应应用测测温仪仪：它可以把 转换转换 成 ，由指针针式仪仪表或数字式仪仪 表显显示出来 测测温仪仪中的测测温元件可以是 、 、热电热电 偶，还还可以是 等 声信号 电电信号 双金属片温度 控制电电路的通断 感温铁铁氧体 温度 电电信号 热热敏电电阻 金属热电热电 阻红红外线线敏感元件 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 6. 光传传感器的应应用鼠标标器、火灾报报警器：机械式 鼠标标器内的码盘码盘 两侧侧分别别装有红红外发发射管和红红外接收管 ，两个红红外管就是两个 ；有的火灾报报警 器是利用烟雾对雾对 光的散射来工作的，其带带孔的罩子内装有 (7)应应用实实例：和. 光传传感器 发发光二极管LED、光电电三极管和不透明的挡挡板 光控开关温度报报警器 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 一、热敏电阻与金属热电阻有哪些区别 项 目 电阻 导电原理 电阻随 温度变化 优点 热敏电阻 自由电子和空 穴等载流子 灵敏度较好 金属热电 阻 自由电子的定 向移动 化学稳定性好 ，测量范 围大 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 二、电电容式传传感器的工作原理 电电容器的电电容决定于极板的正对对面积积S、极板间间距d 、极板间间的电电介质这质这 几个因素如果某一物理量(如角度 、位移x，深度h等)的变变化能引起上述某个因素的变变化， 从而引起电电容的变变化，通过电过电 容的变变化就可以确定上述物 理量的变变化，有这这种用途的电电容器称电电容式传传感器 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 如图图所示是测测量液面高度h的电电容式传传感器在导线导线 芯的外面涂上一层绝缘层绝缘 物质质，放入导电导电 溶液中，导线导线 芯 和导电导电 溶液构成电电容的两个极，导线导线 芯外面的绝缘绝缘 物质质 就是电电介质质液面高度h发发生变变化时时，引起正对对面积发积发 生 变变化，使电电容C发发生变变化知道电电容C的变变化，就可以知 道液面高度h的变变化情况 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 如图图所示是用来测测定角度的电电容式传传感器当动动片 与定片之间间的角度发发生变变化时时，引起极板正对对面积积S的 变变化，则电则电 容C发发生变变化知道电电容C的变变化，就可以知 道的变变化情况 如图图所示是测测定压压力F的电电容式传传感器待测压测压 力F 作用于可动动膜片电电极上的时时候，膜片发发生形变变，使极板 间间距离d发发生变变化，引起电电容C的变变化知道电电容C的变变 化，就可以知道F的变变化情况 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 如图图所示是测测定位移x的电电容式传传感器随着电电介质质 板进进入极板间间的长长度发发生变变化，电电容C发发生变变化，知道 电电容C的变变化，就可以知道x的变变化情况 三、机械式鼠标标 1. 内部构成：滚轮滚轮 、滚轴滚轴 与 码盘码盘 、红红外发发射管与红红外接收管( 光传传感器)，如图图所示 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 2. 工作原理：鼠标标移动时动时 ，滚轮滚轮 运动动通过滚轴带动过滚轴带动 两个码盘转动码盘转动 ，红红外接收管就收到断续续的红红外线线脉冲， 输输出相应应的电电脉冲信号，计计算机分别统计别统计 x、y两个方向 上的脉冲信号，处处理后就使屏幕上的光标产标产 生相应应的位移 . 四、斯密特触发发器的工作原理及其应应用 斯密特触发发器的工作原理：斯密特触发发器是一个性能 特殊的非门电门电 路，当加在它的输输入端A的电压电压 逐渐渐上升到 某个值值(1.6 V)时时，输输出端Y会突然从高电电平跳到低电电平 (0.25 V)，而当输输入端A的电压电压 下降到另一个值值的时时候(0.8 V)，Y会从低电电平跳到高电电平(3.4 V) 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 应应用(一)：光控开关，电电路如下图图所示 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 原理：白天，光强度较较大，光敏电电阻RG阻值较值较 小， 加在斯密特触发发器输输入端A的电压较电压较 低，则输则输 出端Y输输出 高电电平，发发光二极管LED不导导通；当天色暗到一定程度时时 ，RG阻值值增大到一定值值，斯密特触发发器的输输入端A的电压电压 上升到1.6 V，输输出端Y突然从高电电平跳到低电电平，则发则发 光 二极管LED导导通发发光(相当于路灯亮了)，这样这样 就达到了使 路灯天明自动动熄灭灭，天暗自动动开启的目的 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 应应用(二)：温度报报警器，电电路如图图所示 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 原理：常温下，调调整R1的阻值值使斯密特触发发器的输输入 端A处处于低电电平，则输则输 出端Y处处于高电电平，无电电流通过过蜂 鸣鸣器，蜂鸣鸣器不发发声；当温度升高时时，热热敏电电阻RT阻值值 减小，斯密特触发发器输输入端A电势电势 升高，当达到某一值值(高 电电平)时时，其输输出端由高电电平跳到低电电平，蜂鸣鸣器通电电， 从而发发出报报警声，R1的阻值值不同，则报则报 警器温度不同. 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 例1 如图图所示为为某种电电子秤的原理示意图图，AB为为一 均匀的滑动电动电 阻，阻值为值为 R，长长度为为L，两边边分别别有P1、 P2两个滑动头动头 ，P1可在竖竖直绝缘绝缘 光滑的固定杆MN上保持 水平状态态而上下自由滑动动，弹弹簧处处于原长时长时 ，P1刚刚好指 着A端，P1与托盘盘固定相连连，若P1、P2间间出现电压时现电压时 ， 该电压经过该电压经过 放大，通过过信号转换转换 后在显显示屏上将显显示物 体重力的大小已知弹弹簧的劲劲度系数为为k，托盘盘自身质质量 为为m0，电电源电动势为电动势为 E，内阻不计计，当地的重力加速度 为为g.求： 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 (1)托盘盘上未放物体时时，在托盘盘自身重力作用下，P1离 A的距离x1； (2)托盘盘上放有质质量为为m的物体时时，P1离A的距离x2； 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 (3)在托盘盘上未放物体时时通常先校准零点，其方法是： 调节调节 P2，使P2离A的距离也为为x1.从而使P1、P2间间的电压电压 为为零校准零点后，将物体m放在托盘盘上，试试推导导出物体 质质量m与P1、P2间间的电压电压 U之间间的函数关系式 解析 托盘盘的移动带动动带动 P1移动动，使P1、P2间间出现现 电势电势 差，电势电势 差的大小反映了托盘盘向下移动动距离的大小 ，由于R为为均匀的滑线电线电 阻，则则其阻值值与长长度成正比 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 说明 分析清楚力电传感器的工作原理，明确装置 是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的 关键. 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 例2 如图图所示，R1、R2为为定值电值电 阻，R3为为滑动变动变 阻 器.3个电电阻采用如图图(a)方式接在电动势电动势 8 V、内阻r1 的电电源上现现利用石墨烯烯做成电压传电压传 感器和电电流传传感 器研究R3上的电压电压 与电电流的变变化关系，任意滑动动R3上的 滑片，通过过数据采集器将电压电压 与电电流信号输输入计计算机后 ，在屏幕上得到的UI图线为图线为 如图图(b)所示的一条直线线(实实 线线部分)试试求： 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 (1)R1的阻值值； (2)R2的阻值值； (3)R3的最大阻值值 解析 (1)由图图(b)可知，电压传电压传 感器的电压为电压为 0的时时 间间，电电流传传感器的电电流为为2 A，此时时R2的阻值为值为 零，有 I/(R1r) 解得R13 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 例3 如图图所示，某同学设计设计 了一个路灯自动动控制门门 电电路，天黑了，让让路灯自动动接通，天亮了，让让路灯自动动熄 灭灭图图中RG是光敏电电阻，当有光线线照射时时，光敏电电阻的 阻值值会显显著减小R是可调电调电 阻，起分压压作用，J为为路灯 总总开关控制继电继电 器(图图中未画路灯电电路) 第十章 交变电变电 流 传传感器 人 教版理物 (1