高中物理 第3章 传感器章末归纳提升课件 教科版选修32.ppt

1 光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化 光照增强电阻减小 光照减弱电阻增大 2 金属热电阻金属热电阻的电阻率随温度升高而增大 3 热敏电阻热敏电阻有正温度系数 负温度系数两种 正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大 负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小 常见敏感元件及其特性 4 电容平行板电容器的电容与极板面积 极板间距及电介质材料有关 电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息 并将其转化为电容变化 例如 当极板受力时会改变极板间距 从而引起电容变化 图3 1 当键被按下时 此小电容器的电容发生变化 与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了 从而给出相应的信号 设每个金属片的正对面积为50mm2 键未被按下时两金属片间的距离为0 6mm 如果电容变化了0 25pf 电子线路恰能检测出必要的信号 则键至少要被按下 mm 答案 0 15 1 如图3 2为某一热敏电阻 电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的i u关系曲线图 图3 2 1 为了通过测量得到如图所示i u关系的完整曲线 在图3 3甲和乙两个电路中应选择的是图 简要说明理由 电源电动势为9v 内阻不计 滑动变阻器的阻值为0 100 甲乙3 3 2 在如图3 4所示电路中 电源电压恒为9v 电流表读数为70ma 定值电阻r1 250 由热敏电阻的i u关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 v 电阻r2的阻值为 3 举出一个应用热敏电阻的例子 3 4 答案 1 甲因为甲电路电压可从0v调到所需电压 电压调节范围大 2 5 0117 6 3 恒温箱 自动孵化器 热敏温度计等 任选一例 1 红外线传感器红外线传感器接收携带着信息的红外线 转换成电信号 从而得知辐射源的相关参数或信息 自然界几乎所有的物体都能辐射波长在0 76 m 1000 m的电磁波即红外线 因此红外线传感器不仅被广泛用于航空摄影 卫星遥感遥测等高科技领域 也被广泛用于日常生活中 自动门 生命探测器 非接触式红外测温仪 家电遥控系统以及防盗 防火报警器等均使用了红外线敏感传感器 日常生活中常见的传感器 自动门就应用了红外线传感器 自动门的工作流程如图所示 当有人接近自动门时 传感器接收到人体发出的红外线 产生电压输出信号 信号经过电路处理后 使定时器工作 由定时器构成的电路使继电器通电 自动门电动机转动 门自动打开 当人通过自动门几秒钟后 定时器又使继电器断电 自动门电动机反转 门自动关闭 2 压力传感器全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器 图3 5 a 中1和2分别是洗衣机的外筒和内筒 3是气室 4是传感器的膜盒 气室下部与外筒连通 上部与软管 传感器的膜盒连通 向内筒中注水时 水通过内筒壁上的小孔流入外筒 部分水进入气室 气室内被密封的空气压强增大 使传感器的膜片向上凸起如图 b 所示 当筒中水位到达设定的高度时 凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离 并与静触点c接触 从而接通控制电路 关闭进水电磁阀门 接通洗涤电动机电源 开始洗涤衣物 图3 5 3 电脑中的传感器电脑常用的两种温度传感器 热敏电阻传感器和集成温度传感器 以下是这两种温度传感器的工作原理 1 热敏电阻传感器热敏电阻传感器按温度对电阻变化的影响一般可分为正温度系数热敏电阻 负温度系数热敏电阻 以及临界温度系数热敏电阻 正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度下发生急剧变化 适用于温度检测或控制 负温度系数热敏电阻主要为氧化锰 氧化钴 氧化镍 氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体 这些金属氧化物材料都具有半导体性质 当温度较低时 半导体内的电子 空穴对数目较少 因此电阻较高 当温度升高时 热敏电阻内的电子 空穴对数目增加 因此导电率增加 电阻值下降 2 集成温度传感器集成温度传感器是目前电脑普遍采用的温度传感器 具有精确度高 响应速度快 体积小 功耗低 软件界面控制方便等优点 温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流源和adc 集成温度传感器的工作原理是利用半导体pn正向导通 使电压与温度变化呈反向线性关系 所以后续处理电路可将正向导通电压变化趋势图线表述为被测温度的变化趋势 4 酒精浓度测试仪机动车驾驶员酒后驾车 极易发生道路交通事故 严重危害交通安全和人身财产安全 怎样才能判定驾驶员酒后驾车呢 人饮酒后 酒精通过消化系统被人体吸收 经血液循环 约有90 的酒精通过肺部呼气排出 因此测量呼气的酒精含量就可以判断其饮酒程度 我国已制成对低浓度酒精有高灵敏性的酒精传感器 交通警察使用这样的酒精传感器就能迅速 准确地检查出机动车驾驶员是否酒后驾车 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测 它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化 在如图3 6甲所示的电路中 不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻 这样 显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系 观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标 有一种氧化锡传感器 其技术资料中给出的是电导 即电阻的倒数 浓度曲线如图乙 电压表示数u0与一氧化碳浓度c之间的对应关系正确的是 甲乙图3 6 解析 当一氧化碳浓度增大时 传感器的电导增大 电阻r传减小 由闭合电路欧姆定律知 电路中的电流i e r0 r r传 r 增大 电压表的示数u0 ir0 er0 r0 r r传 r 增大 故c d错误 由题图知 传感器的电导与浓度成正比 传感器的电阻r传与浓度成反比 但电压表的示数u0与传感器的电阻r传并不成正比关系 所以 电压表示数u0与一氧化碳浓度c之间的关系图线并不是直线 a错 答案为b 答案 b 2 传感器担负着信息的采集任务 在自动控制中发挥着重要作用 传感器能够将感受到的物理量 如温度 光 声等 转换成便于测量的量 通常是电学量 例如热敏传感器 主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻 热敏电阻阻值随温度变化的图线如图3 7甲所示 图乙是由热敏电阻rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图 问 甲乙图3 7 1 为了使温度过高时报警铃响 c应接在 填 a 或 b 2 若使启动报警的温度提高些 应将滑动变阻器滑片p向 移动 填 左 或 右 3 如果在调试报警器达最低报警温度时 无论如何调节滑动变阻器滑片p都不能使报警器工作 且电路连接完好 各电路元件都能处于工作状态 则造成工作电路实际不能工作的原因可能是 解析 1 由图甲可知当温度升高时rt的阻值减小 通过线圈的电流变大 线圈的磁通量变大 对衔铁的引力变大 可与a点接触 欲使报警器报警 c应接在a点 2 若使启动报警的温度提高些 可使电路的相对电流减小一些 以使得热敏电阻rt的阻值减小的更大一些 所以将滑动变阻器滑片p向左移动 增大滑动变阻器接入电路的阻值 3 在调试报警器达最低报警温度时 无论如何调节滑动变阻器滑片p