高中物理 6.2 传感器的应用课件 新人教版选修32 (2).ppt

2传感器的应用 1 力传感器了解电子秤的组成 敏感元件及工作原理 2 温度传感器了解电熨斗 电饭锅的敏感元件及工作原理 3 光传感器了解火灾报警器的组成及工作原理 1 2 1 传感器应用的一般模式传感器输出的电信号相当微弱 难以带动执行机构去实现控制动作 因此要把这个电信号放大 如果需要远距离传送 可能还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰 用图表示为 1 2 2 应用实例 1 力传感器的应用 电子秤 组成 由金属梁和应变片组成 敏感元件 应变片 1 2 工作原理 如图所示 弹簧钢制成的梁形元件右端固定 在梁的上下表面各贴一个应变片 左梁的自由端施力f 则梁发生弯曲 上表面拉伸 下表面压缩 上表面应变片的电阻变大 下表面应变片的电阻变小 f越大 弯曲形变越大 应变片的阻值变化就越大 如果让应变片中通过的电流保持恒定 那么上面应变片两端的电压变大 下面应变片两端的电压变小 传感器把这两个电压的差值输出 外力越大 输出的电压差值也就越大 由电压差值的大小 即可得到外力f的大小 其工作原理可简记为 1 2 作用 应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 2 温度传感器的应用 电熨斗 敏感元件 双金属片 它由两种膨胀系数不同的材料组成 作用 双金属温度传感器的作用是控制电路的通断 原理 电熨斗的自动控温原理图 1 2 如图所示 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 上部金属膨胀系数大 下部金属膨胀系数小 则双金属片向下弯曲 使触点分离 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 1 2 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钉 升降螺钉带动弹性铜片升降 从而改变触点接触的难易 达到在不同温度控制通断的目的 若我们需要提高电熨斗的自动控制温度 应该如何操作 提示 调节调温旋钮使升降螺钉适当下移 3 温度传感器的应用 电饭锅 主要元件及特点 电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体 它的特点是常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 但是上升到约103 时 就失去了磁性 不能被磁体吸引了 这个温度在物理学中称为该材料的 居里温度 或 居里点 1 2 结构 电饭锅的结构如图所示 工作原理 开始煮饭时压下开关按钮 由于常温下感温铁氧体具有铁磁性 永磁体将吸引感温磁体 因此手松开后这个按钮不会恢复到图示位置 这时电饭锅处于加热状态 煮饭水沸腾时 水的温度保持沸点不变 当饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度上升 当温度超过103 时 感温铁氧体失去铁磁性 由于弹簧的作用 按钮开关将恢复到如图所示的位置 切断加热电源 1 2 如果用电饭锅烧水 水沸腾后 能否自动断电 提示 不能 因为水沸腾后水温保持100 不变 达不到感温铁氧体的 居里温度 故不能自动断电 只有水烧干后 温度升高到103 才能自动断电 4 光传感器的应用 火灾报警器 组成 如图为烟雾散射式火灾报警器的结构和原理示意图 它主要由发光二极管 光电三极管和不透明的挡板组成 1 2 工作原理 利用烟雾对光的散射来工作的 平时光电三极管收不到led发出的光 呈现高电阻状态 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 1 2 1 如何分析传感器的工作原理传感器问题具有涉及的知识点多 综合性强 能力要求高等特点 而传感器的形式又多种多样 原理较难理解 分析时 搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键 1 感受量分析 要明确传感器所感受的物理量 如力 热 光 磁 声等 2 输出信号分析 明确传感器的敏感元件 分析它的输入信号及输出信号 以及输入信号与输出信号间的变化规律 1 2 3 电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构 在熟悉常用电子元件工作特点的基础上 分析电路输出信号与输入信号间的规律 4 执行机构工作分析 传感器的应用 不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程 还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程 1 2 2 双金属片的工作原理双金属片是一种温度传感器 它是日光灯 电熨斗中的重要温控元件 双金属片由两种热膨胀系数不同的材料组成 如图甲所示 在常温下两种金属片的长度相等 当温度降低时 由于上层金属片材料的热膨胀系数较大 其长度缩短得较多 因此双金属片向上弯曲 图乙 当温度升高时 上层长度大于下层长度 双金属片向下弯曲 图丙 1 2 例如 日光灯启动器中的u形动触片就是由双金属片制成的 如图所示 通常 动 静触片间不接触 有一小缝隙 双金属片受热时 两层金属膨胀的程度不同 内层的膨胀多些 会使u形动触片稍稍伸开一些 而与静触片接触 当双金属片处于常温下 u形动触片冷却收缩 两个触片分离 双金属片就是温度传感器 这种传感器的作用是控制电路的通断 类型一 类型二 类型三 类型一力传感器的应用 例题1 如图 一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图 薄金属片p固定有4个可以形变的电阻r1 r2 r3 r4 如图乙 图甲是它的侧面图 这4个电阻连成的电路如图丙所示 试回答下列问题 1 开始时金属片中央o点未加任何压力 欲使电压表无示数 则4个电阻应满足怎样的关系 2 当o点加一个压力f后发生形变 这时4个电阻也随之发生形变 形变后各电阻阻值大小如何变化 类型一 类型二 类型三 点拨 电压表无示数也就是a b两点等电势 即r1与r2的分压情况和r3与r4的分压情况完全相同 解析 1 本问题是求电路a b两点的电压与4个电阻的关系 由于电压表的电阻可以看作无穷大 因此本电路是r1与r2串联 r3与r4串联 然后它们再并联 设上面部分电流为i上 下面部分电流为i下 要使a点电势等于b点电势 则应有电阻r1上的电压等于r3上的电压 电阻r2上的电压等于电阻r4上的电压 即i上r1 i下r3 i上r2 i下r4 2 当o点加垂直于金属片的压力后 金属片发生形变 由于电阻是固定在金属片上的 因此r1 r4被拉长 r2 r3被拉宽 即r1 r4增大 r2 r3减小 这时a b两点电势不再相等 类型一 类型二 类型三 答案 2 r1 r4增大 r2 r3减小 题后反思分析传感器类问题 一要注意传感器感受到的是什么物理量 二要注意敏感元件输出哪种电信号 触类旁通例题1中 电阻变化后 电路的a b两点哪点电势高 答案 a点 类型一 类型二 类型三 类型二温度传感器的应用 例题2 如图 电熨斗的结构图 它装有双金属片温度传感器 其作用是控制电路的通断 常温下图中上下触点是 选填 接触 或 分离 的 当温度升高时 双金属片 选填 上层 或 下层 膨胀比另一层大 若需要设定更高的温度 则应该向 选填 上 或 下 调节升降螺钉 类型一 类型二 类型三 点拨 熟知电熨斗的结构 明确电熨斗的工作原理是处理此类问题的关键 解析 常温下 上下触点应当是接触的 但温度过高时 由于双金属片受热膨胀系数不同 上层金属膨胀大 下层金属膨胀小 则双金属片向下弯曲 使触点分离 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 若要设定不同的温度 需通过调温旋钮调节升降螺钉 带动弹性铜片升降 达到设定临界温度的目的 若需要设定更高的温度 应向下调节升降螺钉 答案 接触上层下 类型一 类型二 类型三 题后反思电熨斗工作原理的两个易错点 1 不清楚双金属片的工作原理导致出错 应明确双金属片受热膨胀弯曲 切断电源电路 停止加热 冷却后双金属片复原接通电路 开始加热 2 不清楚调温旋钮作用导致出错 应明确旋动旋钮使升降螺钉下移是将电熨斗温度设置成高温 类型一 类型二 类型三 类型三光传感器的应用 例题3 如图所示 电源两端的电压恒定 l为灯泡 r为光敏电阻 d为发光二极管 电流越大 发光越强 且r与d距离不变 下列说法中正确的是 a 当滑片向左移动时 灯泡l消耗的功率增大b 当滑片向左移动时 灯泡l消耗的功率减小c 当滑片向右移动时 灯泡l消耗的功率可能不变d 无论怎样移动滑片 灯泡l消耗的功率不变 类型一 类型二 类型三 点拨 由滑片的移动方向可判断出流过二极管电流的变化情况 即二极管发光强弱的变化情况 进而判断出光敏电阻r