高中物理 第6章 传感器 2 传感器的应用课件 新人教版选修32.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 2 传感器 第六章 第二节传感器的应用 第六章 在日常生活中 我们经常见到电子秤 例如 在超市里 当我们购买水果时 售货员把水果放在表面平整的电子秤上 电子秤就可显示出所购水果的质量及应付的钱数 你想探究一下它的工作原理吗 传感器应用的一般模式 1 力传感器的应用 电子秤 1 组成及敏感元件 由 和 组成 敏感元件是 2 工作原理 3 作用 应变片将物体 这个力学量转换为 这个电学量 传感器应用的几个实例 金属梁 应变片 应变片 电阻 形变 电压 2 温度传感器的应用实例 膨胀系数 103 103 温度 电信号 3 光传感器的应用 火灾报警器 1 组成 发光 led 光电 和不透明的挡板 2 工作原理 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 与传感器连接的电路检测出这种变化 就会发出警报 二极管 三极管 变小 一 传感器问题分析1 分析思路物理传感器是将所感受的物理量 如力 热 光等 转换为便于测量的电学量的器件 我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤 1 信息采集 2 信息加工 放大 传输 3 利用所获得的信息执行某种操作 2 分析传感器问题要注意四点 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 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 二 在生产 生活中常见传感器的应用1 生活中的传感器 1 与温度控制相关的家用电器 电饭煲 电冰箱 微波炉 空调 消毒碗柜等 都用到温度传感器 2 红外传感器 自动门 家电遥控器 生命探测器 非接触红外测温仪以及防盗 防火报警器等 3 照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等 2 农业生产中的传感器 1 湿度传感器 判断农田的水分蒸发情况 自动供水或停水 2 温度传感器和湿度传感器 可对上百个点进行温度和湿度监测 由于有了十分先进可靠的测试技术 有效地减少了霉变现象 3 工业生产中的传感器 1 生产的自动化和半自动化 用机器人 自动化小车 自动机床 各种自动生产线或者系统 代替人完成加工 装配 包装 运输 存储等工作 各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态 以确保产品质量 提高效率和产量 节约原材料等 2 在数控机床中的位移测量装置 就是利用高精度位移传感器进行位移测量 从而实现对零部件的精密加工 4 飞向太空的传感器在航空 航天技术领域 传感器应用得较早 也应用得较多 在运载火箭 载人飞船中 都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用 这些传感器对控制航天器的姿态 接收和发送信息 收集太空数据等都有重要作用 在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器 如测量血压 心电图 体温等 1 在种植蔬菜大棚中要用到 等传感器 2 为了控制大棚中的蔬菜的生长条件 还需要调节光照的遮阳棚 调整温度的 装置与 装置 调整湿度的通风装置和 调整 的自动排气装置等设施与传感器配合使用 答案 1 光敏传感器 湿度传感器 温度传感器 浓度传感器 2 加热 通风 喷淋器 二氧化碳浓度 解析 1 在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器 检测温度的温度传感器 检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器 检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等 2 配套设施有 调节光照的遮阳棚 调整温度的加热装置与通风装置 调整湿度的通风装置和喷淋器 调整二氧化碳浓度的自动排气装置 三 传感器的应用实例1 力传感器的应用 电子秤 1 常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的 应变片是一种敏感元件 现在多用半导体材料制成 2 此种力传感器的工作原理 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 在梁的自由端施力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 应变片能把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 1 电熨斗能够自动控制温度 装有双金属片温度传感器 这种传感器的作用是控制电路的通断 2 电熨斗的结构图如图为电熨斗的结构图 图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属 3 温度传感器的应用 电饭锅 1 电饭锅中应用了温度传感器 它的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 但是温度上升到约103 时 就失去了铁磁性 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 2 电饭锅的结构 4 光传感器的应用 火灾报警器 1 有些火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的 2 这种火灾报警器的工作原理 如图所示 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 a 向下b 向上c 保持原状d 不能确定答案 b解析 由题意知 电熨斗由熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物 就是要求电熨斗在低温易断开 因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属 使双金属片向下弯曲 上下触点脱离 电路断开 因此 应向上调节调温旋钮 双金属片受热时 易使触点分离 所以选b 力传感器的应用 1 托盘上未放物体时 在托盘自身重力作用下 p1与a端的距离x1 2 托盘上放有质量为m的物体时 p1与a端的距离x2 3 在托盘上未放物体时通常先校准零点 其方法是 调节p2 使p2离a端的距离也为x1 从而使p1 p2间的电压为零 校准零点后 将物体m放在托盘上 试推导出物体质量m与p1 p2间的电压u之间的函数关系式 解析 托盘的移动带动p1移动 使p1 p2间出现电势差 电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小 由于r为均匀滑线电阻 则其阻值与长度成正比 a 温度传感器b 压力传感器c 磁传感器d 光传感器答案 b解析 小金属片被按下时 将压力这个力学量转换为电容这个电学量 所以计算机键盘使用的是压力传感器 b正确 a c d错误 温度传感器的应用 1 开始煮饭时为什么要压下开关按钮 手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态 为什么 2 煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度 为什么 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底的温度会有什么变化 这时电饭锅会自动地发生哪些动作 4 如果用电饭锅烧水 能否在水沸腾后自动断电 为什么 解析 1 开始煮饭时压下手动开关 使永磁体和感温磁体吸合 以保持触点接触 接通加热电路 手松开后这个按钮不会恢复图示状态 因为永磁体与感温磁体相互吸引 弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态 2 水沸腾后锅内的温度应大致保持在100 因为水的沸点是100 此时水分未被米吸收完 锅内水分较充足 所以能保持一段时间 3 饭熟后 水分被大米吸收 锅底温度会由100 升到103 达到居里点 此时开关按钮会自动弹起 断开加热电路 进入保温状态 因为锅底温度达到103 时 感温磁体失去磁性 永磁体再不能与它吸合 在弹簧的作用下 开关按钮恢复初始状态 4 如果用电饭锅烧水 水沸腾后不能自动断电 因为水沸腾的温度是100 而不能达到103 居里点 水将一直沸腾直到烧干 a 温度升高至74 时 l1亮灯报警b 温度升高至74 时 l2亮灯报警c 温度升高至78 时 l1亮灯报警d 温度升高至78 时 l2亮灯报警答案 d解析 当温度低于78 时 线圈中没有电流 此时灯l1亮 但不报警 当温度升高到78 时 线圈中有电流 磁铁吸引衔铁 灯l2被接通 所以灯l2亮且报警 温度升高至74 时 线圈中没有电流 只是灯l1亮 不会报警 光传感器的应用 解析 由光敏电阻的特性曲线可以看出 当入射光增强时 光敏电阻的阻值减小 流过光敏电阻的电流增大 根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示 控制过程是 当有光照时 光电流经过放大器输出一个较大的电流 驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开 当无光照时 光电流减小 放大器输出电流减小 电磁继电器释放衔铁 使两个常闭触点闭合 控制路灯电路接通 路灯开始工作 点评 光传感器是重要的传感器之一 人们运用硫化镉对可见光敏感的特性 制作路灯自动开关 光照自动调节装置等自控设备 利用某些半导体材料对红外光敏感的特性 制作遥控设备 广泛的应用在电视机 录像机 空调 影碟机等家用电器的操作中 由于对红外光敏感的元件对可见光不敏感 用它制作的装置不受可见光影响 因此它的应用十分广泛 a 进入罩内的烟雾遮挡了光线 使光电三极管电阻更大 检测电路检测出变化发出警报b 发生火灾时 光电三极管温度升高 电阻变小 检测电路检测出变化发出警报 c 发生火灾时 进入罩内的烟雾对光有散射作用 部分光线照到光电三极管上 电阻变小 发出警报d 以上说法均不正确答案 c解析 由报警器的原理可知 发生火灾时烟雾进入罩内 使光发生散射 部分光线照在光电三极管上电阻变小 与传感器相连的电路检测出这种变化 发出警报 c对 易错点 对实际问题考虑不全面而出错 a 飞船在竖直加速升空的过程中 如果电压表的示数为正 则飞船在竖直减速返回地面的过程中 电压表的示数仍为正b 飞船在竖直加速升空的过程中 如果电压表的示数为正 则飞船在竖直减速返回地面的过程中 电压表的示数为负c 飞船在圆轨道上运行时 电压表的示数为零d 飞船在圆轨道上运行时 电压表示数所对应的加速度大小应约为9 8m s2易错分析