《大显身手的传感器》学案（鲁科选修）.doc

5.3大显身手的传感器学案【学习目标】1了解自动洗衣机水位控制原理。2了解自动门的工作原理。3了解指纹识别器的大致原理。4了解机器人中应用的传感器。5体会科学技术给人类带来的便利。【学习重点】各种传感器的大致原理【知识要点】1压力传感器力传感器在生产和生活中有广泛的应用，经常见到的电子秤、全自动洗衣机的水位控制装置等，它们所用的测力装置是压力传感器。2自动门的控制控制自动门开关的，是一种红外线传感器，它能够探测到较远距离的人体发出的微弱红外线。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。3指纹识别器其原理是：在传感器表面集成阵列电容器极板，外面是层绝缘表面，当把手指放在绝缘表面上时，皮肤就成了另一面的电容阵列极板。不同的人指纹不同，其电容器的电容值也不相同，从而获取指纹信息，产生电信号，再经过电路对电信号比较来识别指纹。4传感器与机器人机器人由机械系统、传感器系统、信息处理和控制系统组成。【典型例题】例如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g。求：（1）托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离xl（2）托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2显示屏信号转换器放大器UMNORABP1P2E托盘物体（3）在托盘上未放物体时通常先核准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为xl，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之间的函数关系式分析：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为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比。解析：（1）由力的平衡知识知： 解得（2）放上重物重新平衡后， 解得（3）由闭合电路欧姆定律知E=IR由部分电路欧姆定律：U=IRx由，其中x为P1、P2间的距离，Rx为P1、P2间的电阻，则联立解得 【反思】收获疑问【达标训练】1下列说法正确的是A金属导体的电阻率随温度增加而减小B半导体的电阻率随温度增加而增大C用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用答案：CD2如图所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时AR 1两端的电压增大 B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强 D小灯泡的亮度变弱答案：C（R 2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R 2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯 L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故 C正确，其余各项均错）触点0102030405060708090100200300400500R/t/衔铁热敏电阻E=6Vr=0电磁铁(a)(b)3如图所示为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用热敏电阻和继电器做成温控电路。（1）简要分析温控电路的工作过程:_。(2)设继电器的线圈电阻为50，继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？答案：（1）温度升高，热敏电阻的阻值变小，继电器线圈中的电流增加。温度升高到一临界值t0时，继电器线圈中的电流将达到或超过继电器的动作