高中物理 3.3传感器的应用课件 粤教版选修32.ppt

第三节传感器的应用 课标定位 学习目标 1 了解生产生活中常用传感器的敏感元件及工作原理 2 利用传感器的特点设计 制作简单的生产 生活用品 重点难点 传感器的原理与结构 课前自主学案 一 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 空调机 消毒碗柜等 都用到 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 光敏传感器和家用便携式电子秤的 传感器等 温度传感器 压力 二 农业生产中的传感器1 温度传感器 判断农田的水分蒸发情况 自动决定供水或停水 2 温度传感器和湿度传感器 可对上百个点进行 和 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 三 工业生产中的传感器1 生产的自动化和半自动化 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 温度 湿度 2 在数控机床中的位移测量装置 就是利用高精度 传感器进行位移测量 从而实现对零部件的精密加工 四 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状态 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 传感器 如测量血压 心电图 体温等 位移 生理 核心要点突破 一 传感器的一般应用模式传感器是将所感受到的物理量 如力 热 光等 转换成便于测量的量 一般是电学量 的一类元件 其工作过程是 通过对某一物理量敏感的元件 将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量 一般由敏感元件 转换器件 转换电路三个部分组成 如下面框表所示 例如 图3 3 1 许多食品加工设备 如电烤箱 都要控制在一定的温度范围内工作 可使食品味道鲜美且不失营养 如图3 3 1所示的控制电路 开始工作时 温度较低 rt阻值较小 继电器吸合 a与c接通 电热丝l通电加热 达到一定温度t2时 电阻增大 继电器放开 a与b接通 灯亮铃响 停止加热 温度降低到某一值t1时 继电器又吸合 a与c接通 又开始加热 如此反复 维持在一定的温度范围 t1 t2 内 空调 电冰箱就是利用这一原理维持在一定温度范围内的 即时应用 即时突破 小试牛刀 2011年鞍山高二检测 按照你对以下几种传感器的理解填写下面表格中的空格 解析 光电二极管感受光信号 压强传感器受作用后 将位移信号转化为电信号 话筒 热电偶 分别感受声 温度信号 答案 光位移声温度 二 如何理解电子秤的工作原理 电子秤是一种力传感器的应用实例 这种传感器的工作原理如图3 3 2所示 弹性梁右端固定 在梁的上下表面各贴一个应变片 在梁的自由端施加力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 输出电压差值也就越大 图3 3 2 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量 如图3 3 3所示为电子秤的原理图 托盘和弹簧的电阻与质量均不计 滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接 当托盘中没有放物体时 电压表示数为零 设变阻器的总电阻为r 总长度为l 电源电动势为e 内阻为r 限流电阻的阻值为r0 弹簧劲度系数为k 不计一切摩擦和其他阻力 电压表为理想电压表 当托盘上放上某物体时 电压表的示数为u 求此时称量物体的质量 图3 3 3 三 探究电冰箱中的传感器怎样工作 电子温控由于控温准确 使用寿命长 可靠性高等特点 在冰箱中被广泛采用 冷藏室传感器用于感知冷藏室温度 控制压缩机的启 停 当冷藏室蒸发器的表面温度上升到3 5 以上时 冷藏室传感器发出指令 压缩机工作 当冷藏室蒸发器表面温度低到 25 19 随温度调节位置而变化 时 冷藏室传感器发出指令 压缩机停止工作 冷冻室传感器是专为冷冻室除霜而设计的 冷冻室温度很低 结霜较多 通过安装在冷冻室内的电热丝开始加热 化霜开始 室内温度慢慢升高 当冷冻室内的温度上升到8 5 以上时 冷冻室传感器发出指令 将加热器断电 化霜结束 四 什么是感温铁氧体 它在电饭锅中起什么作用 电饭锅中应用的温度传感器 其主要元件是感温铁氧体 感温铁氧体是用氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的 它的特点是 常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 但是当温度上升到 居里温度 或 居里点 约103 时 就失去了铁磁性 不能被磁体吸引了 电饭锅中的温度传感器起限温开关的作用 手动闭合 当感温铁氧体的温度上升到 居里点 约103 时 开关自动断开 且不能自动复位 以此来控制电饭锅中的温度 课堂互动讲练 如图3 3 4甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线 图乙为用此热敏电阻r和继电器做成的温控电路 设继电器的线圈电阻为rx 50 当继电器线圈中的电流大于或等于ic ic 20ma 时 继电器的衔铁被吸合 左侧电源电动势为6v 内阻可不计 试问温度满足什么条件时 电路右侧的小灯泡会发光 思路点拨 结合闭合电路的欧姆定律分析 答案 50 方法总结 有关热敏电阻的传感器应用问题 实际上是电路中的电阻计算问题和阻值变化问题 基本方法是根据欧姆定律确定电阻 再找电阻和温度的关系 或先根据温度确定电阻 再求解其他物理量 加速度计是测定物体加速度的仪器 在现代科技中 它已成为导弹 飞机 潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源 图3 3 5为应变式加速度计的示意图 当系统加速时 加速计中的敏感元件也处于加速状态 敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上 支架与待测系统固定在一起 敏感元件的下端可在滑动变阻器r上自由滑动 当系统加速运动时 敏感元件发生位移并转换为电信号输出 已知敏感元件的质量为m 两侧弹 簧的劲度系数均为k 电源电动势为e 电源内阻不计 滑动变阻器的总电阻值为r 有效长度为l 静态时输出电压为u0 试推导加速度a与输出电压u的关系式 图3 3 5 有自动控制功能的蔬菜大棚 要靠传感器感知作物生长所需的各种信息 图3 3 6所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图 试结合图上信息 分析讨论 1 在种植蔬菜大棚中要用到哪些传感器 它们的作用是什么 2 为了控制大棚中蔬菜的生长条件 还需要哪些设施与传感器配合使用 精讲精析 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 调整湿度的通风加湿装置和喷淋器 调整二氧化碳浓度的自动排气装置 答案 见精讲精析 变式训练 单选