高二物理 传感器 课件选修32.ppt

传感器复习 传感器是把非电学物理量转换成易于测量 传输 处理的电学量 如电压 电流 电容等 的一种组件 起自动控制作用 一 传感器的含义 传感器应用的一般模式 常见 位移 速度 压力 温度 湿度 流量 声强 光照度等传感器 硫化镉的电阻率跟光照的强度有关 把硫化镉涂敷在绝缘板上 在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极 这样就制成了一个光敏电阻 硫化镉表面受到的光照强度不同时 两个电极间的电阻也不一样 1 光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 二 常见传感器元件 2 热敏电阻和金属热电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大 用金属丝可以制作温度传感器 称为热电阻 常用的一种热电阻是用铂制作的 与金属不同 温度上升时 有些半导体的导电能力增强 因此可以用半导体材料制作热敏电阻 与热敏电阻相比 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 但灵敏度较差 热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 被测物体在左右方向发生位移时 电介质板随之在电容器两极板之间移动 物体位置的变化 就转换成了电容的变化 3 电容式位移传感器 如何确定物体的位置 如何检测电容的变化 在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上 制作4个电极 就成了一个霍尔元件 霍尔元件 霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 传感器应用的一般模式 传感器 放大转换电路 执行机构 显示器 指针式电表数字屏 计算机系统 三传感器的应用 一 思考 1 应变式力传感器的组成部分 2 应变式传感器的原理 阅读 p61 力传感器的应用 电子秤 应变片发生形变时其电阻随之发生变化 在恒定电流下 应变片是把形变 力学量 转换为电压 电学量 的元件 金属梁 膜片在声波下振动 使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流 1 动圈式话筒 音圈 声传感器的应用 话筒 永久磁铁 动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象 例题 2003上海试题 唱卡拉ok用的话筒 内有传感器 其中有一种是动圈式的 它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈 线圈处于永磁体的磁场中 当声波使膜片前后振动时 就将声音信号转变为电信号 下列说法正确的是a该传感器是根据电流的磁效应工作的b该传感器是根据电磁感应原理工作的c膜片振动时 穿过金属线圈的磁通量不变d膜片振动时 金属线圈中不会产生感应电动势 2 电容式话筒 原理 q是绝缘支架 薄金属膜m和固定电极n形成一个电容器 被直流电源充电 当声波使膜片振动时 电容发生了变化 电路中形成变化的电流 于是电阻两端就输出了与声音变化规律相同的电压 优点 保真度好 绝缘支架 薄金属膜 固定电极 电容式话筒的工作原理 利用电容器充放电形成的充放电电流 3 驻极体话筒 它由内部的驻极体塑料膜感受声波 其工作原理与电容式话筒类似 但是工作的电压只须3 6v 特点 体积小 重量轻 价格便宜 灵敏度高 常用在盒式录音机 声控玩具等便宜的家电上 驻极体 双金属片温度传感器 原理 热胀冷缩原理常温下两触点分离 温度升高 两种金属膨胀性能不同 双金属片形状发生变化 使触点接触 温度传感器的应用 电熨斗 复习 温度传感器制作材料 应用 思考与讨论 常温下两触点是接触还是分离 温度过高时双金属片将怎样作用 如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作温度 电烫斗的构造 调温旋钮调节升降螺丝 升降螺丝带动弹性铜片升降 从而改变触点接触的难易 达到控制不同温度的目的 温度传感器的应用 冰箱温度控制器 思考与讨论 1 为什么温度较高时压缩机自动工作 达到设定低温后就自动停止工作 2 凸轮为什么可以改变设定的温度 氯甲烷及它的蒸气 恒温箱温控器 思考与讨论 1 应该把恒温箱中的加热器接在a b还是c d之间呢 2 要使箱内温度保持100 可变电阻r 值应调节多大 加速度计 一 温度传感器的应用 电饭锅 阅读教材65页 1温度传感器的主要元件是什么 感温铁氧体 2感温铁氧体的组成物质是什么 氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 3感温铁氧体有何特点 什么是 居里点 常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 温度达到约103 失去铁磁性 居里点 又称居里温度 即指103 四 传感器的应用 二 电饭锅的构造 1开始煮饭时 用手压下开关按钮 永磁体与感温磁体相吸 手松开后 按钮不再恢复到图示状态 2水沸腾后 锅内大致保持100 不变 3饭熟后 水分被大米吸收 锅底温度升高 当温度升至 居里点103 时 感温磁体失去铁磁性 在弹簧作用下 永磁体被弹开 触点分离 切断电源 从而停止加热 思考与讨论 4如果用电饭锅烧水 水沸腾后 锅内保持100 不变 温度低于 居里点103 电饭锅不能自动断电 只有水烧干后 温度升高到103 才能自动断电 连贯地叙述电饭锅的工作过程 开始煮饭时 用手压下开关按钮 永磁体与感温磁体相吸 手松开后 按钮不再恢复到图示状态 则触点接通 电热板通电加热 水沸腾后 由于锅内保持100 不变 故感温磁体仍与永磁体相吸 继续加热 直到饭熟后 水分被大米吸收 锅底温度升高 当温度升至 居里点103 时 感温磁体失去铁磁性 在弹簧作用下 永磁体被弹开 触点分离 切断电源 从而停止加热 如图所示是电饭煲的电路图 是一个限温开关 手动闭合 当此开关的温度达到居里点 103 时会自动断开 是一个自动温控开关 当温度低于约70 时会自动闭合 温度高于80 时会自动断开 红灯是加热状态时的指示灯 黄灯是保温状态时的指示灯 限流电阻 500 加热电阻丝 50 两灯电阻不计 1 根据电路分析 叙述电饭煲煮饭的全过程 包括加热和保温过程 2 简要回答 如果不闭合开关 电饭煲能将饭煮熟吗 3 计算加热和保温两种状态下 电饭煲的消耗功率之比 二 温度传感器的应用 测温仪 阅读教材66页 1温度传感器测温仪有何优点 可以远距离读取温度的数值 因为温度信号变成电信号后可以远距离传输 2常见的测温元件有哪些 热敏电阻 金属热电阻 热电偶及红外线敏感元件等 非接触式红外测温仪 由于物体的温度不同 发射红外线的情况也不同 因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温 热电偶 t1 t2 将两种不同材料的导体或半导体a和b焊接起来 构成一个闭合回路 当导体a和b的两个执着点1和2之间存在温差时 两者之间便产生电动势 因而在回路中形成一个大小的电流 这种现象称为热电效应 热电偶就是利用这一效应来工作的 三 光传感器的应用 鼠标器 阅读教材67页 1机械式鼠标器的内部组成是什么 滚球 滚轴与码盘 红外发射管与红外接收管 鼠标器移动时 滚球运动通过轴带动x y方向两个码盘转动 红外接收管就收到断续的红外线脉冲 输出相应的电脉冲信号 计算机分别统计x y两个方向的脉冲信号 处理后就使屏幕上的光标产生相应的位移 2简述机械式鼠标器的工作原理 四 光传感器的应用 火灾报警器 阅读教材68页 哪个元件是光传感器 光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器 以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例 简述其工作原理 报警器带孔的罩子内装有发光二极管led 光电三极管和不透明的挡板 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 计算机光驱的主要部件是激光头 它可以发射脉冲激光信号 激光扫描光盘信息时 激光头利用光敏电阻自动计数将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统 再通过计算机显示出来相应的信息 光敏电阻的自动计数示意图如图所示 其中r1为光敏电阻 r2为定值电阻 此光电计数器的基本工作原理是 a 当有激光照射r1时 处理系统获得高电压b 当有激光照射r1时 处理系统获得低电压c 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次d 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 实验一 光控开关 实验原理及知识准备 1 如图所示光控电路 用发光二极管led模仿路灯 rg为光敏电阻 r1的最大电阻为51k r2为330k 试分析其工作原理 2 要想在天更暗时路灯才会亮 应该把r1的阻值调大些还是调小些 为什么 五 传感器的应用实验 图乙中 用白炽灯模仿路灯 为何要用到继电器 由于集成电路允许通过的电流较小 要用白炽灯泡模仿路灯 就要使用继电器来启闭工作电路 如图所示电磁继电器工作电路 图中虚线框内即为电磁继电器 d为动触点 e为静触点 试分析电磁继电器的工作原理 当线圈a中通电时 铁芯中产生磁场 吸引衔铁b向下运动 从而带动动触点d向下与e接触 将工作电路接通 当线圈a中电流为零时 电磁铁失去磁性 衔铁b在弹簧作用下拉起 带动触点d与e分离 自动切断工作电路 实验 试说明控制电路的工作原理 如图所示为温度报警器的工作电路 试分析其工作原理 常温下 调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平 则输出端y处于高电平 无电流通过蜂鸣器 蜂鸣器不发声 当温度升高时 热敏电阻rt阻值减小 斯密特触发器输入端a电势升高 当达到某一值 高电平 其输出端由高电平跳到低电平 蜂鸣器通电 从而发出报警声 rl的阻值不同 则报警温度不同 实验二 温度报警器 怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警 要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警 应减小r1的阻值 r1阻值越小 要使斯密特触发器输入端达到高电平 则热敏电阻阻值要求越小 即温度越高 四 实例探究 电磁继电器与自动控制 例1 现有热敏电阻 电炉丝 电源 电磁继电器 滑动变阻器 开关和导线若干 如图所示 试设计一个温控电路 要求温度低于