人教版选修32 6.2传感器的应用 课件（80张）.pptVIP

2传感器的应用 一 传感器工作的一般模式 二 传感器的应用实例1 力传感器的应用 电子秤 1 组成及敏感元件 由金属梁和 组成 敏感元件是 2 工作原理 电阻 电 压 应变片 应变片 3 作用 应变片将物体形变这个力学量转换为 这个电学量 电压 2 温度传感器的应用实例 膨胀系数 失去磁性 3 光传感器的应用 火灾报警器 1 组成及敏感元件 由带孔的罩子 和不透明的挡板组成 敏感元件为 发光二极管led 光电三极管 光电三极管 2 工作原理 思考辨析 1 电子秤中的应变片的电阻随形变大小而变化 2 电熨斗和电饭锅都是利用双金属片控制电路通断的 3 火灾报警器中的光电三极管的电阻随光照的增强变小 4 利用红外线敏感元件可以实现无接触测温 提示 1 应变片的电阻是随形变的大小而变化的 2 电饭锅是感温铁氧体在温度上升到103 时失去磁性而离开永久磁铁实现电路通断的 3 烟雾进入火灾报警器的罩内后对光有散射作用 使部分光线照射到光电三极管上 其电阻变小而报警 4 温度不同 物体发射红外线情况不同 因此利用红外线敏感元件可以实现无接触测温 生活链接 1 如图所示是电容式话筒的示意图 它是怎样利用改变电容器电容实现把声音的变化转换为电信号的 提示 它是利用电容制作的传感器 话筒的振动膜前面有薄薄的金属层 膜后距膜几十微米处有一金属板 振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极 在两极间加一电压u 人对着话筒说话时 振动膜前后振动 使电容发生变化 声音信号被话筒转化为电信号 2 电熨斗通过温度传感器来控制电路的通断 应用的物理原理是怎样的 提示 通过双金属片的热胀冷缩 使得电路断开和接通 知识点一传感器的应用分析探究导入 1 传感器在其应用中起什么作用 2 为什么需要放大电路 提示 1 传感器是将非电学量转换为便于测量和控制的电学量 2 这种转换成的电学量可能很微弱 所以要经过放大电路 归纳总结 1 传感器的应用步骤 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 分析传感器应注意的四点问题 1 检测量分析 要明确传感器所检测的量 如力 热 光 磁 声等 2 敏感元件分析 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 执行机构分析 传感器的应用 不仅包含非电学量如何向电学量转换的过程 还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程 以力传感器为例 传感器感受力的信息 如大小 方向是否变化等 后转换为电压 电流 电阻等电学量 然后经过放大 传输到执行机构进行某种操作 如借助继电器控制电路通断 借助仪表进行显示等 以光传感器为例 光传感器感受光的信息 如光的强弱 颜色等 通过敏感元件 如光敏电阻 光电池等 将光的信息转换为电阻 电流等电学量 然后经过放大 传输到执行机构后执行某种操作 典题通关 典例 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统 要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时 系统报警 提供的器材有 热敏电阻 报警器 内阻很小 流过的电流超过ic时就会报警 电阻箱 最大阻值为999 9 直流电源 输出电压为u 内阻不计 滑动变阻器r1 最大阻值为1000 滑动变阻 器r2 最大阻值为2000 单刀双掷开关一个 导线若干 在室温下对系统进行调节 已知u约为18v ic约为10ma 流过报警器的电流超过20ma时 报警器可能损坏 该热敏电阻的阻值随温度升高而减小 在60 时阻值为650 0 1 完成待调节的报警系统原理电路图的连线 2 电路中应选用滑动变阻器 选填 r1 或 r2 3 按照下列步骤调节此报警系统 电路接通前 需将电阻箱调到一固定的阻值 根据实验要求 这一阻值为 滑动变阻器的滑片应置于 选填 a 或 b 端附近 不能置于另一端的原因是 将开关向 选填 c 或 d 端闭合 缓慢移动滑动变阻器的滑片 直至 4 保持滑动变阻器滑片的位置不变 将开关向另一端闭合 报警系统即可正常使用 正确解答 1 电路连接如图所示 2 据r rt 1800 650 1150 可知电路中应选用滑动变阻器r2 3 调试时将电阻箱调到热敏电阻在60 时的阻值 即650 0 滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处 即b端附近 若置于另一端 则流过报警器的电流超过20ma 报警器可能损坏 开关向c端闭合 缓慢移动滑动变阻器的滑片 直至报警器开始报警 调试完成 答案 1 见正确解答 2 r2 3 650 0b若置于另一端则流过报警器的电流超过20ma 报警器可能损坏 c报警器开始报警 规律方法 传感器应用的分析方法 1 要分清哪是主电路部分 哪是控制电路部分 2 联系主电路和控制电路的关键点就是传感器中的敏感元件 敏感元件感知主电路所处的状态 做出相应的反应 促使控制电路工作 保证主电路能工作在相应的设定状态之下 过关训练 1 多选 电容式话筒的保真度比动圈式话筒好 其工作原理如图所示 q是绝缘支架 薄金属膜片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m振动时 电容发生变化 电路中形成变化的电流 当膜片m向右运动的过程中有 a 电容变大b 电容变小c 导线ab中有向左的电流d 导线ab中有向右的电流 解析 选a c 当声波使膜片m向右运动时 电容器极板间距减小 电容变大 电荷量q uc变大 电源要继续给电容器充电 所以导线ab中有向左的电流 故选项a c正确 2 如图所示为大型电子地磅电路图 电源电动势为e 内阻不计 不称物体时 滑片p在a端 滑动变阻器接入电路的有效电阻最大 电流较小 称物体时 在压力作用下使滑片p下滑 滑动变阻器的有效电阻变小 电流变大 这样把重力值转换成电信号 将电流对应的重力值刻在刻度盘上 就可以读出被称物体的重力值 若滑动 变阻器上a b间距离为l 最大阻值等于定值电阻的阻值r0 已知两弹簧的总弹力与形变量成正比 比例系数为k 则所称重物的重力g与电流大小i的关系为 a g 2 klb g 1 klc g 1 kld g kil 解析 选a 设称重物时 在压力作用下使p下滑x 则g kx 滑动变阻器有效电阻r r0 r0 全电路欧姆定律i 由 得g 2 kl 故选项a正确 b c d错误 补偿训练 1 2018 衡水高二检测 如图所示 m是一小型理想变压器 接线柱a b接在电压u 311sin314t v 的正弦式交流电源上 变压器右侧部分为一火警报警系统 其中r2是用半导体热敏材料 电阻随温度升高而降低 制成的传感器 电流表a2是值班室的显示器 显示通过r1的电流 电压表v2显示加在报警器上的电压 报警器未画出 r3是一定值电阻 当传感器r2所在处出现火情时 下列说法正确的是 a a1的示数不变 a2的示数增大b a1的示数增大 a2的示数增大c v1的示数增大 v2的示数增大d v1的示数不变 v2的示数减小 解析 选d 当r2所在处出现火情时 温度升高 其电阻减小 因v1不变 所以副线圈中输出端的电压不变 副线圈中并联电路两端的电压减小 v2减小 a2根据欧姆定律判断也减小 因副线圈所接的总电阻减小 副线圈输出功率增大 a1读数增大 所以d项正确 2 用如图所示的传感器可以测物体的位移 说明它们的工作原理有什么不同 解析 甲是将位移信号转化成电容信号 乙是将位移信号转化成电感信号 答案 见解析 知识点二传感器的应用实例探究导入 1 有哪些非电学量能转化为电学量 2 可通过哪些仪器或元件达到用电学量表示非电学量的目的 提示 1 力 位移 光 温度等 2 滑动变阻器 热敏电阻 光敏电阻 电容器等 归纳总结 1 力传感器的应用 电子秤 1 力传感器的组成 由金属梁和应变片组成 2 作用 将物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量 方便测量 处理和控制 2 温度传感器的应用 1 电熨斗 由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器 它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制 2 电饭锅 它的主要元件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 3 光传感器的应用 火灾报警器 如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器 其工作原理是 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 特别提醒 在不同的仪器中所使用的传感器一般不同 其原理也不尽相同 但它们都是将非电学量转化为电学量 典题通关 典例 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 解题探究 1 未放物体时 托盘自身的重力和 平衡 2 放上质量为m的物体时 弹簧弹力kx2 弹簧弹力 m0 m g 3 当托盘上所放物体的质量增大时 p1 p2之间的电压怎样变化 提示 托盘上所放物体的质量增大 则p1 p2距离变大 根据u ir p1 p2之间的电压增大 正确解答 1 由力的平衡知识有 m0g kx1 解得x1 2 放上物体m重新平衡后 m0g mg kx2 解得x2 3 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 由闭合电路欧姆定律知 e ir 由部分电路欧姆定律知 u ir串 r串为p1 p2间电阻 由 其中x为p1 p2间的距离 则x x2 x1 联立解得 m 答案 规律方法 力学传感器的分析方法 1 分析清楚力传感器的工作原理 明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键 2 涉及电路计算时 注意欧姆定律及分压原理的灵活应用 过关训练 1 多选 2018 济宁高二检测 如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图 其中a为光源 b为由电动机带动匀速运行的自动扶梯 r1为光敏电阻 r2为定值电阻 每当扶梯上有顾客经过 挡住由a射向r1的光线时 计数器就计数一次 此光计数器的基本工作原理是 a 当有光照射r1时 信号处理系统获得低电压b 当有光照射r1时 信号处理系统获得高电压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 解析 选b c 当光线照射r1时 r1阻值减小 r总减小 由欧姆定律得i 且电源电压不变 电路中的电流增大 r2是定值电阻 u2 ir2 r2两端电压增大 信号处理系统获得高电压 a错误 b正确 当有人时信号系统计数 即没有光照时获得低电压 d错误 c正确 2 如图所示为一种加速度仪的示意图 质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧 电源的电动势为e 不计内阻 滑动变阻器的总阻值为r 有效长度为l 系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中间 这时电压表指针恰好在刻度盘正中间 求 1 系统的加速度a 以向右为正 和电压表读数u的函数关系式 2 将电压表刻度改为加速度刻度后 其刻度是均匀的还是不均匀的 为什么 3 若电压表指针指在满刻度的位置 此时系统的加速度大小和方向如何 解析 1 当振子向左偏离中间位置x距离时 由牛顿第二定律得2kx ma 电压表的示数为u 由以上两式解得a e 2u 2 均匀 因为加速度a与电压表示数u是一次函数 线性 关系 3 当滑动触头滑到最右端时 电压表最大示数um e 电压表指针指在满刻度的位置时 u e 代入 式解得a 方向向左 答案 1 a e 2u 2 见解析 3 方向向左 补偿训练 1 多选 2018 衡水高二检测 如图所示 用光敏电阻ldr和灯泡制成的一种简易水污染指示器 下列说法中正确的是 a 严重污染时 ldr是高电阻b 轻度污染时 ldr是高电阻c 无论污染程度如何 ldr的电阻不变 阻值大小由材料本身因素决定d 该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响 解析 选a d 严重污染时 透过污水照到ldr上的光线较少 ldr电阻较大 a对 b错 ldr由半导体材料制成 受光照影响电阻会发生变化 c错 白天和晚上自然光强弱不同 或多或少会影