高中物理 第三章 传感器 1 传感器课件 教科版选修32.ppt

1传感器 第三章传感器 1 知道什么是传感器及其工作原理 2 掌握制作传感器的常用元件的特性及其应用 目标定位 二 敏感元件的原理 栏目索引 一 传感器 对点检测自查自纠 一 传感器 知识梳理 1 定义把被测的 按一定规律转换成与之对应的的器件或装置 2 结构 答案 敏感 处理 非电信息 电信息 1 敏感元件 能直接感受非电信息 如压力 光照 温度 磁场 气体等 并将这些信息变换成易于测量的物理量 形成电信号 非电信息 答案 2 处理电路 把微小电信号 并除去 使敏感元件输出的转变成 这类电路称为处理电路 3 传感器的原理传感器感受的通常是非电学量 如压力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而它输出的大多是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出信号是非常微弱的 一般要经过放大等处理后 再通过控制系统产生各种控制动作 进行放大 电信号 便于显示 记录 处理和控制的电学量 如电压 电流和频率等 干扰信号 4 在分析传感器时要明确 1 核心元件是什么 2 是怎样将非电学量转化为电学量的 3 是如何显示的或如何控制开关的 深度思考 传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用 答案传感器的作用是把非电学量 如光 声音 温度等 转化为电学量 如电压 电流等 尤其是将电学量与计算机技术结合 可以方便地实现信息的采集 处理 输出的自动化和智能化 所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用 答案 典例精析 例1如图1所示是电容式话筒的示意图 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 声音信号被话筒转换为电信号 其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的 a 距离变化b 正对面积变化c 介质变化d 电压变化 解析答案 图1 解析在声音信号转换为电信号过程中介电常数没变 正对面积未变 振动膜前后振动 使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化 从而将声音信号转换为电信号 故a选项正确 答案a 例2传感器是把非电学量 如速度 温度 压力等 的变化转换成电学量的变化的一种元件 在自动控制中有着相当广泛的应用 有一种测量人的体重的电子秤 其测量部分的原理图如图2中的虚线框所示 它主要由压力传感器r 电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻 显示体重大小的仪表a 实质是理想的电流表 组成 图2 压力传感器表面能承受的最大压强为1 107pa 且已知压力传感器r的电阻与所受压力的关系如下表所示 设踏板和压杆的质量可以忽略不计 接通电源后 压力传感器两端的电压恒为4 8v 取g 10m s2 请回答 1 该秤零起点 即踏板空载时 的刻度线应标在电流表刻度盘 a处 解析答案 1 6 10 2 2 如果某人站在该秤踏板上 电流表刻度盘的示数为20ma 则这个人的体重是 kg 50 总结提升 解析答案 返回 总结提升 返回 传感器问题的分析思路不同类型的传感器 其工作原理一般不同 但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化 因此 我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化 二 敏感元件的原理 知识梳理 1 原理利用物理学中能直接感受到的转换成易于测量的物理量 形成电信号 2 敏感元件分类 1 物理类 基于力 热 光 电磁和声等 2 化学类 基于化学反应的原理 3 生物类 基于酶 和等分子识别功能 非电信息 物理效应 抗体 激素 答案 3 半导体热敏电阻的热敏特性 热敏电阻的阻值随温度的升高而 随温度的降低而 根据它具有电阻随温度灵敏变化的特性 可以实现对温度的测量 4 干簧管是一种能感知的敏感元件 当磁力簧片的弹力时 两者紧密地接触 当磁力簧片的弹力时 两者 因此 干簧管串联在电路中就成为一个 减小 增大 磁场 大于 小于 分开 由磁场控制的开关 答案 例3在信息技术高速发展 电子计算机广泛应用的今天 担负着信息采集任务的传感器在自动控制 信息处理技术中发挥着越来越重要的作用 典例精析 图3 其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件 某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中 安装好如图3所示装置 向杯内加入冷水 温度计的示数为20 多用电表选择适当的倍率 读出热敏电阻的阻值r1 然后向杯内加入热水 温度计的示数为60 发现多用电表的指针偏转角度较大 则下列说法正确的是 a 应选用电流挡 温度升高换用大量程测量b 应选用电流挡 温度升高换用小量程测量c 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率大的挡d 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率小的挡 解析答案 解析多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源 故不能用电流表 a b均错 当温度升高时 多用电表指针偏转角度较大 说明热敏电阻的阻值变小了 应该换用倍率小的挡 c错误 d正确 d 例4关于干簧管 下列说法中正确的是 a 干簧管接入电路中相当于电阻的作用b 干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的c 干簧管接入电路中相当于开关的作用d 干簧管能够感知磁场 解析干簧管是感知磁场的元件 接入电路中相当于开关的作用 选c d cd 解析答案 返回 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 1 对传感器的理解 关于传感器 下列说法正确的是 a 金属材料不可以制成传感器b 话筒是一种常用的声传感器 其作用是将声信号转换为电信号c 传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的d 所有传感器的材料都是由半导体材料做成的 解析金属材料也可以制成传感器 所以a错误 动圈式话筒是通电导体在磁场中受力 变化的电流通过线圈 产生变化的磁场 其作用是将声信号转换为电信号 所以b正确 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的 所以c错误 传感器材料分半导体材料 陶瓷材料 金属材料和有机材料 所以d错误 故选b b 2 热敏电阻的应用 如图4所示 由电源 小灯泡 电阻丝 开关组成的电路中 当闭合开关s后 小灯泡正常发光 若用酒精灯加热电阻丝时 发现小灯泡亮度变化是变暗 发生这一现象的主要原因是 a 小灯泡的电阻发生了变化b 小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化c 电阻丝的电阻率随温度发生了变化d 电源的电压随温度发生了变化 1 2 3 4 解析答案 图4 解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大 电阻也增大 电路中电流减小 根据p i2r知 小灯泡的实际功率减小 所以变暗 c 解析当温度升高时 电路中的热敏电阻的阻值减小 由闭合电路欧姆定律可知 电路中的电流增大 导致灯泡变亮 1 2 3 4 3 热敏电阻的应用 多选 图5是测试热敏电阻r的实验电路图 滑动变阻器已调节到某一适当的值 实验中观察到当温度升高时灯更亮 对实验现象分析正确的有 a 温度升高 电路中的电流减小b 温度升高 电路中的电流增大c 温度升高 热敏电阻的阻值增大d 温度升高 热敏电阻的阻值减小 解析答案 图5 bd 1 2 3 4 4 对传感器的理解 如图6所示是变隙电感式压力传感器的结构图 它由膜盒 铁芯 衔铁及线圈等组成 衔铁与膜盒的