高一物理传感器的应用和简单设计1.ppt

传感器应用习题,江苏省淮安中学周卫星,1、加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的滑块也处于加速状态，滑块由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，滑块下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时滑块发生位移，并转换成电信号输出已知滑块的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零,（1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移？,(2)求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a的表达式？,总结：,1、传感器作用之一：把非电学量按一定规律转化为电学量。所谓转换规律就是建立起非电学量和电学量之间的关系。而这种类型的题目正是求解了传感器的转换规律。（如热敏电阻等）,2、特点：起点高，落点低。,3、求解思路：分析题义，寻求联系。,其它情形一、,其它情形二、,1、如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的滑块也处于加速状态，滑块由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，滑块下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时滑块发生位移，并转换成电信号输出已知滑块的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零,（1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移？,(2)求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a的表达式？,思考一、位移传感器。,思考二、角速度仪。,位移传感器,2、可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为L，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为L，电阻分布均匀，系统静止时P在B点，当系统以角速度转动时，试写出输出电压与U的函数式。,3、如图所示为一种测定风作用力的仪器原理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度（与风力大小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左，OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转角时，电流表的示数为I1，此时风力大小为F，试写出：,风力大小F与的关系式；,风力大小F与电流表示数I的关系式。,此装置所测定的最大风力是多少？,4、用传感器进行自动控制时，常常要用到继电器.如图所示为初中学过的继电器原理示意图.其中L是电磁铁，当ab间接通电源后，衔铁S被吸引向下，这样，ce由原来闭合接通的状态变为断开，而cd则由原来断开的状态变为闭合接通.通常将传感器、低压电源接入与电磁铁L相连的ab回路来执行对继电器的控制，而cde回路则用来执行对有关电器的控制，试设计一个用光敏电阻来控制路灯的实验电路，要求是光暗时灯亮，光亮时灯熄.可供选择的仪器如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线.,总结：,1、传感器的作用之二：或把非电学量转换为电路的通断。而这些简单的电路设计基本上就是为电路提供能够控制通断的开关。（如电熨斗等）,2、特点：探究性强，能力要求相对较高。,3、解题思路：明确目的，分清控制电路和工作电路，分析原理，解答。,5、用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。,答案展示：,6、请你设计一个电热水器的控制方案。要求水烧开时自动断电，而在水温低于沸点约100C