高中物理第六章传感器6.2传感器的应用省公开课一等奖新名师获奖

第2节传感器应用第1页微型传感器微型传感器是由亚微米至亚毫米范围内电子元件和机械元件制成，将传感、处理、执行诸功效融为一体微机电系统．微型传感器尺寸小，集成化程度高，功效强大．它使人类获取信息并进行对应控制工作可深入到微米量级空间中进行．如今，智能传感器和微型传感器已广泛用于生活、生产、军事、科研等各个领域．比如：人体消化道智能诊查系统：它包含一粒微型探测胶囊和便携式体外接收存放装置、体外超声控测定位装置、体外数据处理系统．患者服用一粒微型探测胶囊，该胶囊从上到下经过整个消化道时，就会将各段消化道压力、温度、pH值等参数统计下来并传输给体外接收与处理系统．这种检验不会给患者造成创伤．第2页蚂蚁探测器：每只“蚂蚁”探测器大小与大胡桃相当，质量仅29g，通常带有4个光传感器、4个红外接收器，以及防撞传感器、防倾斜传感器和探测“食物”存在传感器．它可用于搜索炸弹．“苍蝇”导弹：它体形如同苍蝇般大小，能不停地飞行几个小时，速度高达20km/h.它能垂直升降，急速调头，悬停于空中，“隐身”潜伏，收发微波信息．当将超微型窃听、窃看装置粘在“苍蝇”导弹背上后，就可进行侦察．传感器使用，尤其是智能传感器和微型传感器开发、利用，使人类搜集信息能力得到极大扩展和延伸，获取信息伎俩更方便、更加快捷，包括领域更辽阔、更深入．世界各国都非常重视传感器在信息技术中作用，将传感器技术列为重点发展尖端技术，我国从事传感器研究单位就有几千个．第3页1．在力传感器中应变片是一个敏感元件，多用半导体材料制成．应变片能够把形变这个力学量转换为________这个电学量．2．自动控温电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是________．3．电饭锅中温度传感器主要元件是感温铁氧体，它特点是：________含有铁磁性，能够被磁体吸引，但________时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引．这个温度称为该材料________或________．1．电压2.控制电路通断3.常温下温度上升到约103℃居里温度居里点第4页4．温度传感器能够把温度转化为________，由指针式仪表或数字式仪表显示出来．5．有一个火灾报警器是利用烟雾对光散射来工作．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________．4.电信号5.减小第5页第6页一、传感器应用普通模式传感器在科技高度发达今天，应用极为广泛，在生产和生活中离不开它；在科技领域也一样十分主要．在农业生产中，传感器广泛应用于耕种、排灌、收割等方面自动控制，实现了最优化管理；工业生产中，因为传感器应用而实现了生产自动化或半自动化；在航空航天领域传感器应用尤为主要．如载人飞船应用大量传感器供遥测和遥控系统使用等．第7页二、力传感器应用——电子秤

1．应变式力传感器

(1)组成：由金属梁和应变片组成．

(2)工作原理：如图所表示，弹簧钢制成梁形元件右端固定，在梁上下表面各贴一个应变片，在梁自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片电阻变大，下表面电阻变小．F越大，弯曲形变越大，应变片阻值改变越大．假如让应变片中经过电流保持恒定，那么上面应变片两端电压变大，下面应变片两端电压变小．传感器把这两个电压差值输出．外力越大，输出电压差值也就越大．第8页2．测定压力电容式传感器如图所表示，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，从而引发电容改变，假如将电容器与灵敏电流表、电源串联，组成闭合电路，当F向上压膜片电极时，电容器电容将增大，电流表有示数．第9页关于电子秤中应变式力传感器说法正确是(

)A．应变片是由导体材料制成

B．当应变片表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小

C．传感器输出是应变片上电压

D．外力越大，输出电压差值也越大BD第10页变式迁移

1.传感器是一个采集信息主要器件．如图所表示为测定压力电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器电容．现将此电容式传感器与零刻度在中央灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转．当待测压力增大时(

)A．电容器电容将减小

B．灵敏电流表指针在正中央零刻度处

C．灵敏电流表指针向左偏转

D．灵敏电流表指针向右偏转第11页解析：压力增大，则电容器两极板间距变小，电容变大．因为电容器两极板间电压不变，所以电容器要充电，电流从正接线柱到负接线柱流过电流表，指针向右偏．答案：D第12页三、温度传感器应用——电熨斗

1．温度传感器由半导体材料制成热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它能够把热信号转换为电信号进行自动控制．

2．电熨斗结构如图所表示

3．电熨斗自动控温原理其内部装有双金属片温度传感器，如图所表示．常温下，上、下触点应是接触，但温度过高时，因为双金属片受热膨胀系数不一样，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停顿加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这么循环进行，起到自动控制温度作用．第13页现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．以下列图所表示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超出某一温度时，又能够自动断电，画出电路图并说明工作过程．第14页解析：热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器组成低压控制电路．

(1)电路图如下列图所表示．

(2)工作过程：闭合开关S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K接通电炉丝加热．当温度到达设计值时，热敏电阻阻值减小到某值，经过电磁继电器电流到达工作电流，K断开，电炉丝断电，停顿供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．答案：看法析第15页四、温度传感器应用——电饭锅

1．感温铁氧体

(1)组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成．

(2)特点：常温下含有铁磁性，能够被磁体吸引，温度到达约103℃，失去铁磁性．

(3)居里点：又称居里温度，即指103℃.2．电饭锅结构如图所表示．

3．电饭锅工作原理开始煮饭时，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，饭熟后，水分被吸收，当温度上升到居里温度时，感温磁体失去磁性，开关便会自动断开．第16页下列图是电饭煲电路图，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度到达居里点(103℃)时，会自动断开，且不能自动闭合．S2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开．红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计．

(1)分析电饭煲工作原理；

(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗电功率之比；

(3)假如不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？第17页解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后，温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．因为散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度到达80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．第18页(3)假如不闭合开关S1，开始S2总是闭合，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70℃，S2自动闭合……温度只能在70～80℃之间改变，不能把水烧开，故不能煮熟饭．答案：看法析第19页变式迁移

2．小强在用恒温箱进行试验时，发觉恒温箱温度连续升高，无法自动控制．经检验，恒温箱控制器没有故障．参考右图，以下对故障判断正确是(

)A．只可能是热敏电阻出现故障

B．只可能是温度设定装置出现故障

C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障

D．可能是加热器出现故障第20页解析：由题意恒温箱内温度连续升高，说明加热器没损坏，不能选D.无法自动控制，而经检验控制器又没有故障，说明控制器没问题．热敏电阻或温度设定装置出现故障都能使温度连续升高，在没有确定条件下选C而不选A、B.答案：C第21页五、光传感器应用——火灾报警器如图所表示为利用烟雾对光散射来工作一个火灾报警器结构原理图，其工作原理是：带孔罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明挡板．平时，光电三极管收不到LED发出光，展现高电阻状态．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，与传感器连接电路检测出这种改变，就会发出警报．第22页如图所表示，电源两端电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出光越强)，且R与LED距离不变，以下说法正确是(

)A．当滑动触头P向左移动时，L消耗功率增大

B．当滑动触头P向左移动时，L消耗功率减小

C．当滑动触头P向右移动时，L消耗功率可能不变

D．不论怎样移动触头P，L消耗功率都不变第23页解析：电源电压恒定，也就是说，并联电路两端电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻阻值变小，所以电流变大，则L功率变大．答案：A第24页第25页基础巩固1．关于传感器，以下说法中正确是(

)A．电熨斗经过压力传感器实现温度自动控制B．动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作声传感器C．金属热电阻是一个将电学量转换为热学量传感器D．火灾报警器都是利用温度传感器实现报警解析：电熨斗是经过双金属片温度传感器来控制温度，选项A错误；金属热电阻是将热学量转化为电学量传感器，选项C错误；有火灾报警器是利用光传感器实现报警，选项D错误．答案：B第26页能力提升

7．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻阻值随温度改变特征来工作．如图甲所表示，电源电动势E＝9.0V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度改变关系如图乙所表示．闭合开关S，当温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA；当电流表示数I2＝3.6mA时，热敏电阻温度是(

)A．60℃B．80℃