10.3 实验：传感器的简单应用.pptx

1、第三节实验:传感器的简单使用,1.知道传感器的作用。,2.观察热敏电阻和光敏电阻的阻值是如何随热信号和光信号而变化的。,一、实验目的,二、传感器的工作原理,1.概念,能够感受外界信息,并将其按照一定的规律转换成的器件或装置,叫传感器。,2.组成,答案：1.电信号,一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成。,3.原理,通过对某一物理量敏感的元件,将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。例如,光电传感器利用将光信号转换成电信号;热电传感器利用将温度信号转换成电信号。,4.流程,答案:3.光敏电阻热敏电阻,度等非电学量时,相应的传感器被称为传感器、传感器、传感器、速度传感器、加速度传感器

2、。,(2)按传感器的工作原理分类,可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。,5.传感器的分类,(1)按输入量分类,如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速,答案： (1)温度压力位移,三、实验器材,热敏电阻、光敏电阻、多用电表、烧杯、温度计、热水、光电计数器、强光源、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、开关等。,1.研究热敏电阻的热敏特性,(1)将热敏电阻与欧姆表接成电路,如图所示。,四、实验步骤,热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数;,(2)把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有,(3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸

3、没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值;,(4)将热水分几次注入烧杯中。测出不同温度下热敏电阻的阻值。并记录;,(5)根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。,(6)在如图所示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图象。,(7)根据实验数据和Rt图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高 而减小,随温度的降低而增大。,(1)将光电传感器、欧姆表、灯泡、滑动变阻器如图所示电路连接好,其中多用电表置于欧姆“100”挡。,(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。,(3)打开电源,让小电珠发光,调节小电珠的亮度使之逐渐变亮。观察

4、表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。,2.研究光敏电阻的光敏特性,(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少?并记录。,(5)把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。,结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。,3.光电计数器,(1)连接光电计数器电路。,(2)接通电路和光源,观察计数器的计数情况。,五、传感器的应用,1.力传感器的应用电子秤,(1)作用:称量物体重量。,(2)敏感元件:应变片。应变片能够把物体形变这个力学量转换为这个电学量。,2.声传感器的应用话筒,(1)话筒的作用:把声信号转换为电信号。,(2)话筒分类:电容式话筒;驻极体话

5、筒;动圈式话筒。,答案：1.(2)电压,(1)敏感元件:热敏电阻和;,(2)应用:电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器。,4.光传感器,(1)敏感元件:光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等;,(2)应用:鼠标、火灾报警器、光控开关。,3.温度传感器,答案：3.(1)金属热电阻,提升应用技巧的突破口,泛地应用于社会生产、现代科技中,如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。,(1)测物体的质量:如图甲。,(2)测物体加(角)速度:如图乙、丙。,命题研究一、力电传感器,力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号(位移、速度、加速度等)转化为电学信号(电压、

6、电流等)的仪器。力电传感器广,【例1】 如图所示为某种电子秤的原理示意图,AB为一均匀的滑动变阻器,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,通过信号转换器后在显示屏上可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)托盘尚未放物体时,在托盘自身重力作用下,P1离A的距离x1;,(2)托盘上放有质量为m的物体时,P1离A的距离x2;,(3)在托盘上未放物

7、体时通常先校准零点,其方法是:调节P2,使P2离A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。,解析:(1)弹簧处于原长时,P1刚好指着A端,在托盘自身重力作用下(托盘自身质量为解。),P1离A的距离为x1,由力学平衡知识得,m0g=kx1,解得x1=,(2)由受力分析可知:m0g+mg=kx2,解得x2=,(3)当托盘上放有质量为m的物体时,P1离P2的距离为,x2-x1=,滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定,电源内阻不计,由闭合电路欧姆定律可知,I=,P1、P2间电压U=IR12=(x2-x1)=

8、,可解得m=U,规律总结：本题背景内容新颖、形式灵活,是高考命题的趋势之一。题目意在考查学生对所学知识的理解能力、对实际问题的分析和判断能力、对图象信息的提取和加工能力。,答案:(1)(2)(3)m=U,【例2】 如图所示,图甲为热敏电阻的Rt图象,图乙为用此热敏电阻 R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器的电阻为100 。当线圈的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。,命题研究二、温度传感器的应用,(1)应该把恒温箱内的加热器接在(选填“A、B端”或“C、D端”)。,(2)如果要

9、使恒温箱内的温度保持在50 ,可变电阻R的阻值应调节为。,解析:恒温箱内的加热器应接在A、B端。当线圈中的电流较小时,继,电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高。,随看恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于20 mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持在50 ,即50 时

10、线圈内的电流为20 mA。由闭合电路欧姆定律I=,r为继电器的电阻。由题图甲可知,5 0 时热敏电阻的阻值为90 ,所以R=-(r+R)=260 。,答案:(1)A、B端(2)260,【例3】 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光敏电阻自动计数器的基本工作原理是()。,命题研究三、光电传感器,A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压,B.当有光照射R1时,信号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,思路点拨:(1)当光被挡住时,光敏电阻R1的阻值如何变化?,(2)当R1变化时,R2两端的电压如何变化?,解析:当光被挡住时,R1阻值变大,分得电压变大,R2两端电压变小,控制系统的输入电压减小,信息处理系统的具体计数方式由其本身设计决定。,答案： A,命题研究四、电容式传感器,电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离l以及极板间的电介质这几个因素。如果某一物理量(如角度、位移、深度等)的变化能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化,这种传感器称为电容,式传感器。(常见如图),【例4】 如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C