用傳感器制作自控裝置用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度粵教版選修PPT課件

25 04 2020 1 第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度 25 04 2020 2 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí) 練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)裝置 2 知道什么是磁傳感器 了解霍爾元件的工作原理及如何用霍爾元件測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)的操作 2 加深對(duì)傳感器原理的理解 3 干簧管的作用及霍爾元件的工作原理 25 04 2020 3 第五節(jié) 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 25 04 2020 4 課前自主學(xué)案 一 應(yīng)用光敏電阻制作光控自動(dòng)照明燈電路1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馀c傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí) 練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)控制裝置 2 實(shí)驗(yàn)器材二極管VD 晶閘管VS 光敏電阻RG 定值電阻R 7 5M 燈泡L 萬(wàn)用表 導(dǎo)線 3 實(shí)驗(yàn)原理 25 04 2020 5 圖3 4 1 由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路 控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成 如圖3 4 1所示 1 白天自然光較強(qiáng)時(shí) 光敏電阻呈低電阻 與R分壓后使晶閘管VS門(mén)電極處于低電平 VS關(guān)斷 25 04 2020 6 2 當(dāng)夜幕降臨時(shí) 照在RG上的自然光減弱 RG呈高電阻 使VS的門(mén)電極處于高電平 VS獲正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通 燈L亮 3 改變R的阻值 即改變其與RG的分壓比 可調(diào)整電路的起控點(diǎn) 4 二極管VD 晶閘管VS的特性 二極管 具有單向?qū)щ娦?當(dāng)給二極管加正向電壓時(shí) 它的阻值很小 當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí) 它的電阻很大 晶閘管VS 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí) 不論門(mén)極承受何種電壓 晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài) 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí) 僅在門(mén)極承受正向電壓情況下晶閘管才導(dǎo)通 25 04 2020 7 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 將多用電表旋鈕撥至R 1k擋 調(diào)零后 測(cè)量電阻R的阻值 檢查R是否符合要求 2 將多用電表旋鈕撥至R 1k擋 調(diào)零后 用兩表筆分別接二極管兩極 然后將兩表筆位置對(duì)調(diào) 若兩次測(cè)量結(jié)果一次較小 一次很大 則二極管性能良好 3 將多用電表旋鈕撥至R 1k擋 紅表筆接晶閘管K極 黑表筆同時(shí)接通G A極 在保持黑表筆不脫離A極狀態(tài)下斷開(kāi)G極 指針指示幾十 25 04 2020 8 歐至一百歐 然后瞬時(shí)斷開(kāi)A極再接通 若指針指示 位置 則表明晶閘管良好 4 按照電路圖 將各元件焊接 安裝好 5 檢查各元件的連接 確保無(wú)誤 6 接通電源 觀察強(qiáng)光照射光敏電阻時(shí)和用黑紙包裹光敏電阻時(shí)燈泡L的狀態(tài) 二 磁傳感器的原理與應(yīng)用1 磁傳感器是把 變成 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的 2 霍爾元件 能夠把 這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成 這個(gè)電學(xué)量的裝置 3 用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí) 通電螺線管產(chǎn)生 其方向符合 磁信號(hào) 電信號(hào) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 電壓 磁場(chǎng) 右手螺旋定則 25 04 2020 9 核心要點(diǎn)突破 一 怎樣理解光控開(kāi)關(guān)的工作原理 圖3 4 2圖3 4 2所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈 RG為光敏電阻 R1的最大電阻為51k R2為330 25 04 2020 10 當(dāng)天黑時(shí) 光線變?nèi)?RG電阻變大 串聯(lián)電路中RG分得電壓增大 二極管LED兩端電壓相應(yīng)增加 當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)自動(dòng)發(fā)光 黎明時(shí) 光線變強(qiáng) RG電阻減小 二極管LED兩端電壓相應(yīng)降低 降低到一定值時(shí)自動(dòng)熄滅 從而使RG電路中起到自動(dòng)控制電路的作用 25 04 2020 11 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 如圖3 4 3是紅外線遙控接收器 甲圖為外形 乙圖為電路 電路中G為紅外線接收頭OUT LED為發(fā)光二極管 R為電阻 阻值約為510 HTD為壓電陶瓷喇叭 當(dāng)接收頭未接收到紅外線時(shí) 接收器不發(fā)聲 當(dāng)用遙控器對(duì)準(zhǔn)接收頭 30m以內(nèi) 發(fā)射紅外線時(shí) 圖3 4 3 25 04 2020 12 1 會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象 2 接收頭的作用原理是什么 解析 1 陶瓷喇叭發(fā)出響聲 同時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮 2 接收頭G是接收紅外線的 當(dāng)未接收到紅外線時(shí) 接收頭輸出端為高電平 喇叭不響 二極管不會(huì)發(fā)光 當(dāng)接收頭接收到紅外線時(shí) 接收頭輸入端為高電平 輸出端為低電平 喇叭會(huì)響 同時(shí)二極管會(huì)發(fā)光 此實(shí)驗(yàn)是演示紅外線能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控 答案 見(jiàn)解析 25 04 2020 13 二 霍爾元件的工作原理是什么 霍爾元件就是利用霍爾效應(yīng)而設(shè)計(jì)的一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片 在其前 后 左 右分別引出一個(gè)電極 如圖3 4 4所示 沿PQ方向通入電流I 垂直于薄片加勻強(qiáng)磁場(chǎng)B 則在MN間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差為U 設(shè)薄片厚度為d PQ方向長(zhǎng)度為l1 MN方向?yàn)閘2 薄片中的帶電粒子受到磁場(chǎng)力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn) 使N側(cè)電勢(shì)高于M側(cè) 造成半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng) 帶電粒子同時(shí)受到電場(chǎng)力作用 當(dāng)磁場(chǎng)力與電場(chǎng)力平衡時(shí) MN間電勢(shì)差達(dá)到恒定 25 04 2020 14 圖3 4 4 25 04 2020 15 25 04 2020 16 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器 其原理如圖3 4 5所示 一塊導(dǎo)體高為l 厚為d 分別接有a b c d四個(gè)電極 將導(dǎo)體放在如右圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 當(dāng)a b間通過(guò)電流I時(shí) 在電極c d接上靈敏度極高的電壓表 測(cè)得兩極間的電勢(shì)差為U 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少 圖3 4 5 25 04 2020 17 25 04 2020 18 三 干簧管是怎樣起開(kāi)關(guān)作用的 探究 干簧管內(nèi)部的兩個(gè)簧片是軟磁性材料做成的 當(dāng)它附近有磁場(chǎng)存在時(shí) 兩個(gè)簧片被磁化而吸引在一起 接通了電路 當(dāng)磁場(chǎng)消失后 簧片又失去磁性而斷開(kāi) 所以干簧管是可以用磁場(chǎng)來(lái)控制開(kāi)關(guān)的 25 04 2020 19 課堂互動(dòng)講練 圖3 4 6是一個(gè)簡(jiǎn)單的磁控防盜報(bào)警裝置 門(mén)的上沿嵌入一小塊永磁體M 門(mén)框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管H 并且將干簧管接入圖示的電路 睡覺(jué)前連接好電路 當(dāng)盜賊開(kāi)門(mén)時(shí) 蜂鳴器就會(huì)叫起來(lái) 請(qǐng)說(shuō)明它的工作原理 最好通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M這個(gè)電路的工作 圖3 4 6 25 04 2020 20 精講精析 當(dāng)門(mén)閉著時(shí) 永磁體使干簧管接通 斯密特觸發(fā)器輸入端與電源負(fù)極相連 處于低電平 則輸出端為高電平 故蜂鳴器不發(fā)聲 當(dāng)開(kāi)門(mén)時(shí) 沒(méi)有永磁體作用 干簧管不通 斯密特觸發(fā)器輸入端為高電平 則輸出端為低電平 則蜂鳴器通電 發(fā)聲報(bào)警 答案 見(jiàn)精講精析 25 04 2020 21 車床在工作時(shí)是不允許將手隨便接近飛轉(zhuǎn)的工件的 為了防止萬(wàn)一 設(shè)計(jì)了下面的光電自動(dòng)制動(dòng)安全電路 只要人手不小心靠近了工件 機(jī)器就自動(dòng)停轉(zhuǎn) 請(qǐng)簡(jiǎn)述其工作原理 圖3 4 7中的A為車床上的電動(dòng)機(jī) B為隨電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工件 C為光源 它發(fā)出的光照到光敏電阻D上 E為電磁鐵 F為銜鐵 G為電源 H為彈簧 圖3 4 7 25 04 2020 22 精講精析 當(dāng)手在C D間靠近工件時(shí) 遮擋住射向光敏電阻的光 光敏電阻的阻值迅速變大 電路中的電流減小 使電磁鐵磁性減弱從而放開(kāi)銜鐵 造成電動(dòng)機(jī)斷路 使工件停轉(zhuǎn)以保證安全 答案 見(jiàn)精講精析 25 04 2020 23 方法總結(jié) 光傳感器是重要的傳感器之一 人們利用硫化鎘對(duì)可見(jiàn)光敏感的特性 制作路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān) 光照自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等自控設(shè)備 利用某些半導(dǎo)體材料對(duì)紅外光敏感的特性 制作遙控設(shè)備 廣泛應(yīng)用在電視機(jī) 錄像機(jī) 空調(diào) 影碟機(jī)等家用電器的操作中 由于對(duì)紅外光敏感的元件對(duì)可見(jiàn)光不敏感 用它制作的裝置不受可見(jiàn)光影響 因此它的應(yīng)用十分廣泛 25 04 2020 24 如圖3 4 8所示 厚度為h 寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中 當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí) 在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A 之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)表明 當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí) 電勢(shì)差U 電流I和B的關(guān)系為 式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù) 霍爾效應(yīng)可解釋如下 外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè) 在導(dǎo)體板的另一 25 04 2020 25 側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷 從而形成橫向電場(chǎng) 橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力 當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí) 導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差 設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的 電子的平均定向速度為v 電荷量為e 回答下列問(wèn)題 1 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) 導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì) 下側(cè)面A 的電勢(shì) 填 高于 低于 或 等于 25 04 2020 26 25 04 2020 27 25 04 2020 28 答案 見(jiàn)自主解答 方法總結(jié) 本題是討論霍爾效應(yīng)的題目 霍爾元件可以制成多種傳感器 由于霍爾元件很小 它可以用來(lái)制作探測(cè)磁場(chǎng)的探頭 還可以應(yīng)用在其他與磁場(chǎng)有關(guān)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中 因而霍爾元件也叫磁敏元件 25 04 2020 29 變式訓(xùn)練 單選 如圖3 4 9所示 截面為矩形的金屬導(dǎo)體 放在磁場(chǎng)中 當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示電流時(shí) 導(dǎo)體