物理傳感器的應(yīng)用人教選修PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1物理傳感器的應(yīng)用人教選修物理傳感器的應(yīng)用人教選修光敏電阻將光學(xué)量光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這電壓這個(gè)電學(xué)量個(gè)電學(xué)量。 第1頁(yè)/共37頁(yè)傳感器應(yīng)用的一般模式：傳感器應(yīng)用的一般模式：第2頁(yè)/共37頁(yè)力電傳感器的應(yīng)用力電傳感器的應(yīng)用電子秤電子秤（1）電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？ 它是由什么元件組成的？（2 2）簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理）簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。（3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？第3頁(yè)/共37頁(yè)3、應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電 學(xué)量1、電

2、子秤的測(cè)力裝置是力傳感器，它是由一個(gè)金屬梁和兩 個(gè)應(yīng)變片一起組成了測(cè)力部分。 2、在金屬梁沒(méi)有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁 的上下應(yīng)變片的長(zhǎng)度沒(méi)變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小 也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時(shí)，金屬梁會(huì)向 下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長(zhǎng)，電阻變大， 兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變 小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相 等，存在差值，控制電路就通過(guò)這個(gè)差值，經(jīng)過(guò)放大電 路將差值信號(hào)放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F 的大小。第4頁(yè)/共37頁(yè)練習(xí)練習(xí)1.關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法 正正 確的是確的是

3、 （ ）A.應(yīng)變片是由多用半導(dǎo)體材料制成應(yīng)變片是由多用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之，當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之， 變小變小C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D.外力越大，輸出的電壓差值也越大外力越大，輸出的電壓差值也越大A B D第5頁(yè)/共37頁(yè)例例1:(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)。加速度計(jì)的構(gòu)造和原理的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿的示意圖如圖示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一個(gè)質(zhì)

4、量為上套一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系的滑塊，滑塊的兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連。滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度自然長(zhǎng)度?；瑝K上有指針，。滑塊上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離偏離O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為方向向左，大小為 k S/m B方

5、向向右，大小為方向向右，大小為 k S/m C方向向左，大小為方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為方向向右，大小為 2k S/m01010UPD第6頁(yè)/共37頁(yè)(2)若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為若電位器（可變電阻）總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其電阻均勻，其電阻均勻，兩端接在穩(wěn)壓電源兩端接在穩(wěn)壓電源U0上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度上，當(dāng)導(dǎo)彈以加速度a沿水平方沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片向運(yùn)動(dòng)時(shí)，與滑塊連接的滑動(dòng)片P產(chǎn)生位移，此時(shí)可產(chǎn)生位移，此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào)輸出一個(gè)電信號(hào)U，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息，試寫(xiě)出，為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信

6、息，試寫(xiě)出U與與a 的函的函數(shù)關(guān)系式。數(shù)關(guān)系式。01010UPU0解解：a=2kS/m S=ma/2kU=U0 Rx / R = U0 S / L=maU0 / 2kL=mU0 a / 2kLa第7頁(yè)/共37頁(yè)力電轉(zhuǎn)換器力電轉(zhuǎn)換器輸出輸出輸入輸入受壓面受壓面例例2 2：某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器 ，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為k k）如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸）如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓

7、為出電壓為0 0；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓量成正比的輸出電壓U U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m m0 0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量m m。（1 1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，

8、在方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖。電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖。（2 2）簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)）簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k k，并測(cè)出待測(cè)物體的，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量質(zhì)量m m。（3 3）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。第8頁(yè)/共37頁(yè)力電轉(zhuǎn)換器力電轉(zhuǎn)換器輸出輸出輸入輸入受壓器受壓器SVR解析：解析： （1 1）設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示，輸入電壓采）設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示，輸入電壓采用分壓接法目的是讓電壓可調(diào)范圍盡可能大。用分壓接法目的是讓電壓可調(diào)范圍盡可能大。（2 2）測(cè)量步驟：）測(cè)量步驟：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓

9、為零。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。將質(zhì)量為將質(zhì)量為mm0 0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U U0 0。將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U U1 1，由，由U U0 0=km=km0 0g g得得k=Uk=U0 0/m/m0 0g g，測(cè)得，測(cè)得U U1 1=kmg=kmg，所以，所以m=mm=m0 0U U1 1/U/U0 0。 （3 3）可能出現(xiàn)的問(wèn)題）可能出現(xiàn)的問(wèn)題 因電源電壓不夠而輸出電壓因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。調(diào)不到零。待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。第9頁(yè)/共37

10、頁(yè)聲傳感器的應(yīng)用話筒 （1）話筒的作用是什么？）話筒的作用是什么？ （2）說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。）說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。閱讀教材并思考閱讀教材并思考聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 第10頁(yè)/共37頁(yè)（3）說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)）說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？金屬板金屬膜振動(dòng)膜外電路第11頁(yè)/共37頁(yè)（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和和固定電極固定電極N形成一

11、個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓優(yōu)點(diǎn)：保真度好。的電壓優(yōu)點(diǎn)：保真度好。駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。格便宜，靈敏度高，工作電壓低。第12頁(yè)/共37頁(yè)R 2.7kC 10FE 6vy輸入駐極體話筒地第13

12、頁(yè)/共37頁(yè)溫度傳感器的應(yīng)用溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 溫控開(kāi)關(guān)：溫控開(kāi)關(guān)：取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外殼，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一個(gè)U型的雙金屬片，雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰靠近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。 把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。U形動(dòng)觸片形動(dòng)觸片靜觸片靜觸片氖泡氖泡圖1第14頁(yè)/共37頁(yè)思思考與討論考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離

13、的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用 第15頁(yè)/共37頁(yè)（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？的？熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼

14、片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的 第16頁(yè)/共37頁(yè)如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測(cè)溫泡1，細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器，膜盒3為扁圓形，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7的拉力。電冰箱溫控裝置的工作原理是什么？電冰箱溫控裝

15、置的工作原理是什么？第17頁(yè)/共37頁(yè)第18頁(yè)/共37頁(yè)第19頁(yè)/共37頁(yè)本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題： 1、力傳感器的應(yīng)用、力傳感器的應(yīng)用電子秤傳感器的應(yīng)用電子秤傳感器的應(yīng)用 2、聲傳感器的應(yīng)用、聲傳感器的應(yīng)用話筒話筒 3、溫度傳感器的應(yīng)用、溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗電熨斗 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制是用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制第20頁(yè)/共37頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用（二）傳感器的應(yīng)用（二）第21頁(yè)/共37頁(yè)溫度傳感器

16、的應(yīng)用溫度傳感器的應(yīng)用-電飯鍋電飯鍋1、感溫鐵氧體的特點(diǎn)：感溫鐵氧體的特點(diǎn)：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是溫度上升到約103時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了。注意：這個(gè)溫度在物理學(xué)中稱為 該材料的“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。思考：取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一小塊的思考：取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一小塊的永磁體吸在一起，用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，永磁體吸在一起，用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？現(xiàn)象：現(xiàn)象：當(dāng)用電烙鐵給鐵氧體加熱時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，鐵 氧體就會(huì)失去磁性。第22頁(yè)/共37頁(yè)2、電飯鍋的原理、電飯

17、鍋的原理手 動(dòng) 開(kāi)關(guān)接 線 螺絲觸點(diǎn)永磁鐵電熱板內(nèi)膽底轉(zhuǎn)軸感 溫 鐵 氧體思考與討論：思考與討論：（1）開(kāi)始煮飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕？手松開(kāi)后這個(gè) 按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？第23頁(yè)/共37頁(yè)（2）煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)大致保持一定的溫度？ 為什么？水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100100不變。不變。（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變 化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至至“居里點(diǎn)居里點(diǎn)103”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作

18、用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱停止加熱第24頁(yè)/共37頁(yè)如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100不變，溫度低于不變，溫度低于“居里點(diǎn)居里點(diǎn)103”，電飯鍋不能，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103才才能自動(dòng)斷電。能自動(dòng)斷電。第25頁(yè)/共37頁(yè)熱電偶：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)焊接點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一定大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。 第26頁(yè)/共37頁(yè)第27頁(yè)/共37頁(yè)光傳